超聲波流量及濃度共用測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于，包括：發送用超聲波傳感器，附著于測量對象流體流過的管道的外壁并透過壁面發送超聲波；濃度測量用超聲波傳感器，透過測量對象流體管道接收上述發送用超聲波傳感器發送的超聲波；流量測量用超聲波傳感器，按一定時間間隔接收上述發送用超聲波傳感器發送的超聲波；整合信號處理裝置，根據上述濃度測量用超聲波傳感器和流量測量用超聲波傳感器接收的超聲波強度測量浮游固體物（Suspended?solid，SS）的濃度/總量，并利用媒介中傳遞時間差測量流量。因此，本發明利用可同時測量處理水的流量、處理水中的浮游固體物的濃度及總量的傳感器及傳感器設置結構開發整合濃度計及流量計功能的裝置，從而實現作為水處理工藝產物的污泥的定量管理，而且，通過根據SS總量的后續工藝控制及選擇最佳負荷極大地提高水處理工藝的效率性，可通過一名管理員即可控制工藝，節省人力費用，從現有技術的被動工藝控制轉換為主動工藝控制。
【專利說明】超聲波流量及濃度共用測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及超聲波流量及濃度共用測量系統，尤其涉及可同時測量處理水的流量、處理水中的浮游固體物的濃度及總量的超聲波流量及濃度共用測量系統。
【背景技術】
[0002]一般而言，超聲波濃度測量裝置是用于實時測量沉淀于水處理現場——凈水廠、污水處理廠、污廢水處理廠等或在管道內與液體一起流動的各種污泥濃度的測量儀。
[0003]圖1為根據現有技術插入管道內部的超聲波濃度測量裝置的結構圖。
[0004]如圖1所示，現有技術的濃度測量裝置10插入管道I內部，而從超聲波發送傳感器11放射的超聲波通過流體(試料水)之后，以被包含于流體中的雜質、異物、浮游物等散射、吸收而被衰減的狀態被超聲波接收傳感器12接收，從而根據所被接收的超聲波強度測量濃度。
[0005]但是，現有技術的超聲波濃度測量裝置10在需以維護超聲波發送傳感器11及超聲波接收傳感器12 (更換或清洗傳感器)為目的分離傳感器時，需在關閉設置于濃度測量裝置10的前后端的閥門并打開旁通閥，以使流體迂回濃度測量裝置10之后，才能進行更換。
[0006]因此，除濃度測量裝置10之外，還需額外設置旁通管道和閥門等，從而不僅增加安裝費用，而且，安全空間也受到制約。
[0007]另外，因超聲波發送傳感器11及超聲波接收傳感器12的前面直接與流過內部的流體接觸，因此，在長期流速很低或濃度很高的情況下，根據固體物的種類的特性，在傳感器的前面表面出現污泥附著的現象，從而降低傳感器效率，帶來需周期性地清洗傳感器的麻煩。
[0008]這是因為在測量對象流體中，除作為濃度測量對象的浮游固體物之外，還包括各種污物，從而提高所插入的超聲波發送傳感器11及超聲波接收傳感器12的損毀可能性。
[0009]圖2為現有技術的超聲波時間差液體流量計結構示意圖，而圖3為現有技術的超聲波時間差液體流量計的信號路徑示意圖。
[0010]如圖2所示，現有技術的超聲波時間差液體流量計將一組超聲波傳感器13、14沿著流動方向按一定角度相對設置于管道I的兩側面，在上游側超聲波傳感器13和下游側超聲波傳感器14反復收發，從而利用超聲波到達的時間差計算流速并將其換算成體積流量。
[0011]一般而言，利用時間差換算流量的超聲波時間差流量計的結構及流量計算式如下:
[0012]在從上述上游側超聲波傳感器13透過測量對象流體向下游側超聲波傳感器14發送超聲波，或與上述超聲波發送過程相反的情況下，通過測量各自的傳遞時間tup、tdn計算流速。
[0013]有流體流動的情況和無流體流動的情況下的傳遞時間tup、tdn之間的關系可利用如下數學式求得。
[0014]〈數學式1>
【權利要求】
1.一種超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于，包括: 發送用超聲波傳感器，附著于測量對象流體流過的管道的外壁并透過壁面發送超聲波； 濃度測量用超聲波傳感器，透過測量對象流體管道接收上述發送用超聲波傳感器發送的超聲波； 流量測量用超聲波傳感器，按一定時間間隔接收上述發送用超聲波傳感器發送的超聲波； 整合信號處理裝置，根據上述濃度測量用超聲波傳感器和流量測量用超聲波傳感器接收的超聲波強度測量浮游固體物(Suspended solid，SS)的濃度/總量，并利用媒介中傳遞時間差測量流量。
2.根據權利要求1所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于:上述流量測量用超聲波傳感器由三個傳感器構成，以使傳遞超聲波的路徑實現雙Z路徑(doubleZ-path)。
3.根據權利要求1所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于: 上述整合信號處理裝置，包括: 操作開關，在測量濃度及流量時，通過操作選擇運行、菜單設置及結果輸出； 傳感器收發部，通過放大超聲波傳感器中收發的超聲波信號實現高功率發送、高增益接收； 控制部，搭載流量測量算法及PCM (Process Condition Monitoring)算法以實現符合現場的濃度流量及測量模式，在判斷工藝異常與否的同時，進行與流量及濃度測量相關的操作及控制； 電源部，供應上述控制部及傳感器收發部所需的電源； 外部輸出部，將通過上述控制部測得的濃度輸出至外部。
4.根據權利要求3所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于:上述外部輸出部與顯不輸出、繼電器輸出、LED輸出中的至少一種以上的外部輸出連接。
5.根據權利要求3所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于:上述PCM算法在確認工藝狀態及管道狀態、SS的分布均勻度之后，綜合各確認結果決定運行狀態(run/stop)，判斷SS的分布均勻度，向管理員提供運行中有效SS濃度測量、工藝運行狀態及管道的填充度(Full/Empty)信息。
6.根據權利要求3所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于:上述PCM算法的測量模式有根據現場運行模式測量實時濃度變化的RT (Real Time)模式，及根據工藝條件監控(Process Condition Monitoring, PCM)結果,只在工藝運行時自動測量濃度變化的 PM (Process Monitoring)模式。
7.根據權利要求3所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于:上述整合信號處理裝置具備RF傳送功能以實現遠程測量。
8.根據權利要求1所述的超聲波流量及濃度共用測量系統，其特征在于:上述流量測量用超聲波傳感器利用專用時間差(dT)測量用芯片進行了模塊化設計。
【文檔編號】G01F1/66GK103858005SQ201280049417
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年9月20日 優先權日:2011年10月6日
【發明者】權男元, 金仁洙, 金振佑, 樸鐘燮 申請人:韋斯全球有限公司