帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀的製作方法

2023-10-07 08:48:34 2

專利名稱：帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及檢測技術設備領域，特別涉及水廠的水質及糖廠澄清汁的濁度在線檢測設備，具體是指一種帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀。
背景技術：
水廠及食品行業的澄清工藝的目標是去除溶液中的雜質，溶液中的雜質含量的多少可用濁度表示，因此，濁度的在線測量相當重要。現有濁度儀大多沒有記錄、報警、通訊功能，並且結構複雜、成本高、測量量程窄、精度差、色值補償差、維修保養困難，同時存在沒有考慮半導體的溫飄、時飄、老化、密封等問題。

發明內容本實用新型的目的就是為了克服和解決現有水廠濁度在線檢測儀結構複雜、造價過高、測量量程窄、精度差、色值補償差、維護維修困雄、沒有考慮到半導體器件的溫飄、時飄、老化、密封等問題，提供一種具有測量精度高、可靠性高、造價低、測量量程寬、色值補償好、智能化程度高的帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，它能比較完善地解決水廠濁度在線實時測量、記錄、通訊等問題。
本實用新型所述帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，其特徵是，它由機殼、面板、主機板、顯示板、帶濁度變送接口板的濁度傳感器共同安裝連接構成，其中，顯示板與主機板固定在機殼內，顯示板與主機板通過短電纜線連接，濁度變送接口板安裝在濁度傳感器內，並通過長電纜與主機板連接，在面板上裝有多功顯示窗、濁度燈、濁度調零燈、濁度定值燈、報警範圍燈、系統報警燈、濁度偏高報警燈、濁度偏高2燈、濁度偏高1燈、濁度正常燈、自檢報警燈、超量程報警燈、機械機構報警燈、濁度清洗燈、濁度工作燈，它們通過顯示、報警信號線與顯示板電路上的相應點相連接；在面板上還裝有功能值減少按鈕、功能值增加按鈕、功能值切換按鈕、復位按鈕、電源開關，它們通過各自信號電纜線與主機板電路上的相應點相連接。
為了更好地實現本實用新型，主機板電路由在片系統電路、內部操作電路、外部操作電路、精密穩壓電源電路、信號限幅及信號隔離縮小電路、濁度傳感器控制及輸入接口電路、開關量輸入輸出隔離電路、復位電路、顯示板輸出接口電路、電流變換與隔離輸出驅動及接口電路、隔離驅動接口電路、清洗時間設定撥碼開關電路、多路驅動電路、在片系統電源電路、發光亮度激勵電路、交流輸入電路、濾波器電路、主機隔離變壓器、顯示用電源電路、濁度隔離變壓器、與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路、記錄儀隔離變壓器、通訊隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路共同電氣連接構成；其中，交流輸入電路、濾波器電路、主機隔離變壓器、顯示用電源電路、濁度隔離變壓器、與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路、記錄儀隔離變壓器、通訊隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路通過各自電源線與電路板上相應電路的相應點相連接，顯示用電源電路、在片系統電源電路與整流穩壓輸出電源電路相應點連接，在片系統電路分別通過數字輸入及輸出信號線、模擬信號線、電源線、復位線、串行信號線、晶振信號線分別與內部操作電路、外部操作電路、精密穩壓電源電路、信號限幅及信號隔離縮小電路、開關量輸入輸出隔離電路、復位電路、顯示板輸出接口電路、電流變換與隔離輸出驅動及接口電路、隔離驅動接口電路、清洗時間設定撥碼開關電路、多路驅動電路、在片系統電源電路、發光亮度激勵電路上的相應點相連接，濁度傳感器控制及輸入接口電路通過模擬信號線分別與信號限幅及信號隔離縮小電路、發光亮度激勵電路相連接，還通過數字隔離線與開關量輸入輸出隔離電路相連接，開關量輸入輸出隔離電路還通過數字線與多路驅動電路相連接。
