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超声波流量计在污水处理工艺中的应用与实践 

在污水处理厂中，流量控制是非常重要的一环，流量过太，超过设备的负荷能力，将造成设备无法正常工作，直接影响处理效果；如果超出构筑物的容积极限，淹没设备，会给设备造成致命性毁坏；流量过小，达不到设计的污水日处理量，使设备处理能力不能充分发挥，既是社会资源的浪费，也影响了环境保护政策的贯彻落实。流量控制是通过监测出水流量，调节进水流量和控制阀门实现的。利用超声波流量计监测出水流量，可以取得令人满意效果。

      2 超声波的工作原理

      如图1所示，超声波流量计的传感器分别向参照物和实际液面发射一个超声信号并接收其反馈信息。传感器到参照物及返回所经历的时间为tR，传感器到实际液面及其返回所经历的时间为tB，传感器到参照物的距离为R，所以传感器到实际液面的距离B-tB×R/tR，依照参考距离Z和最大流量所对应的高度S，而得出实际流量所对应的高度百分比H=（Z-B）/S×100%，则流量计算公式Q=K（H），其中K和n是与特定的槽相关的参数。

      3 控制系统的选型

      我厂选用了FISHER&PORTER 50US3000超声波流量计及巴士计量槽，其中50US3000较国产超声波传感器具有体积小、重量轻、高精度、高集成化、安装简单等优点。

      50US3000具有中央微处理器，对采集到的数据进行处理并能准确显示，对故障能自行判断。其4～20mA的模拟信号输出至中控室的可编程序控制器中，并通过管理系统自动换算，显示流量计的瞬时值、最大值、最小值、平均值，并在每天零时进行一天流量统计和打印。工作人员根据流量的变化情况调节进水阀和超越阀，从而满足污水处理工艺的生产要求。

      4 参数设置

      50US3000超声波流量计中，有大量需要设置的参数，主要有Zero、Span、Flume/Weir、Selector Switch、Tolalizer、Alarm，它们的功能如下：

      （1）Zero 是指测量零位到传感器测量膜片的距离。
      （2）Span 是指测量零位到满量程（100%）的距离。
      （3）Flume/Weir Selector Swith，渠、槽选择开关可根据流量渠（槽)的几何形状而选择不同的类型所对应的开关位置。例如，咽喉距离等于23cm的巴士计量槽选位置3。
      （4）Totalizer 总计开关是一个四位的开关，它设置每小时的流量，如每天3万吨，则每小时30000/24=1250g/h，所以Totalizer设置为1250。
      （5）Alarm 报警设置
      A 当流量计发生故障时，报警触点1#闭合，1#指示灯亮，表明流量计发生故障；
      B 当高报警信号被选择和输出信号超过100%，或当低报警信号被选择和输出信号低于0%时，独立的报警触点2#会闭合，2#指示灯亮，则显示流量过大或过小。

      5 超声波流量控制系统

      如图2，超声波传感器根据接收到的信息，通过比较器得出实际流量所对应的高度H，输入微处理器，通过计算流量转换成4~20mA的脉冲信号输送到中控窒可编程序控制器模块TSX4730，通过管理机直观地显示流量的瞬时值、最大值、最小值和平均值，如故障或流量异常报警，则现场指示灯亮，当班工作人员根据流量调节进水阀门和超越阀门。

      6 实际中存在的问题

      谈系统投入运行后，运行情况良好。但也偶而出现测量的偏差。如白天、黑夜出现温差较大或气温骤然下降时，流量计会出现测量结果偏小的情况，主要原因是传感器喇叭筒内外存在温差，喇叭筒内有水蒸汽等，干扰超声波的传输，影响测量的准确性。为此，超声波流量计50US3000内专门设置了温度补偿环节（HEATER OPT1ON）。当加入温度补偿参数F后，经校正表明，测量精度显著提高。同时，要定期清洁传感器表面膜片和反射参照物，以保证超声波信号的发射和接收。

      7 改进和建议

      由于这套系统仍需人工调节进水阀和超越阀，我们建议采用如图3所示方案，建立一个闭环自动控制系统.

      原理是：将流量作为一个变量输入到一个新的可编程序控制器PLC（安装在中控室），根据设计的程序直接控制进水阀门和超越阀门。

      过程是将经计算后的流量信号输入到一个新增的可编程序控制器PLC，PLC按输入范围，依照相应规则，作出相应控制方案。如下表： 

      同时，将故障报警和流量异常报警信号输送到新增可编程序控制器，这样在中控室就能清楚了解现场情况。

      现场实现：需将进水阀门和超越阀门改为电动阀门，由可编程序控制器进行控制。从检修和故障考虑，本系统设有手动按钮，如控制系统出现故障时，手工现场进行控制。

污水流量计