【毕业学位论文】（Word原稿）反渗透进水SDI 自动检测系统的研究与实现-软件工程

职业型硕士博士（打印时删除） 硕士学位论文 （专业学位） 反渗透进水 动检测 系统 的研究 与实现 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型：计算机科学与技术 专业领域：软件工程 指导教师： 副指导教师： （如有副导师或校外导师，可在此填写） 二一三年五月 同等学力硕士博士（打印时删除） A in 2013 DI O 反渗透进水S D 同济大学 5右 5右 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 摘要 近年来 ,膜技术飞速发展 ,用于水质净化的膜处理工艺也日趋完善 。 一些大型电站和水处理厂更多地选择采用反渗透等膜处理工艺来代替传统的离子交换和蒸馏等手段进行水质净化处理。运行发现，反渗透预处理出水水质是否符合要求，直接影响反渗透膜的使用寿命、清洗周期、产水量和运行成本。大量的应用实例和研究表明： 染密度指数，又称淤泥密度指数）是评价 渗透）进水预处理效果的最主要指标，通过对影响 试结果的各种因素进行研究，对分析反渗透进水 达标的原因，采取有效的预处理措施有积极的意义，因 此 本论文 根据目前国内外在该领域的研究开发现状、水平、发展趋势及我国相关的产业政策，国内外市场需求等情况，主要研究反渗透系统进水淤泥密度指数（ 响因素的研究；开发 泥密度指数）的自动传感检测方法，建立 制反渗透进水 自动检测系统， 摒弃了以往传统测试中 的人工操作、 准确度差等缺憾 。开发 包括污染信号采集转换系统、流量测控系统、信号处理与智能分析单元、单片机控制、电源电路、起始与翻页按钮电路等硬件电路， 建立了液晶显示模块，开发了大量的相应源程序实现 使污染密度指数的测试在原有手动测试的基础上实现自动测试，具有智能化、数据记忆、 操作便捷、 测量精度高 、测试速度快 等特点， 填补了国内该类测试仪器的空白。 关键词： 淤泥密度指数，自动检测，传感器，单片机 n of is of in of O of of as y is to of O (r to on DI it of of to So of DI be in In to at of DI t y a of to DI on of as It is to at 目录 第 1 章 引言 . 1 究背景及意义 . 1 渗透膜技术概述 . 2 渗透的基本原理 . 2 渗透系统的预处理 . 3 渗透膜技术的应用 . 4 污染及其控制技术 . 6 课题的主要研究工作 . 7 第 2 章 测系统需求分析 . 9 试技术 . 9 般 试系统的组成 . 9 数学模型 . 10 试参数要求 . 10 第 3 章 动检测系统总体设计 . 12 动检测系统组成 . 12 动 检测的工作原理 . 12 磁式流量计 . 12 磁流量变送器 . 15 晶显示模块 . 18 片机控制系统 . 22 第 4 章 硬件电路设计 . 26 盘电路设计 . 26 源电路设计 . 26 波电源参数选择 . 26 源电路设计 . 27 压降）线性稳压器 . 28 电路图 . 30 第 5 章 软件程序设计研发 . 32 盘去抖动程序 . 32 泥密度指数 动检测软件流程图 . 33 泥密度指数 动检测的主程序流程图 . 33 泥密度指数 动检测外部中断流程图 . 34 泥密度指数 动检测仪定时器中断流程图. 35 晶显示设计 . 36 令系统 . 36 与显示数据 对应关系 . 37 第 6 章 系统测试 . 39 试系统的构建及实验检测 . 39 试系统构建的步骤及注意事项 . 39 验检测步骤 . 39 验检测测试数据结果及结论 . 40 致谢 . 42 参考文献 . 43 附录 A 泥指数自 动检测源程序 . 45 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 . 63 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 究背景及意义 我国是一个水资源严重匮乏的国家。