為了更好地實現本實用新型，濁度變送接口板電路由交流輸入電路、濾波器電路、隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路、信號接口電路、自補償及驅動發光電路、濁度毫伏接收電路、參比濁度1毫伏接收電路、參比濁度2毫伏接收電路、參比濁度3毫伏接收電路、參比濁度4毫伏接收電路、參比濁度5毫伏接收電路、參比濁度6毫伏接收電路、參比濁度7毫伏接收電路、多路選擇開關反饋電路、電機控制固態繼電器接口電路、清洗擦位置檢測電路共同電氣連接構成；其中，交流輸入電路、濾波器電路、隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路、電機控制固態繼電器接口電路通過電源線相連接，信號接口電路通過信號線、多路選擇開關線、電機開關線、清洗擦位置檢測線分別與自補償及驅動發光電路、濁度毫伏接收電路、參比濁度1毫伏接收電路、參比濁度2毫伏接收電路、參比濁度3毫伏接收電路、參比濁度4毫伏接收電路、參比濁度5毫伏接收電路、參比濁度6毫伏接收電路、參比濁度7毫伏接收電路、多路選擇開關反饋電路、電機控制固態繼電器接口電路、清洗擦位置檢測電路相連接，多路選擇開關反饋電路還通過信號線與自補償及驅動發光電路、濁度毫伏接收電路、參比濁度1毫伏接收電路、參比濁度2毫伏接收電路、參比濁度3毫伏接收電路、參比濁度4毫伏接收電路、參比濁度5毫伏接收電路、參比濁度6毫伏接收電路、參比濁度7毫伏接收電路相連接。
為了更好地實現本實用新型，顯示板電路由顯示板輸入接口電路、信號整型與電源濾波電路、串行顯示驅動電路、數碼管/指示燈電路、報警接口電路、指示燈電路共同電氣連接構成；其中，顯示板輸入接口電路分別通過短電纜線、電源線、顯示信號線分別與顯示板輸出接口電路、信號整型及電源濾波電路、指示燈電路相連接，串行顯示驅動電路分別通過顯示信號線、數碼管/指示燈信號線、報警信號線分別與信號整型及電源濾波電路、數碼管/指示燈、報警接口電路相連接。
本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1.本實用新型採用機電一體化設計，有濁度變送模塊，有七個參比濁度模塊，有多路報警提示，有通訊模塊，可與上位微機進行通訊，可接記錄儀。另外，還有濁度清洗控制模塊，以控制濁度清洗機械執行機構定期對測量發光及接收對管的頭部進行清洗。軟體功能更加強大，具有更高的智能化。
2.本實用新型的濁度傳感器體積小、結構簡單、造價低，濁度傳感器可沉入液體內半米，由玻璃彎管包含超高亮發光二極體及線性光敏二極體，其內填充密封材料和吸溼劑，密封好，避免光變成熱的效應；採用八對超高亮發光二極體及線性光敏二極體作為發射及接收器件，並採用對管自補償電路，有效地解決了半導體器件溫飄、時飄、老化等問題，並對色值影響有一定的補償，這些問題對有非線性關係的濁度與濁度毫伏尤為重要。
3.本實用新型工作可靠，採用最新器件進行設計，並帶有保護電路，器件不容易損壞，採用電隔離技術，對現場幹擾問題已作了很好的解決。本實用新型全部採用數位化技術進行設計，去掉許多參數設定電位器，其參數設定改由按鈕來調整，並保留在可充電電池保護的RAM裡；採用容錯技術，故障只出現在本模塊內，其它無故障部分照常工作；4.本實用新型操作方便，內部監控由技術人員完成，外部操作由工人作定期調整即可，操作工人根據工藝條件、報警信號及記錄曲線及時調整濁度定值、濁度報警範圍值，並採取措施調節加混凝劑的閥門大小即可。
