1、USC-II 超聲波硫酸濃度分析儀使用說明書南化集團研究院目錄1 工作原理2 主要技術參數3 儀器特點4 儀器結構5 儀器安裝、使用及調試6 常見故障及排除方法7 儀器的成套8 本儀器在水中特性293%硫酸是化工生產及醫藥生產的重要原料。在硫酸生產系統中作為干燥酸，直接影響著進入轉化器的SO2 氣體的含水指標。生產中需要有一種正確、連續、可靠的在線測量 93%硫酸濃度儀表。國內已有應用沸點法、比重法、諧振法的93%硫酸濃度儀，現在我們根據干吸工序腐蝕性強的特點，推出一種新穎的非接觸式的超聲波硫酸濃度儀。早在六十年代，超聲工業測量技術就十分盛行，由于當時與它配套的電子技術難以滿足技術要求，以致路

2、線很復雜、故障率高、維修量大、投資高。隨著計算機及集成電路的發展，超聲技術方面的應用領域日趨廣泛。用超聲原理制作的傳感器，其結構簡單、穩定可靠、耐腐蝕性強，用戶使用十分方便。一、 工作原理本儀器是根據超聲脈沖波在介質中傳播和反射原理構成。計算機發射一脈沖，放大后傳輸給超聲換能器，電脈沖在換能器上轉換超聲波傳到反射板掃射回來，通過超聲換能器又轉換成電訊號。從發射脈沖和反射回來的超聲脈沖時間差S，可得出聲速 J2L見圖 1，當溶液S在固定的容器中流動時，聲速度與被測溶液的濃度和溫度有關。被測介質出口即： C=f（ J， t ）式中： J聲速超聲波反射L超聲波發射t溶液溫度c溶液濃度被測介質入口圖

3、1根據文獻提供的數據，曲線及實驗室測試的濃度聲時數據表明，硫酸濃度每變化1%，將引起19 米 / 秒的聲速變化，顯然靈敏度是高的。3由實驗數據，進行多項回歸：0102023040250）×C=f （J， t ）=a+a （ J-J ） +a （ J-J ） +a （ t-t）+a （ t-t） +a （ J-J（ t-t 0）這樣，當測得聲速和溫度后，就可以計算出濃度值。二、主要技術參數1、測量范 圍：91% 95%硫酸（可調）2、溫度補償范圍：40 ± 303、精度測 量：± 5%（相對誤差）4、輸出信 號：4 20mADC5、負載電 阻：08006、環境溫 度

4、：-10 457、供電電 壓：220 ± 10%V AC8、功率消 耗：<30W三、儀器特點1、 儀器現場部份為全封閉管道安裝式。結構簡單、性能可靠，不受測量介質的腐蝕，大大提高了儀表的使用壽命，維護量小。2、 通過光隔實現了輸入、輸出的隔離，消除了諸如大電流跳動所引起的的干擾，并能克服高共模電壓，大大地提高了儀表抗干擾能力。3、 選用具有較強數據和邏輯處理能力，應用廣泛的MCS-51單片機，組成小型計算機系統，進行數據回歸，輸出信號4 20mA DC，簡化了儀器線路，提高了儀器的測量精度。4、 采樣電路置于檢測器里，大大減小了超聲波信號傳輸時帶來干擾，采樣板與信號處理器之間使

5、用串行數據傳送，提高了傳送的抗干擾能力及其傳送精度。四、儀器結構4該儀器由檢測器、信號處理器兩部分組成（見圖2）。串行數據檢測器信號處理器供電圖 2 儀器結構示意圖1、 檢測器結構檢測器為流通式檢測器。（其結構見圖3a 3b）鑄鋁防護罩采樣板換能器測溫管測量槽4-14法蘭標準:HG20593-97(RF)PN2.5MPa DN25461323385115370圖 3a 流通式檢測器結構圖圖 3b 流通式檢測器安裝法蘭圖檢測器由采樣板、換能器、測溫管等組成。換能器是實現聲時電轉換的主要部件，通常是采用壓電陶瓷材料制做換能器，壓電陶瓷是一種具有壓電效應和逆壓電效應的陶瓷材料。當它受力作用時，會產生