资料显示，尽管我国拥有世界第 6 位的年平均水资源量，但是 人均水资源占有量 仅 位 列 世界第 90 位 ，相当于世界平均水平的 25%。而且 占全国面积 60%以上 的 北部地区仅仅拥有 19%水资源 ，另外81%的 资源量分布在面积不足 40%的 南 部 地区 。分布的极其不均加重了北部地区的水资源短缺。 科学技术的快速进步带给我们生活益处的同时也造成了环境污染。比如：工业废水污染了水源，自然界水源的供给量也无法满足因人口膨胀和工业增长造成的水量需求增长，而且季节降雨量不均匀也造成了水资源的紧张。我国近30%以上的河流受到不同程度的污染； 90%以上城市 的 水域污染严重 ， 近 半数 重点城镇水源短缺 。同时水资源的再生、 重复利用率低、水环境污染等问题 严重加剧了我国水资源短缺。 加之相于发达国家近二十倍的 工业万元产值耗水量 、三倍的 农业每 公斤粮食耗水量 ，使我国成为 全球 十三 个人均水资源最贫乏的国家之一 。 水资源是可以枯竭的，合理开发、利用和保护水资源是社会发展的永恒主题。淡水资源的短缺是不言而喻的，而城市污水具有量大、集中、水质较为稳定的特点，是一种潜在的水资源，污水经过处理后完全可以重复使用，并实现水在自然界中的良性循环。开辟这种非传统水源，实现污水资源化，对保障城市供水安全亦具有重要的战略意义。水资源的短缺已经严重制约了社会经济的可持续性发展，因此， 对城市污水再生利用是一条必由之路。评价 统（表征反渗透系统） 进水预处理效果的最主要 的评 价 指标是 淤泥密度指数 也就是 反渗透系统中最通用的表示膜污染能力的指标 。它 综合表示了进水悬浮物和胶体物质的浓度和过滤特性 。因此，现阶段水处理中， 目前我国的水处理系统一般均采用膜分离技术和反渗透污水处理工艺对内水处理行业进行淤泥密度指数的测试均为手动方式。这种测量方式不但使用起来极不方便，步骤较多，尚需手动人工计算数值，而且计时时间和测量的过程均存在着人为误差，数值很不精确。市场和工程实践需 要开发精确度高、便于操作的智能型全自动测试仪器。本系统即研究反渗透进水实现开发智能型 便于即时、同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 2 精确、直接地从显示屏中读出所测原水的淤泥密度指数。 渗透膜技术概述 反渗透膜是一种用具有半透性能的薄膜，采用特殊材料及加工工艺制成。其工作原理是：使水溶液某一些组分在给予外加压力时选择性地透过，以实现水溶液的淡化、净化或者浓缩、分离。 1748年由法国人 1950年美国人 。但是直到 1960 年伴随着第一张用醋酸纤维素做为原材料的反渗透膜研制成功，反渗透膜分离技术才得以实现。这是由 种高透水量反渗透膜具有高分离的工作效率。膜是反渗透过程的核心。反渗透膜性能的好坏直接决定了反渗透系统质量的优劣。水平的高低关键在于，第一张由醋酸纤维素制成的反渗透膜是用于水脱盐的，随着科学技术的发展，各种不同类型的反渗透膜被开发研制出来，同时显著提高了膜的性能。由此，该技术已经不仅仅应用在传统的纯水制备、水的脱盐处理、水的再生利用和废水回收等水处理领域，同 时更广泛的应用于生物医药科学的研究以及食品加工等各个新兴领域。 渗透的基本原理 采用蒸馏法是人类从含有杂质水中获得纯水的传统方法。 1950年以后诸如离子交换和电渗析法等工艺逐渐用于纯水制备，反渗透膜是近十几年以来被广泛采用并应用于海水、苦咸水的脱盐处理工艺。反渗透工艺不但是目前被公认的较为经济的脱盐技术，同时也是脱除重金属、杀虫剂等其他污染物质被广泛采用的经济实用的方法。 渗透现象是指当盐水和纯水被理想的半透膜分隔时，理想的半透膜只允许水的通过而阻止盐的通过，这时会发生膜纯水侧的水会自动的通过 半透膜流入盐水一侧。如果在膜盐水一侧施加压力，则水的自发流动由于受到抑制而会减慢。当水通过膜的净流量就等于零时，此时施加的压力数值称为渗透压力。如果施加在膜的盐水一侧压力值大于渗透压力值时，此时水的流向将会发生逆转，这时盐水一侧中的水将会向纯水一侧流动，这就是水的表征反渗透 (理的基本原理。