第五章城市污水处理厂仪表与自动控制Word格式文档下载.docx
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因而在使用测量仪表对生产过程中的工艺参数进行测量时，不仅需要知道仪表的指示值，而且还需知道测量仪表的指示值的准确程度，即所得到测量值接近真实值的准确程度。
测量误差通常有两种表示法，即用绝对表示法和相对表示法来表示。
测量值与真实值之间的误差为绝对误差：
绝对误差=测量值－真实值；
测量的绝对误差和真实值之比就是相对误差：
相对误差=绝对误差/真实值。
在实际应用中，通常利用准确度较高的标准仪表指示值来作为被测参数的真实值，而测量仪表的指示值与标准仪表的指示值之差就是测量误差。
该差值越小，说明测量仪表的可靠性越高。
应该指出，在污水处理厂的实际应用过程中，对某种仪表的准确度要求就根据工艺操作的实际情况及该参数对整个工艺过程的影响程度、误差允许范围来确定，这样才能保证处理过程的经济性和合理性。
（2）测量仪表的性能指标性能指标可衡量仪表的好坏。
常用的指标有以下几项。
①准确度或精确度在测量中，由仪表引起的误差，叫做仪表误差，常用绝对表示法和相对表示法来表示：
绝对误差=仪表的指示值－标准仪表的指示值
由于每台仪表的测量范围，单凭绝对误差和相对误差来判断不同评价仪表的准确与否是不够的，因而为更好地反映仪表的准确度，实际应用中常常采用相对百分误差来表示，其意义为测量仪表绝对误差占仪表量程的百分比。
②测量仪表的恒定度测量仪表的恒定度常用变差来表示，它是在外界条件不变的情况下，用同一仪表对某一参数值进行正反行程测量时仪表正反行程指示值之间存在的差值。
③测量仪表的灵敏度测量仪表的灵敏度指仪表输出的变化量与引起次变化的被测参数的变化量之比。
④测量仪表的反应时间当被测参数发生变化时，仪表指示的被测值总要以过一段时间才能准确地将其表示出来，这就是仪表本身存在着的“反应时间”。
有以下两种情形。
第一种情形是当参数在t0时刻突然发出变化后，仪表不能立刻指示出被测参数，而是慢慢增加，经过足够的时间后，才指示出参数的准确值，如用热电阻测温时的情况。
一般用时间常数来衡量。
第二种情形是当参数在t0时刻突然发生变化后，仪表指示值迅速改变，但需要经过几次摆动后，才能指示出参数的准确值，如用电流表测量电流时的情况。
一般用阻尼时间来衡量。
三、污水处理厂测量参数
不同的污水处理厂采用不同的工艺需要测定的参数有所变化，但主要的参数还是一致的。
仪表是实现自动控制的“眼睛”，涉及了污水处理的各个环节，与生产过程有着紧密的联系，表5-1列出了采用活性污泥法工艺的城市污水处理厂通常需要检测的工艺参数和仪表。
表5-1城市污水处理厂常用仪表
序号
工艺参数
测量介质
测量部位
常用仪器
1
流量
污水
进、出水管道
电磁流量计、超声波流量计
明渠
超声波明渠流量计
污泥
回流污泥管路
电磁流量计
回流污泥渠道
剩余污泥渠道
消化池污泥管路
沼气
消化池沼气管路
孔板流量计、涡街流量计、质量计等（所有仪表要求防爆）
空气
曝气池空气管路
孔板流量计、涡街流量计、质量流量计、均速管流量计
2
温度
进、出水
Pt100热电阻
消化池
污泥热交换器
3
压力
泵站进出口管路
弹簧管是压力表、压力变送器
曝气管道通风机出口
压力变送器（所有仪表要求防爆）
沼气柜
4
减位
进水泵站集水池
超声波液位计
格栅前、后液位差
超声波液位计、变压变送器、沉入式压力变送器（所有仪表要求防爆）
浓缩池，储泥池
5
pH值
进、出口管路或渠道
pH仪
6
电导率
电导仪
7
浊度
浊度仪
8
污泥浓度
曝气池、二沉池、回流污泥管道
污泥浓度计
9
溶解氧
曝气池、二沉池
溶解氧测定仪
10
污泥界面
污水、污泥
二沉池
污泥界面计
11
COD
进/出水
COD在线测量仪
12
BOD
BOD在线测量仪
13
沼气成分
消化沼气
CH4检测仪（所有仪表要求防爆）
14
氯
接触池出水
余氯测量仪
四、污水处理厂常用测量仪表
常规水质测量仪表通常采用流通式多传感器结构进行测量，无零点漂移，无需基线校正，具有一体化生物清洗及压缩空气清洗装置。
测量原理分别为：
流量位超声波或电磁法，水温为温度传感器法（PlatinumRTD）、pH值为玻璃或锑电极法、DO为金-银膜电极法（Galvanic）、电导率为电极法（交流阻抗法）、浊度为光化学法（透射原理或红外散射原理）等。
本章将按测量参数分类方法来介绍测量仪表。
（一）流量测量仪表
流量计主要用于污水处理厂中的进、出水，污泥、药液及压缩空气和沼气等流量的计量。
流量与其他计量的配合，可以取得最佳运行工况，从而降低能耗，提高经济效益，所以流量是污水处理厂最重要的计量之一。