5.本實用新型自動量程切換，測量精度高，範圍寬，採用七個參比濁度模塊，並以參比點為核心把測量範圍分為七個區間，在每個區間內再用多段線性插值求濁度，硬體補償具有本質的精度，軟體插值作為測量範圍的擴充。本實用新型測量精度提高到12位，由於採用最新的放大器及相應電路，輸入/輸出不易被幹擾破壞，其中的光電隔離電路有保證達到12位精度。
6.本實用新型智能化程度較高，內部參數都有默認值，它由技術人員在內部監控裡調整即可，有多項報警功能，便於幫助判斷故障的原因及所在的位置。
7.本實用新型分層單板設計，內部連線少，維修維護方便，造價低；採用大機箱，整機散熱條件好，機箱全密封，可免除灰塵、溼氣侵入；面板採用高亮大數碼管、指示燈及輕觸型按鈕，外形美觀，操作方便。
8.本實用新型具有防死機功能，程序凡是有循環並可能引起死機的地方，內部加計數器，超範圍自動報警跳出；設計餘量較大，可在220V±20％範圍內正常工作，即使有很少的失壓狀態，都可通過復位晶片檢測出來(電壓小於4.75V)，保證能正常工作。
9.本實用新型具有掉電保護功能，可充電電池能保護在片系統電路內的RAM數據在掉電後不丟失，也可把在片系統電路內的RAM數據寫進其EEPROM內，在片系統電路也支持程序在線現場更新。


圖1是本實用新型的外形結構示意圖；圖2是本實用新型的主機板電路方框圖；圖3是本實用新型的濁度變送接口板電路方框圖；圖4是本實用新型的顯示板電路方框圖；圖5是本實用新型的主機板核心模塊電路原理圖；圖6是本實用新型的主機板核心模塊與主機板轉接部分的電路原理圖；圖7是本實用新型的傳感器模擬信號隔離縮小電路原理圖；圖8是本實用新型的電流輸出隔離驅動與電壓輸出隔離驅動電路原理圖；圖9是本實用新型的通訊隔離驅動電路原理圖；圖10是本實用新型的開關量隔離輸入與隔離輸出電路原理圖；圖11是本實用新型的主機板電源電路原理圖；圖12是本實用新型實施例的濁度變送接口板電路原理圖；圖13是本實用新型實施例的顯示電路板原理圖；圖14、15是本實用新型的濁度搜索計算子程序流程框圖；圖16是本實用新型的主機板軟體程序流程框圖；圖17是本實用新型的主機板0.1秒定時中斷處理程序框圖；圖18是本實用新型的主機板監控處理程序框圖；圖19是本實用新型的濁度傳感器自檢子程序流程框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型做進一步地詳細描述。
如圖1所示，本實用新型的顯示板與主機板固定在機殼內，顯示板與主機板通過短電纜線連接，濁度變送接口板安裝在現場的濁度傳感器內，並通過長電纜與主機板連接；面板的右邊裝有多功顯示窗1、濁度燈2、濁度調零燈3、濁度定值燈4、報警範圍燈5、系統報警燈6、濁度偏高報警燈7、濁度偏高2燈8、濁度偏高1燈9、濁度正常燈10、自檢報警燈11、超量程報警燈12、機械機構報警燈13、濁度清洗燈14、濁度工作燈15，它們通過顯示、報警信號線與顯示板電路上的相應點相連接；面板的左邊裝有功能值減少按鈕16、功能值增加按鈕17、功能值切換按鈕18、復位按鈕19、電源開關20，它們通過各自信號電纜線與主機板電路上的相應點相連接。
如圖2所示，交流220V輸入電路36、濾波器電路37、主機隔離變壓器38、整流穩壓輸出電源電路39、顯示用電源電路40、濁度隔離變壓器41、與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路42、記錄儀隔離變壓器43、整流穩壓輸出電源電路44、通訊隔離變壓器45、整流穩壓輸出電源電路46通過各自電源線與電路板上相應電路的相應點相連接；整流穩壓輸出電源電路39提供主機板用的數字及模擬電源，除另有說明外，主機板大部分都由它供電；顯示用電源電路40與整流穩壓輸出電源電路39相應點連接提供顯示板用的數字電源；在片系統電源電路34也與整流穩壓輸出電源電路39相應點連接提供在片系統電路21用的數字及模擬電源；與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路42提供信號限幅及信號隔離縮小電路25、開關量輸入輸出隔離電路27用的隔離電源；整流穩壓輸出電源電路44提供電流變換與隔離輸出驅動及接口電路(可接記錄儀)30用的隔離模擬電源；整流穩壓輸出電源電路46提供RS232C隔離驅動接口電路31用的隔離數字電源。