如图 1 第 1 章 引言 3 溶质 + 溶剂 溶剂半透明初始状态渗透压溶质 + 溶剂 溶剂半透膜渗透及渗透平衡状态溶剂溶剂溶剂溶剂半透膜加压质剂 + 溶剂反渗透状态图 渗透原理图 渗透系统的预处理 反渗透系统的运行维护管理是其长期正常运行根本保证。其运行维护管理包括正确的安 装、严格的调试过程以及对原水合理的预处理。膜系统被污染和发生结垢以后，将会导致产水量的减少，降低脱盐率，这都与不合理的预处理有很大关系。反渗透系统的预处理工作状态正常是其系统开机的重要前置程序。 反渗透系统的使用过程中，原水的预处理十分重要的作用。需要对原水的水质进行及时、准确的监测，以便全面、及时、准确地分析原水水质数据，当原水的水质发生变化，要迅速采取合理的措施，以保障系统安全运行。在进行原水监测时，要对进水量以及进水 水的温度、浊度、 氯、和细菌总数等参数加以检测，这些参数同 时决定了系统的设计。 水中的悬浮物质需要经过原水的预处理加以消除，以便使水浊度降低；同时为防止微生物的孽生长大还需要对原水实行杀菌处理，以避免反渗透系统被堵塞。 反渗透系统通常通过反映对到受悬浮物污染情况的淤泥密度指数来对原水水质进行测量，这是因为反渗透系统对原水中的悬浮物有较高的要求标准，这种方法目的是测量反渗透受水系统中悬浮物的污堵情况。流入反渗透系统的原水的淤泥指数一般情况下建议值应当小于 3 为宜，极值不大于 5。反渗透系统预处理时还应该考虑进水温度、 等相关因素。随着水温的逐渐增高，膜的透同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 4 水通过量而 逐渐增大，但是过高的温度会促使醋酸纤维素膜的水解的速度加快，同时使变软的有机膜易于压实。因此，通常温度在约 2040C 控制范围对于有机膜来说，是较为适宜的；约 545C 温度控制范围适合复合膜的使用。另外，每种反渗透膜都具有自身最适合其运行的 ，因此在原水预处理时，还需要调整进水 ，以适应反渗透膜的要求。 渗透膜技术的应用 渗透膜性能要求和指标 为适应实际水处理生产中的应用需要，一般应采用成本低、使用寿命长、渗透性大、脱盐率高的反渗透膜，借以形成规模的经济性。反渗透 膜应具有良好的耐酸碱、耐水解、耐温、耐氧化、耐生物污染侵蚀等性能，以适应较大的温度、压力、水质的变化，以达到实际应用上的可靠性。同时要求使用结构均匀的反渗透膜，以制成需要的结构；并且具有一定坚实程度和强度，不会因拉力和水的压力的影响而破裂、变形。性能良好的反渗透膜水通量的衰减小，能够保证稳定的产水量。 元件的安装 在保证膜元件完好没有损坏且没有发生泄漏的前提下将膜元件装入压力容器准备启动。使用包括卡环钳、钳子、橡皮锤、扳子、改锥、甘油等工具和压力容器等硬件。要除掉压力容器内部所有外来物质， 对其内部进行彻底清洗，同时要保证润滑，需要使用毛巾或海绵将容器内壁浸润甘油以达到润滑。 具体操作步骤，如图 1 第 1 章 引言 5 保 持 膜 元 件 外 部 的 清 洁检 查 膜 元 件 的 浓 水 密 封 情 况对 浓 水 密 封 加 以 甘 油 润 滑从 给 水 端 将 膜 元 件 插 入 2 / 3浓 水 密 封 环 须 在 暴 露 端密 封 环 的 唇 必 须 面 向 其 外 部记 录 膜 元 件 系 列 号 、 压 力 容 器 内 的 位 置连 接 件 全 部 插 入 产 品 水 管 内插 入 下 一 个 膜 元 件膜 元 件 对 准 连 接 件在 容 器 外 从 膜 元 件 的 浓 水 端 推 元 件 直 至 互 相 接 触直 至 安 装 最 后 一 个 膜 元 件组 装 好 端 板将 压 力 容 器 的 防 膜 卷 伸 出 装 置 放 入 压 力 容 器 的 末 端在 浓 水 端 安 装 组 装 好 的 端 板将 端 板 U 型 密 封 环 涂 油 润 滑 套 在 端 板 上装 入 一 定 量 垫 片 后 将 端 板 上 的 连 接 座 对 准 插 入 最 后 膜 元 件 的 连 接 件慢 慢 将 其 推 入 压 力 容 器 内直 至 端 板 外 表 面 刚 好 过 压 力 容 器 环 槽将 卡 环 插 入 环 槽 内装 好 给 水 端 板图 1安装步骤 同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 6 污染及其控制技术 膜污染是指在膜的分离过程中，被截流在膜表面不能透过的物质，在膜的内部、表面、附近不断累积，减小了膜孔的有效半径，导致了膜孔的堵塞，从而增加了膜分离过程阻力，随着操作时间的推移导致了渗透通量降低。 