流量有瞬时流量与累积流量之分。
瞬时流量指流体在单位时间内流过某一截面的流体数量，单位常用m3/h或kg/h。
累计流量指在某一间隔时间内，流体通过的总量，单位常用m3或kg。
流量计种类繁多，测量原理、测量方法和结构各有不同，操作和使用方法也不一样。
因而进行流量计选择时应充分研究测量条件，了解流量计的性能特征，选择最适合自己工艺要求的流量计。
下面主要介绍在污水处理厂中常用的几种流量计。
1.差压式流量计
（1）差压流量计的应用场合差压式流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体经节流装置产生的压力差来实现流量测量。
它是目前在生产中测量流量较成熟、应用较广的测量仪表。
通常由能将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置（如孔板、喷嚏、文丘里等）和能将此差压转换成对应的流量值显示出来的差压变送器或差压计所组成。
在管道中放置能使流体产生局部收缩的元件称为节流装置。
其中应用最多的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。
在污水处理过程中，用来测量压缩空气和沼气，也常用孔板测量流入曝气池、曝气沉砂池的空气流量、消化池蒸汽搅拌流量等。
（2）差压变送器的完好条件及日常维护
①差压变送器完好条件
a.零部件完整，符合技术要求：
铭牌及刻度盘应清晰无误，零部件应完好齐全并规格化；
紧固件不得松动；
可动件应灵活；
端子接线应牢靠，线路标号齐全、清晰准确；
密封件应无泄漏。
b.运行正常，符合使用要求：
运行时仪表应达到规定的性能指标；
正常工况下仪表值应在全量程的1/3以上。
c.技术资料齐全、准确，符合管理要求：
说明书、合格证、校验调试记录、运行记录、零部件更换记录应齐全、准确；
系统原理图和接线图应完整、准确。
②日常维护
a.每班至少两次向当班人员了解仪表的运行情况；
查看仪表供电是否正常；
查看表体、连接管路、线路、阀门是否有泄漏、损坏、腐蚀。
b.定期维护和校验：
每班进行一次仪表的外部情节工作；
定期进行正、负导压管排污；
每6个月进行一次精度检查、校验。
c.校验用校准仪器：
标准电流表为0.1级；
标准气动信号发生器为0.05级；
稳定电源为（24±
1）VDC。
d.零位、量程、精度的调整如下。
零位调整：
变送器输入压力信号为零，变送器输出信号应为4mA，否则调整零位调整螺钉，使其输出电流为4mA。
量程调整：
给变送器输入一个相当于满量程的压力信号，其输出应为20mA，否则调整量程调整螺钉，使其输出电流为20mA。
精度校验：
零位和量程调整完毕后，用压力信号发生器向变送器分别输入相当于满量程的0、25%、50%、75%和100%的压力信号，其输出应分别为4mA、8mA、12mA、16mA和20mA；
然后再由100%降至75%、50%、25%和0，其输出应分别为20mA、16mA、12mA、8mA和4mA。
在各个点上的基本误差和变差应满足仪表的精度要求。
若仪表精度不能满足，应按照其说明书进行线性调整。
2.电磁流量计
电磁流量计是利用电磁感应原理制成的流量测量仪表测量导电液体流量最常用的仪表，它可以测量各种腐蚀性介质及带有悬浮颗粒的导电液体的流量，在污水处理厂中得到广泛的应用。
（1）电磁流量计组成和测量原理整套仪表由传感器和信号转换器两部分组成，传感器安装在工艺管道上，其结构由导管、电极、励磁线圈和铁心组成。
被测介质的流量经变送器变换成感应电势后，再经转换器把感应电势信号转换成为电流信号作为输出，以便进行远方指示记录或作为控制信号。
测量原理为：
由法拉第电磁感应定律可知，当导电的被测介质垂直于磁力线方向流动时，在与介质流动和与磁力线都垂直的方向上产生一个感应电动势E，感应电动势
E=KBVD（5-1）
式中，K为仪表常数；
B为磁感应强度；
V为流体流速；
D为管道直径。
体积流量Q=V×
A其中A=π（D/2）2
所以
（5-2）
由上式可知，当K、D、B不变时，Q与E成正比。
但上式是在均匀直流磁场条件下导出的，由于直流磁场易使管道中的导电介质发生极化，会影响测量准确度，因此工业上常用交流磁场：
B=Bmsinωt，将B代入式（5-2）得
（5-3）
（2）电磁流量计特点由于传感器部分结构简单、可靠，测量管内无活动及阻流部件，不会发生堵塞问题，因而具有惰性小、反应迅速、压力损失少等特点，也可以测量脉动流量。
安装方便，传感器即可水平安装，也可垂直安装，在安装时，要求两个电机在同一水平面。
输出电流与流量具有线性关系，它不受被测液体的物理性质（温度、压力、黏度）变化和流动状态的影响，其测量范围宽，量程比大。