在片系統電路21分別通過數字輸入及輸出信號線、模擬信號線、電源線、復位線、串行信號線、晶振信號線分別與內部操作電路22、外部操作電路23、精密穩壓電源電路24、信號限幅及信號隔離縮小電路25、開關量輸入輸出隔離電路27、復位電路28、顯示板輸出接口電路29、電流變換與隔離輸出驅動及接口電路(可接記錄儀)30、RS232C隔離驅動接口電路31、清洗時間設定撥碼開關電路32、多路驅動電路33、在片系統電源電路34、發光亮度激勵電路35上的相應點相連接；濁度傳感器控制及輸入接口電路26通過模擬信號線分別與信號限幅及信號隔離縮小電路25、發光亮度激勵電路35相連接，還通過數字隔離線與開關量輸入輸出隔離電路27相連接；開關量輸入輸出隔離電路27還通過數字線與多路驅動電路33相連接。
如圖3所示，交流220V輸入電路47、濾波器電路48、隔離變壓器49、整流穩壓輸出電源電路50、整流穩壓輸出電源電路51、電機控制固態繼電器接口電路63通過電源線相連接，其中，整流穩壓輸出電源電路50提供給濁度毫伏接收電路54、參比濁度1毫伏接收電路55、參比濁度2毫伏接收電路56、參比濁度3毫伏接收電路57、參比濁度4毫伏接收電路58、參比濁度5毫伏接收電路59、參比濁度6毫伏接收電路60、參比濁度7毫伏接收電路61、多路選擇開關反饋電路62、清洗擦位置檢測電路64使用的隔離電源；整流穩壓輸出電源電路51提供給自補償及驅動發光電路53使用的隔離模擬電源；信號接口電路52通過信號線、多路選擇開關線、電機開關線、清洗擦位置檢測線分別與自補償及驅動發光電路53、濁度毫伏接收電路54、參比濁度1毫伏接收電路55、參比濁度2毫伏接收電路56、參比濁度3毫伏接收電路57、參比濁度4毫伏接收電路58、參比濁度5毫伏接收電路59、參比濁度6毫伏接收電路60、參比濁度7毫伏接收電路61、多路選擇開關反饋電路62、電機控制固態繼電器接口電路63、清洗擦位置檢測電路64相連接；多路選擇開關反饋電路62還通過信號線與自補償及驅動發光電路53、濁度毫伏接收電路54、參比濁度1毫伏接收電路55、參比濁度2毫伏接收電路56、參比濁度3毫伏接收電路57、參比濁度4毫伏接收電路58、參比濁度5毫伏接收電路59、參比濁度6毫伏接收電路60、參比濁度7毫伏接收電路61相連接。
如圖4所示，顯示板輸入接口電路65分別通過短電纜線、電源線、顯示信號線分別與顯示板輸出接口電路29、信號整型及電源濾波電路66、指示燈電路70相連接；串行顯示驅動電路67分別通過顯示信號線、數碼管/指示燈信號線、報警信號線分別與信號整型及電源濾波電路66、數碼管/指示燈68、報警接口電路69相連接。
如圖5～11所示，在片系統電路21由連接器J1～J3與J5及J7、集成電路U6、晶振U5、電阻及排阻R1與R11～R18、電容C1與C91與C92共同連接構成；內部操作電路22由撥碼開關SW1、按鈕S1～S4組成；外部操作電路23由連接器J4組成，它分別與面板上功能值減少按鈕16、功能值增加按鈕17、功能值切換按鈕18相連接；精密穩壓電源電路24由放大器U42、電阻及可調電阻R80與R99與R100、電容C46、發光二極體LP1組成；信號限幅及信號隔離縮小電路25由集成電路U10與U11、放大器U23～U38、光電隔離器U12～U19、電阻R10～R41與R48～R79、電容C18～C41組成；濁度傳感器控制及輸入接口電路26由連接器J11組成；開關量輸入輸出隔離電路27由光電隔離器U52～U53、排電阻R97～R98組成；復位電路28由集成