形成沉淀、吸附、滤饼、凝胶层是膜污染的主要机理。原料液中的悬浮固体和粒子、金属 氧化物、胶体物、生物及有机污染物以及成垢盐等各种杂质，都可能对膜造成污染。其污染程度直接影响着膜的透过通量。严重的膜污染会缩短膜的使用寿命，使其分离性能发生显著变化，直接导致膜的通透量严重下降。膜技术重要组成就是如何减少膜表面的污染，降低其污染程度，这也是膜装置成功与否的关键。 但是膜污染的完全避免也 是不可能的，自膜的应用开始的一刻，膜的性能就受到了膜污染的影响。因此使用操作一段时间后，对膜进行清洗再生，是使用过程中必要的操作程序。通常膜在经过了一段时间应用后或者在不改变原料液参数的条件下，出现操作压力的上 升、透过液的质量下降等情况，此时都需要通过清洗的手段以恢复膜的性能，这就是膜的再生。 一般情况下可以通过反冲洗的物理清洗或者化学清洗两种技术实现膜的再生。通过物理或者化学清洗办法可以部分恢复膜污染造成的膜的性能降低，即可以恢复部分渗透通量的降低，而另外一部分将随着时间的推移而不断累加并且永久性的不可恢复。当发生“膜中毒”时，即膜的永久性通透性能不断降低，达到一定程度不可恢复再生时，需要更换新的 膜。 膜组件的构造、原水污染物的类型、密度，决定了膜污染的状况。由此，应当在选取合理的膜组件并且安排适当的流程的前提下 ，对原水进行必要的预处理，控制原水中的污染物，以达到对膜污染控制目的。 原料液预处理是指通过膜设备前，通过向原料液中加入一种或几种物质的方法，使之产生、过滤、吸附、絮凝和化学氧化等现象，以达到改变其性质特性，的目的，从而将污染祛除。膜污染现象形成的原因较为复杂，不同材质的膜材料以及结构不同的膜组件，都需要采用不同的对预处理方法。 实际生产中成垢盐的软化祛除通常采用石灰、石灰碱；胶体和悬浮固体一般通过氯化絮凝的方法过滤祛除；用紫外线灭菌的方法减少生物污染；活性炭吸附有机物污染等常规预处理方法在生产实践中被广泛 应用。典型的如采用精密过滤对海水 处理后的水质明显优于常规过滤。 通常用淤泥密度指数 时也采用该指标表征原料液的污染能力。一般采用 准，测定，原料液通过膜孔径 m 直径 47膜过滤器所需的时 第 1 章 引言 7 间。 当原料液成分复杂时， 标局限性就显现出来。例如对废水的膜处理，就需要提出浊度、色度、悬浮固体（ 总有机碳（ 化学需氧 量（ 指标作为参数反映膜和污染物的相互作用。一些特定材质的膜还会将余氧、 本课题研制的测试仪即为实现对表征反渗透系统预处理过程中淤泥密度指数的自动检测的智能型 课题的主要研究工作 反渗透进水淤泥密度指数 各种水处理工艺过程中广泛选取的应用指标，是衡量进水水质情况的一项重要参数。本系统属于分析类仪表，采用 司生产的 一种全新的智能型仪表。 电磁流量变送器脉冲当量设为 200 脉冲 /升，与 变送器脉冲发送端相连接。电磁流量变送器采用 给水压力设为 30开机，开始直至关机时，将单片机采集脉冲信号的频率设为 5 分钟 /次，每 15 分钟做为一次循环。测量并纪录 500水通过 m 微滤膜所用时间，测量数据存入片内 过 128 64 点阵液晶显示将计算得出淤泥密度指数 统采用了具备时钟显示功能的 128 64点阵液晶显示模块，可以分 15页将测量到的淤泥密度指数 0组 90个 测试数据分屏显示。反渗透淤泥密度指数 试 仪通过友好的界面显示将高速计算的精确测量数据进行输出。 根据目前国、内外在该领域的研究开发现状、水平、发展趋势以及我国相关的产业政策、国内外市场需求等情况，确定本项目的主要研究内容如下： 第一：反渗透进水淤泥密度指数 响因素的研究。 第二：反渗透进水淤泥密度指数 自动传感检测方法，建立淤泥密度指数 第三：研制反渗透进水淤泥密度指数 自动检测系统，实现检测实时在线、快速准确的要求。 其中包括： 研制开发包括了电源电路、单片机控制系统、起始翻页按钮电路等测试仪器的硬件电路 系统的。