可用于含有纤维质或固体颗粒、悬浮物或酸、碱、盐溶液等具有一定电导率的液体的体积计量，在测量时，要求管道内流体为满管流动状态，并可进行双向测量。
电磁流量计也有一定的局限性和不足之处，如被测液体必须是导电的，不能测量气体流量等；
另外电磁流量计的结构复杂、成本高。
（3）电磁流量计的使用
①被测介质的含固率应小于10%。
②电磁流量计防护等级应考虑污水处理厂潮湿且容易被水淹没的实际环境条件，一般应选择IP67或IP68。
③任何情况下管道内被测介质都必须满流。
④电磁流量计应根据被测介质选择适当的口径，以保证流速在合适的范围内，通常应选择2～3m/s的流速范围内。
⑤对含有固体颗粒并对电磁流量计衬里有磨损的介质，其流速范围应在1～2.0m/s。
⑥除了用于测量二沉池出水外，都应选择带有电机自动清洗装置的电磁流量计。
⑦电磁流量计的变送器应做可靠的接地。
⑧电磁流量计的变送器安装，应满足对前后直管段的要求。
（4）电磁流量计完好条件及日常维护
①电磁流量计完好条件
铭牌及刻度盘应清晰无误；
零部件应完好齐全并规格化；
插接件应接触良好；
可调件应处于可调位置；
端子接线应牢靠；
密封件应无泄漏；
所配防护、保温设施应完好无损。
b.运行正常，符合使用要求；
运行时，仪表应达到规定的性能指标；
正常工况下仪表示值应在全量程的1/2以上；
设备及环境整齐、清洁，符合工作要求；
整机应清洁、无锈蚀，漆层应整齐，均要做固定安装；
管路线路标号应齐全、清晰、准确。
a.每班至少两次巡回检查：
向当班人员了解仪表的运行情况；
查看表体，连接管路、线路，阀门是否有泄漏、损坏、腐蚀。
b.定期维护和检验：
每班进行一次仪表的外部清洁工作；
每3个月进行一次零位调整。
电磁流量计结构复杂，非专业人员不能对其进行检修，但是一旦设计合格，安装正确，投入使用后，日常维护量并不大。
对于老式的电磁流量计，用户一般不能在现场进行调整和标定。
对于近几年引进技术生产的新型电磁流量计，用户可按照其产品说明书在现场进行量程、零点的调整。
3.超声波流量计
超声波类流量计是一种新型的非接触式流量计，主要特点是：
流体中不插入任何元件，对流速无影响，能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀、非导电性的液体的流量测量。
对于大口径管道的测量，不会因管道大而增加投资，量程比较宽等优点。
超声波流量计的测量原理多种多样，常用的有时差法、频差法、相位差法和多普勒法。
随着仪表技术的发展，各种类型的超声波流量计如用于渠道测量的明渠式超声波流量计、用于管道测量的管道式超声波流量计、管道钳夹式超声波流量计等被越来越多的污水处理厂所采用。
（1）明渠式超声波流量计污水处理厂流量测量仪表中，按测量仪表的安装形式分为管道式和明渠式。
明渠式超声波流量计是一种在污水处理厂应用很广的流量计。
在污水厂中常用的明渠有巴歇尔水槽、三角堰、梯形槽、矩形槽等。
明渠式流量计实际上是通过渠中流量液位，再换算成流量的。
（2）管道钳夹式超声波流量计管道钳夹式超声波流量计可以不用断开管路安装（不像电磁流量计那样需要断开管路安装），也不需要安装旁通管路和阀门，测量管路口径可以几十毫米到几米，维护方便，可在对流体无任何影响下来进行流量测量，因此被许多污水处理厂采用。
管道钳夹式超声波流量计由管道外部的两个传感器、安装导轨及附件、转换器组成。
（3）超声波流量计的完好条件
①零部件完整，符合技术要求：
②运行正常，符合使用要求：
正常工况下仪表示值应在全量程的1/3以上。
③设备及环境整齐、清洁，符合工作要求：
整机应清洁、无锈蚀，漆层应平整、光亮、无脱落；
仪表线路敷设整齐，均要做固定安装；
在仪表外壳的明显部位应有表示流体流向的永久性标志；
管路线路号应齐全、清晰、准确。
④技术资料齐全、准确，符合管理要求：
说明书、合格证、检验调试记录、运行记录、零部件更换记录应齐全、准确；
系统原理图和接线图应完整、准确；
仪表常数及其更改记录应齐全、准确。
（4）超声波流量计日常维护
①每班至少两次巡回检查：
查看表体、固定导轨、线路是否有损坏、腐蚀。
②定期维护和检验：
每3个月进行一次零位调整及量程的校验。
（二）温度测量仪表
在污水处理工艺过程中需要测量的参数也包括污水厂进、出水温度，消化池内温度，热交换器温度等温度。
温度是表征物体冷热程度的物理量。
目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标等。
1.温度测量仪表的分类
温度测量仪表按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