電路U7、按鈕RESET1組成；顯示板輸出接口電路29由連接器J6、J17組成；電流變換與隔離輸出驅動及接口電路(可接記錄儀)30由放大器U45與U47、光電隔離器U20、三極體Q1、電阻R42與R44與R45與R85與R89與R91與R92、電容C42與C43、連接器J14組成；RS232C隔離驅動接口電路31由集成電路U49、光電隔離器U22、三極體Q2～Q4、發光二極體LP9、撥碼開關SW2、電阻R87與R88與R93與R94與R96、電容C47與C48與C53與C54、連接器J16組成，其中J16連到上位微機實施通訊，撥碼開關SW2用於設置通訊波特率；清洗時間設定撥碼開關電路32由撥碼開關SW3與SW4組成；多路驅動電路33由集成電路U54、電容C57與C58、連接器J20組成；在片系統電源電路34由集成電路U1與U2、可充電電池BT1、二極體D1～D5、電阻R2、電容C2～C9組成；發光亮度激勵電路35由放大器U39與U46、光電隔離器U21、電阻R43與R46與R47與R86與R90、電容C44與C45組成；整流穩壓輸出電源電路39由穩壓集成電路U3與U83～U85、二極體D21～D28、指示燈LP6～LP8、電阻及可調電阻R4～R6與R8～R9與R176～R180、電容C13～C14與C78～C90與C93、隔離變壓器連接器J10與J23共同連接構成；顯示用電源電路40由穩壓集成電路U51、二極體D14～D15、電容C15與C56共同連接構成，它的輸入連接到整流穩壓輸出電源電路39，輸出接到顯示板輸出接口電路29，目的是為了減少對主機用數字電源的幹擾；與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路42由穩壓集成電路U8、二極體D6～D7、電阻及可調電阻R3與R7、電容C10與C11與C16與C17共同連接構成；整流穩壓輸出電源電路44由穩壓集成電路U43與U44、二極體D8～D11、電阻及可調電阻R81～R84、電容C49～C52、隔離變壓器連接器J13共同連接構成，J13接到記錄儀隔離變壓器43，本部分提供獨立的隔離電源給電流變換與隔離輸出驅動及接口電路(可接記錄儀)30使用；整流穩壓輸出電源電路46由穩壓集成電路U50、二極體D12～D13、電容C12與C55、連接器J9共同連接構成。
如圖12所示，整流穩壓輸出電源電路50由連接器J21、二極體D16～D19、穩壓集成電路U59及U62、電容C57與C60與C62與C65與C68～C70與C73、電阻及可調電阻R136與R138與R141與R143與R144及R153、發光二極體LP2與LP5組成；整流穩壓輸出電源電路51由穩壓集成電路U60及U61、電容C58與C59與C63與C64與C66與C67與C71與C72、電阻及可調電阻R137與R139與R140與R142與R145及R146、發光二極體LP3與LP4組成；信號接口電路52由連接器J12、撥碼開關SW5、電阻及可調電阻R150～R152及R154組成；自補償及驅動發光電路53由放大器U48、電容C61與C74、電阻R101與R134與R135、超高亮發光二極體L0～L7組成；濁度毫伏接收電路54由放大器U70、電阻R109與R131～R133、線性光敏二極體P0組成；參比濁度1毫伏接收電路55由放大器U69、電阻R108與R128～R130、線性光敏二極體P1組成；參比濁度2毫伏接收電路56由放大器U68、電阻R107與R125～R127、線性光敏二極體P2組成；參比濁度3毫伏接收電路57由放大器U67、電阻R106與R122～R124、線性光敏二極體P3組成；參比濁度4毫伏接收電路58由放大器U66、電阻R105與R119～R121、線性光敏二極體P4組成；參比濁度5毫伏接收電路59由放大器U65、電阻R104與R116～R118、線性光敏二極體P5組成；參比濁度6毫伏接收電路60由放大器U64、電阻R103與R113～R115、線性光敏二極體P6組成；參比濁度7毫伏接收電路61由放大器U63、電阻R102與R110～R112、線性光敏二極體P7組成；多路選擇開關反饋電路62由集成電路U71組成；電機控制固態繼電器接口電路63由連接器J15、電阻R149組成；清洗擦位置檢測電路64由連接器J22、電阻R147與R148組成，J22外部連接霍爾開關以檢測清洗擦的位置。