在原有手工测试的基础上实现淤泥密度指数 自动测试。该智能化检测系统能够快速测量出高精度的检测数据，操作快捷简便。 在开发测试主程序的同时编写了键盘去抖程序以及外部中断和定时器中断等辅助相关程序，对反渗透进水淤泥密度指数 同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 8 使用 128 64 点阵液晶显示模块，使测试仪显示界面人性化。 根据反渗透进水淤泥密度指数 动传感检测方法，完成智能型测试仪样机一台，并在生产现场进行安装调试，使该设备实际应用于生产第一线。 这种操作便捷、测量精确的反渗透进水淤泥密度指数 动传感检测 的研究，是生产实践和市场的需求，它的研制填补了我国在该类测试仪器上的空白。目前，该产品已经申请了国内技术成果专利。 第 2 章 测系统 需求分析 9 第 2 章 测系统 需求分析 试技术 近几年，反渗透膜技术的研究在美国、匈牙利等国家发展较为成熟，包括反渗透半透膜、膜组件、相关进水水质的检测设备等，并且有的公司已开发出了不同性能的产品实现商品化，如美国通用公司、杜邦公司等，但价格较贵。目前国内水处理行业膜技术得到飞速发展， 统即表征反渗透系统通过重要指标泥密度指数（ 来衡 量纳滤及 统进水水质 ，但 其 此来预测潜在的膜污染趋势过于乏味，昂贵而且费时，其存在的问题为：一是使用起来不方便，步骤较多，还需手动人工计算数值；二是计时时间和测量过程均存在人为误差，数值不准确。反渗透进水 前在国内尚属空白，虽然国外有类似的相关产品报道，但自动化程度低，量化误差较大，用于现场效果较差，由于该技术产业化具有高附加值和广阔的应用前景，所以该项目的研究具有重要的现实意义。 般 试系统的组成 普通的 量仪由压力表、压力调节阀、球阀、过 滤池等部件组成。如图 2 这类 试装置在污水处理系统中存在明显的缺点。它需要频繁地记录测量数据，再通过计算得出测试数据，而这些大量的工作都需要由人工手动完成。准确度低，且费时费力、容易出错。实际工作中需要我们研制精确度高、易于操作的智能测量仪器。 压力表排气阀O - 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 10 图 2试装置示意图 数学模型 淤泥密度指数 其固定的数学计算方法，是由 500原水 在 30过 滤膜所 用 时间 统计出来的数学算式。 淤泥密度指数 I 11 0 030 （ 式中： 淤泥密度指数； 30P 给水压力为 30的滤膜堵塞百分比； 总测试时间，单位：分钟。 通常5 分钟，但如果在 15 分钟内即有 70%的滤膜面积被堵塞，测试时间将需缩短； 第一次取样所用 时间； 15 分钟 (或更短时间 )以后取样 500水 所用时间，本文设为 5 分钟； 测量数据时须注意的事项： 正常情况下接 取 500样所 用 时间约为接取 100 样 所 用 时间的 5倍。 如果 接取 500 用 时间远 远 大于 5倍 时， 则在计算 淤泥密度指数 采用接取 100样 所 用 的时间。 为了精确 计算淤泥密度指数 30P 不应超过 75%，如果 30P 超过 75%有必要 重 新 测量 并 且 在较短时间内获取 。 试参数要求 由式 （ 可知 ,微孔滤膜受水样污染 ,水样的流速随时间按指数规律不断衰减 ,水样流速衰减越快 ,滤膜被堵塞的时间越短 ,采集 500样所需时间越长(2t 的值越大 ), 越大；反之 ,流速衰减越慢 ,堵塞时间越长 , 小 ,因此值也用来表征滤膜的污染程度。 试中过滤方式为全量过滤 ,并假定膜孔径 0145膜面截留物为单粒子层 ,每片滤膜的 饱和截留量为 水样中被截留的粒子浓度为 c (个 /则每片滤膜最大过滤量为 : ( 第 3 章 动检测系统总体设计 11 设测试中初始过滤速度为 0V ,任意时刻的过滤速度为 根据孔堵塞模型数学表达式有 : (则在 0 : )1(0 0t tv ( 由式 ( (知 ,获得过滤液体积 $ )$1(0 (由 式（ 可知 ,计算时间可以转化为计算液体流动的容积流量 ,根据电磁流量计工作原理知 : 44 2 )/( (即容积流量与电动势成 正比 ,而电动势的大小可以用脉冲的个数来表示 ,故计算时间最终可以转换为计算脉冲的个数。