6、電信號，反之當它受到電場作用時，會產生應力和應變，利用壓電陶瓷的這個特性，人為地對它施加一個脈沖電壓， 使其產生超聲振動 （即超聲波的發射） ，當超聲波反射波返回到達壓電陶瓷上時，由于聲壓的作用，它會產生脈沖電勢。這樣實現了電聲、聲電的轉換。采樣板作用是進行溫度、聲時采樣，采樣板上帶CPU控制各部件工作，并將數據轉換成串行信號傳送給信號處理器。其框圖見圖4測溫管為一不銹鋼保護管，內裝溫度傳感器AD590。5晶片聲時觸發信號整 形發射電路放大整形脈寬整 形溫度脈寬轉換計數器振蕩器溫度觸發信號串行信號轉換、輸出串行數據輸出集電極開路圖 4 采樣線路框圖由 CPU發出的聲時觸發信號，經整形后，觸發發

7、射電路，激發壓電陶瓷晶片，使其發生振蕩，產生超聲波，超聲波從換能器發出，經溶液到反射面，反射回來的回波被晶片接收，經放大整形后，送脈寬轉換電路，得到與濃度、溫度有關的脈沖寬度，經計數電路后，再轉換成串行數據，傳送給信號處理器。同樣，由 CPU發出的溫度觸發信號， 經整形后， 觸發由 AD590組成的溫度 - 脈寬轉換電路送至計數電路后，轉換成數字串行信號傳送給信號處理器。由于聲時測量和溫度測量是分時交替進行的，所以兩個通道共用一個計數器電路，24M振蕩器，串行信號轉換、發送電路是公用的。2、信號處理器結構信號處理器是根據檢測器傳送過來的聲時及溫度信號，計算出硫酸濃度，分別送6顯示和輸出，其框圖

8、見圖6。三位鍵盤計串行數據四位顯示光 隔算光 隔脈寬-電流轉換機報警電路輸出 4-20mA圖 6 信號處理器框圖計算機組成信號處理器以ATMEL 89C52為 CPU， X5045P E2PROM為數據存貯器，四位鍵盤為“切換” 、“確認”、“增加”、“減少”，四位 LED顯示用來顯示濃度和溫度等工作狀態。信號接收、處理信號處理器接收信號檢測器以串行數據方式送來的溫度和聲時數據，并對其進行計算和處理，然后送四位LED顯示。輸出電路由計算機輸出濃度對應的脈寬信號，經光隔后，通過脈寬- 電流轉換器，輸出4 20mA電流信號。報警電路當溫度或聲時采樣數據異常時，計算機輸出信號觸發達林頓管、驅動繼電器

9、，輸出報警信號。五、儀器安裝、使用及調試（一）儀器的安裝整套儀器分為現場的檢測器安裝和控制室信號處理器安裝兩部分進行。1、 檢測器的安裝7流通式檢測器的外形參見圖3a，直接安裝在采樣管路上，其安裝示意圖見圖11。安裝流通式檢測器的采樣管道盡量采用耐酸材料制做，例如鑄鐵管和不銹鋼管等。其酸采樣口應位于待測酸管的側面或管上部（待測管必須充滿酸）以防酸泥堵塞。待測酸管和采樣管之間配接，采用三通及大小頭加以解決，由待測酸管取樣閥出口至檢測器入口的采樣管線其水平長度應大于1.5 米。檢測器及配管的高度，應以便于安裝和檢修為原則，而且要充分考慮防止酸燙傷的安全事故，一般取1 米高度左右。在檢測器出口安裝不

10、銹鋼閥門6，這時進口酸閥門 3應盡量開大，出口酸閥門6盡量關小，并以此閥們調采樣酸流量，以回酸能連續流出、不斷流為好，以取得更好的測量效果。采樣管路和檢測器配合法蘭，參見圖3b 及圖 11 安裝材料說明。建議在檢測器出口回酸管的端部和循環槽平臺之間加裝漏斗裝置，其目的便于了解和控制采樣酸量。加裝的漏斗裝置以能觀察到出酸量而無酸濺出為宜，其材質應耐腐蝕。2、信號處理器的外形、開孔及安裝信號處理器可安裝于現場防護箱內，也可直接安裝在控制室儀表盤上。信號處理器的外形及表盤開孔尺寸見圖12信號處理器外形尺寸：長X 寬 X 高 =360X96X144mm信號處理器在儀表盤上開孔尺寸： 90+1X138+