接触式测温仪表通过感温元件与被测介质直接接触进行测量，包括常见的玻璃温度计、双金属温度计、热电阻、热电偶等。
非接触式测温仪表感温元件不与被测介质接触，是通过热辐射原理来测量温度的，如光学式、比色式等。
2.温度测量计的特点及其应用
各种温度计的特点及在污水处理厂中的应用见表5-2。
表5-2各种温度计在城市污水厂的应用特点
温度计种类
优点
缺点
在污水厂的应用情况
双金属温度计
结构简单、机械强度大、就地指示
精度低，量程使用范围有限，不能远传
应用较多，常用来测机械设备系统中的温度，如鼓风机、沼气压缩机等出口温度的就地指示
热电阻
测温广、精度高、便于远传，多点、集中测量和自动控制
不能测量高温，另配显示仪表
应用较多，如消化池温度显示及控制、热交换器温度显示，进、出水温度显示
热电偶
测量元件不破坏被测物体温度场，测量范围广
需要自由端补偿，在低温段测量精度较低
应用较少，只用于高温情况下，如在沼气发电系统中发动机燃烧监视，沼气燃烧等特殊情况下使用
3.温度测量仪的介绍
（1）热电偶将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。
当导体A和B的两个接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介质中，称为工作端；
另一端称为冷端，放在温度为t0的恒定温度下。
当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，即可获得温度值。
热电偶具有测量准确度高、范围广等优点。
①热电偶的完好条件
a.零部件完整，符合技术要求铭牌应清晰无误；
b.运行正常，符合使用要求运行时，热电偶应达到规定的性能指标；
c.设备及环境整齐、清洁，符合工作要求保护套管应清洁、无锈蚀，漆层应平整、光亮、无脱落；
穿线管和软管应敷设整齐；
线路标号应齐全、清晰、准确；
连接导线不得靠近热源及有强磁场的电气设备。
d.技术资料齐全、准确，符合管理要求说明书、合格证、校验调试记录、运行记录、零部件更换记录应齐全、准确；
仪表常数及其更改必须记录齐全、准确。
②热电偶日常维护
a.每班至少两次巡回检查向当班人员了解热电偶的运行情况；
检查接线盒是否盖好，保护套管、软管及穿线管是否破裂，连接处是否松动，发现问题及时处理，并做好巡回检查记录。
b.定期维护和校验每周进行一次热电偶的外部清洁工作；
每12个月进行一次校准工作。
c.常见故障断路或短路，而前者又较后者为多。
断路和短路故障非常容易检查，用一般万用表即可进行检查。
另外，断路与短路在显示仪表上也有明显的故障现象。
若断路，则显示仪表指示最大；
若短路，则显示仪表指示最小。
（2）热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
它的主要特点是测量准确度高，性能稳定。
其中铂热电阻的测量准确度是最高的，它不仅应用于工业测温，而且被制成标准的基准温度计。
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的，一般由热电阻、温度变送器、记录或打印机组成。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。
铂热电阻的温度特性在0～850℃范围内；
（5-4）
其中，
；
从热电阻的测量原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响，为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。
①热电阻的完好条件
b.运行正常，符合使用要求运行时，热电阻应达到规定的性能指标；
正常工况下，热电阻工作温度应在测量范围的20%～80%。
②热电阻日常维护
向当班人员了解热电阻的运行情况；
每周进行一次热电阻的外部清洁工作；
（三）液位测量仪表
污水处理工艺过程中，液位测量仪表也是污水处理厂中测量仪表的一个重要组成部分。
常常通过测量格栅前后的液位差对格栅的运行进行控制；
根据泵房前集水井液位对水泵进行编组控制；
根据消化池、浓缩池的液位来决定进（排）泥泵的开停等。
因此，液位测量在污水处理中有着湿分重要的意义。
1.液位测量仪表的种类
液位测量仪表种类很多，有超声波式、插入式、差压式、浮力式等。
表5-3列出了在污水处理厂中常见的液位计及其特点。
随着科学技术的发展及污水厂测量仪表精度、自动化程度的不断提高，老式液位计，如玻璃管、浮标等逐渐被淘
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