即将脉冲的个数固定 ,例如每流过50000个脉冲 ,由于流速不同 ,输出 100个脉冲所需的时间就不同 ,时间越长 , 越大 ； 反之 , 反渗透系统中， 流入反渗透系统的原水的 数一般情况下建议值应当小于 3 为宜，极值不大于 5。 场 测试 中 ， 一般为室外， 工作环境温度为 50，测量 精度要求小于 1%，待机时电流 应 小于 为便于携带和使用，测试系统体积越小越好 ，以小于 505020 同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 12 第 3 章 动检测系统总体设计 动检测 系统 组成 动检测中，使用 M 磁水表的系统接线示意图，如图 3示。 电磁流量变送器( 传 感 器 在 内 部 )输入原水 球阀压力调节阀压力表排气阀0 . 4 5 m 微滤膜 脉冲信号单片机系统输出图 3统接线示意图 测定 的标准方法的基本原理是 ： 测量一定量 的 原水在 30水压力下 ，通过 将 给水压力调节为 30原水 通过 球阀与压力调节阀时，经 m滤膜后， 流 入电磁流量变送器的输入端。本自动检测系统 使用了内部配有电磁流量传感器 的型号为 西门子的 M 电磁流量变送器， 操作仪表 表盘上的四个操作键 ，将 脉冲当量 设 为200脉冲 /升。此时即 每当 1升原水流过电磁流量变送器 时， 输出为 200个脉冲。由于 在相同的给水压力 30， 1 升原水 通过 m滤膜过滤所需时间 是不同的， 即 完成发送 200个脉冲的时间越 短； 反之 ， 越高 。 动检测的工作原理 动检测系统，为了实现检测的智能化，添加了电磁流量变送器、液晶显示模块、单片机控制系统。下面分别介绍各个模块的工作原理。 磁式流量计 电磁流量仪表又称为流量计（ 流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其 第 3 章 动检测系统总体设计 13 具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础， 因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。 电磁流量计是 60 年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表它根据法拉第电磁感应定律制成，用来测量导电流体的体积流量。由于其独特的优点，目前已广泛地应用于工业上各种导电液体的测量。例如，测量各种酸、碱、盐等腐蚀液体；各种易燃，易爆介质；各种工业污水，纸浆，泥浆等。 作原理 电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。即当导电液体流过电磁流量计时，导体液体中会产生与平均流速 V （体积流量）成正比的电压，其感应电压信号通过两个与液体接 触的电极检测，通过电缆传至放大器，然后转换成统一的输出信号。 基于电磁流量计的测量原理，要求流动的液体具有最低限度的电导率。 图 3电磁流量计的工作原理。励磁线圈通以励磁电压后，绝缘导管处于磁力线密度为 电性液体的流速为 v ，流经绝缘导管时，在导管内径为 会产生如式 即 （ 式中： v 液体平均的流速（ m/s）； B 磁场的磁通密度； D 导管的内径（ m）。 液体流动的容积流量为： )/(44 32 （ 同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 14 铁 芯 2 - 电 极 3 - 绝 缘 导 管 4 - 励 磁 线 圈 5 - 液 体1 - 铁 芯 2 - 电 极 3 - 绝 缘 导 管 4 - 励 磁 线 圈 5 - 液 体磁流量计工作原理图 由公式（ 以得出，容积流量 Q 和电动势 e 成正比。如果提前知道了导管内径和磁场磁通密度 B，即可通过对电动势的测定 ，得出容积容量。 