11、1mm 信號處理器安裝在現場時， 應加防護箱， 距離檢測器遠近應以便于維護和接線調校方便及離腐蝕源較遠的地方為宜。信號處理器應安裝在無強磁干擾場所。整套儀表之間的外部接線見圖13，采用一根 RVVP2X1.0兩芯屏蔽電纜連接 2#、3#端子，另采用一根 RVVP1X1.0單芯屏蔽電纜，做為 1#端子連接用。信號處理器電源的地(7# 號端子 ) 必須良好接地。 或通過屏蔽層與現場檢測器外8殼相連。圖 11 流通式檢測器現場安裝示意圖注：（ 1）圖中標示的“檢測器出口流量控制閥”必須安裝；（ 2）儀表正常使用時， “排污截止閥”必須關閉。9961236090 +1-0144138+1-0a 信號處

12、理器外形尺寸b 開孔尺寸圖 12 信號處理器外形尺寸及開孔尺寸圖 13 USC 型檢測器與信號處理器接線圖（二）儀器的使用 開機儀器安裝正確后，關閉檢測器下部排污閥，緩緩開啟取樣閥，使檢測器的測量槽內充滿酸，流量不宜過大，如儀器第一次使用，或大修停機較長時間，檢測器探頭在酸中需充分鈍化，這需等待一小時左右。然后再接通儀器電源，儀器即顯示溫度值，過幾秒后自動跳轉到濃度顯示。同時信號處理器輸出對應酸濃信號。 按鍵說明信號處理器面板有四只按鍵，分別為“切換”鍵、“確認”鍵、“增加”鍵和“減少”鍵，其中“切換”鍵為顯示切換，每按一下“切換”鍵顯示窗口將10由酸濃顯示轉換為溫度顯示，或由溫度顯示轉換為酸

13、濃顯示。幾秒鐘不按鍵，儀器自動切換為酸濃顯示。 “確認”鍵有二個作用，分別為修改確認和進入調試狀態。“增加”鍵和“減少”鍵在儀表調試狀態使用。 報警說明當接收數據超限時， 儀器將自動用面板上的二個指示燈顯示報警狀態，并接通報警觸接點。 維護說明儀器因工藝停車，長時間（10 天以上）無采樣酸流動情況下，應將流通式檢測器的鑄鋁防護罩連同換能器、采樣器一起從測量槽中拆除保養，待再使用時按要求重新安裝接線。（注：鑄鋁件和測量槽緊固的4 只螺栓切勿用力太大，避免接裂鑄鋁法蘭） 。（三）調試按住“確認”鍵10 秒左右，儀器將進入調試狀態。按“切換”鍵，儀器將交替顯示“ P- -0 ” P- -9 ”及其相

14、對應的參數，其所代表的參數如下表所示：符號對應的參數正常值P- -0濃度校正91.00-95.00P- -1溫度校正c10.00-c90.00P- -2輸出電流零點o-04P- -3輸出電流量程o-20P- -4下限報警91.00 （可調）P- -5上限報警95.00 （可調）P- -6聲速校正1380 左右P- -7回波個數3-10P- -8聲時測量值9999-5000P- -9溫度測量值常溫下2000 左右11濃度校正當儀器交替顯示 P- -0和濃度值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現濃度校正。溫度校正當儀器交替顯示 P- -1和溫度值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現溫度校正。輸出電

15、流零點當儀器交替顯示 P- -2和 o- 04 時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現輸出電流零點校正（4mA）。輸出電流量程當儀器交替顯示 P- -3和 o- 20 濃度值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現輸出電流量程校正（20mA）。下限報警設定當儀器交替顯示 P- -4和下限報警值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現下限報警設定。上限報警設定當儀器交替顯示P- -5 和上限報警值時，按“增加”鍵或“減少”鍵，可實現上限報警設定。其余參數用戶不要修改，以免影響儀器的正常測量。 修改結束后，按“確認”鍵退出修改。11 X5045P 存儲器數初始化，在儀表送電前同時按下“增加”鍵和“減少”鍵。

16、然后送電，這時儀表指示“EEEE”。大約 10 秒鐘后儀表關電后重新開電即可。六、常見故障及排除方法儀器出現故障時可按以下順序檢查1 儀器通電檢查順序現象原因排除方法顯示器不亮， 儀器電源沒有接好, 儀表后部插頭檢查供電電源是否正常,1.抽出儀器芯 , 重新插好插不工作松動座2 檢查儀器顯示溫度是否符合要求。這溫度要求是指儀器顯示與實際被測介質溫度之間的關系，實際被測介質溫度可以12用玻璃溫度計測量也可根據經驗估計。如儀器顯示與實際相符則進入下一節“超聲接收信號是否正常“檢查，如不一致，則進入儀表調試狀態，按下表順序檢查順序現象原因排除方法在 P-9 狀態下，指重新對 X5045 存儲器數數據

17、 X5045P 存儲器內數據不初始化示值在正常范圍，1在 P-1 狀態下，通過面但溫度指示為正常板操作進行調整0000，或異常與生產廠家聯系 AD590損壞或接線有誤檢查 AD590接線或更換現場檢測器與信號處理器AD5902在 P-9 狀態下，指之間的串行數據通信線有問檢查現場檢測器與信示值為 0000題號處理器之間的接線溫度通道不正常或LM555更換 LM555，或與生產損壞廠聯系3顯示溫度與實際AD590 有誤差在 P-1 狀態下，通過面板不符，有一定差距操作進行調整顯示溫度有0.5信號處理器7#接地端是4接地不好否接地，或通過屏蔽層與度以上跳動現場檢測器外殼相連3 超聲接收信號是否正常

18、超聲接收信號是否正常決定儀表能否正常工作，如發現濃度無指示或指示異常，可進入儀表調試狀態，按以下順序檢查順序現象原因排除方法13 硫酸沒有充滿測量槽或關小出口閥，全開進口閥，調出口閥有合理酸沒有酸流過測量槽 ,流量 換能器接線沒有接好, 或濃度指示異常， 在換能器和反射板故障將換能器連線重新接好 , 并檢查換能器和反 沒有按照要求安裝檢測1P 7 狀態下回波射板器 .按照要求安裝檢測器 .數少于三個 檢測器線路板故障檢查檢測器線路板故 現場檢測器與信號處理障或與生產廠家聯系器之間的串行數據通信檢查現場檢測器與信線有問題號處理器之間的接線濃度指示跳動，P 7 狀態下回波被測介質中有氣泡開大進口閥

19、，進一步關小2出口閥數大于三個， P-6指示跳動，濃度指示異常，重新對 X5045 存儲器數初始化P 7 狀態下回波數據存儲器內數據不正常在 P-6 狀態下，通過面3數大于三個， P-6板操作進行調整指示異常與生產廠家聯系顯示濃度與實際儀器有誤差在 P-0 狀態下，通過面板4操作進行調整不符，有一定差距溫度和濃度數據檢測器與信號處理器之間檢查檢測器與信號處均沒有通信線沒接好理器之間通信線5現場干擾大將屏蔽層接地線路板故障與生產廠家聯系4 沒有電流輸出順序現象原因排除方法外聯儀表故障或外聯接線檢查外聯儀表或外聯1沒有輸出信號有問題接線輸出電路OP07損壞更換 OP07功放5 儀器走死線指儀器輸出不隨酸濃變化而變化順序現象原因排除方法14調節放酸量，保證取樣槽中有酸流動儀器走死線， 輸出被測酸不流動更換 OP07 功放，或與1輸出電路 OP07損壞電流不變化廠家聯系軟件或硬件故障重新送電或與生產廠家聯系七、儀器的成套整套儀器包括：信號處