磁流量计的优点 电磁流量计的变送器结构简单，没有可动部件，也没有任何阻碍流体流动的节流部件，所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失，同时它不会引起诸如磨损，堵塞等问题，特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆，污水等液固两相流体，以及各种粘性较大的浆液等同样，由于它结构上无运动部件，故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极，起到很好的耐腐蚀性能，使之可用于各种腐蚀性介质的测量 电磁流量计是 种体积流量测量仪表，在测量过程中，它不受被测介质的温度粘度、密度以 及电导率 (在一定范围内 )的影响因此，电磁流量计只需经水标定以后，就可以用来测量其它导电性液体的流量，而不需要附加其它修正 电磁流量计的量程范围极宽，同一台电磁流量计的量程比可达 1：100此外，电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态（层流或紊流）无关 电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且线性好因此，可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出，可就地指 第 3 章 动检测系统总体设计 15 示，也可远距离传送 电磁流量 计 是利用法拉第电磁感应定律 研制成 的一种测量导电液体体积流量的仪 表。 50 年代初实现了工业化应用，近年来世界范围电磁流量计产量约占工业流量仪表 总 数的 5% 上世纪 70 年代 ， 出现键控低频矩形波激磁方式，逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式，仪表性能有了很大提高，得到更为广泛的应用。 磁流量计的使用注意事项 精度等级和功能根据测量要求和使用场合选择仪表精 度等级，做到经济合算。比如用于贸易结算、产品交接和能源计量的场合，应该选择精度等级高些，如 者更高等级 ; 用于过程控制的场合，根据控制要求选择不 同精度等级 ;有些仅仅是检测一下过 程流量，无需做精确控制和计量的场合，可以选择精度等级稍低的，如 至 时可以选用价格低廉的插入式电磁流量计。 测量介质流速、仪表量程与口径 测量一般的介质时，电磁流量计的满度 流量可以在测量介质流速 12m/s 范围内 选用，范围比较宽。选择仪表规格 (口径 )不一 定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否 在流速范围内确定，即当管道流速偏低，不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准 确度不能保证时，需要缩小仪表口径，从而提 高管内流速，得到满意测量结果。 尽量避开铁磁 性物体及具有强电磁场的设备，以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。 应尽量安装在干燥通风之处，避免日晒雨淋，环境温度应在 60 ，相对湿度小于 85%。 流量计周围应有充裕的空间 磁流量变送器 本系统采用 司 M 磁流量变送器，如图 3地显示面板提供图形化显示、操作简单的按键、和易读的信息。转换器驱动传感器上的磁场，流量信号来自传感器精确测量的体积量。它通过完整的脉冲输出或通讯接口得到所需的信 息。它的智能功能、信息和诊断保证了最适用的性能和信息采集，优化供水和计费。 系统采用通用型版本。 同济大学 硕士学位论文 反渗透进水 动检测方法的研究 16 图 3M 电磁流量变送器 品组合包括： 通用型和先进型。 传感器口径： 1 48）。 一体和分体型安装，符合 P 防护，分体型带原厂预装电缆。 件。 其中 7于水提取和分配。 易于安装 一体或分体解决方案，分体型带原厂预装电缆，用户参数在出厂前均已设置。 P 防护，传感器可直埋。 灵活的供电方式 内置或外置电池供电，还可提供有线供电带电池后备高级测量。 测量精度高达 49 水表认证。 双向测量。 长期可靠性 / 低成本投入