如圖13所示，顯示板輸入接口電路65由連接器J18、J19共同構成，J18通過電纜連接到主機板的顯示板輸出接口電路29上，J19通過電纜連接到主機板上多路驅動電路33的J17上；信號整型與電源濾波電路66由集成電路U72A與U72C與U72D、電容C75～C77共同連接構成；串行顯示驅動電路67由集成電路U75～U82、二極體D20、三極體Q5、電阻R155共同連接構成；數碼管/指示燈68由數碼管LED1～LED6、指示燈LP15～LP24、電阻R158～R163與R165～R174共同連接構成；報警接口電路69由集成電路U72B、光電隔離器U74、電阻R156與R157與R164、三極體Q6、報警器B1、指示燈LP11共同電氣連接構成；指示燈電路70由指示燈LP12～LP14、排阻R175共同連接構成。
本實用新型的工作原理如下(1)傳感器機械機構的總體工作原理是上位安裝電機、上位及下位撿測開關、濁度變送接口板、引線插座，它們必須放在被測液體上面，並加保護罩，免受雨水淋溼。八對超高亮發光二極體及光敏接收二極體安裝在下部，它們都裝在玻璃彎管內，玻璃彎管內填充密封材料及吸溼劑，除光通路頂端外，整個玻璃管及下部檢測室都塗有黑漆，測量單元位於測量室中間下部，七個帶有一定色值的參比濁度模塊裝於測量單元前後兩邊上部，引線在上部，光發射與光接收之間的距離為5cm左右，一對用於檢測被測液，另一對用於檢測標準固化濁度參比模塊，兩者之間隔光，以免相互幹擾，其它標準固化參比濁度毫伏接收電路受控不工作。為免受自然光的幹擾，下部做成螺旋型的園型結構，底部做成帶通孔的底盤，便於殘渣的流出。傳感器的清洗是通過電機的轉動帶動曲軸、連杆、活塞、清冼擦來完成的。
(2)濁度變送接口板的工作原理是首先，從信號接口電路52給定反饋選擇開關編碼111，並給定最大激勵電壓V7，通過自補償及驅動發光電路53以產生光束，此光束一邊通過參比濁度模塊7，並通過參比濁度7毫伏接收電路61、多路選擇開關反饋電路62以產生經補償的恆光，它能有效地消除溫飄、時飄、老化等問題，同時對色值作一定的補償；另一邊相同的光束通過被測液體，接收光敏二極體通過濁度毫伏接收電路54產生毫伏信號，濁度大產生毫伏信號小，濁度小產生毫伏信號大，並判斷量程，或超量程及溢出，溢出可報警，超量程可轉下一量程，或通過軟體線性插值求出本量程的濁度。以此類推，反饋選擇開關編碼從111到001，給定激勵電壓從大到小，即從V7到V1搜索，可得到相應量程的濁度毫伏信號，並求出濁度。各量程濁度毫伏信號及參比濁度毫伏信號都通過信號接口電路52輸出；具體步驟如下，並請看表1及圖14、15。被測液體發光及接收頭部的清洗由信號接口電路52發出清洗信號，通過電機控制固態繼電器接口電路63接固態繼電器，固態繼電器經220V交流電再接清洗電機而完成；清洗擦位置由清洗擦位置檢測電路64連接到上位及下位霍爾檢測開關而實現，並輸出到信號接口電路52，傳感器工作時，其位置在上位，清洗機構維修時，其位置在下位。
(3)濁度測量儀工作的總體思想是建立以參比濁度模塊為核心的測量區段，在每個區段內用線性插值法求濁度，低濁度用弱光作激勵，高濁度用強光作激勵，系統從強光到弱光自動搜索濁度測量區間，並根據濁度毫伏信號求出濁度值。其實現的過程是，先把主機板上的濁度傳感器控制及輸入接口電路26與濁度變送接口板上的信號接口電路52相連接，在片系統電路21通過多路驅動電路33、開關量輸入輸出隔離電路27向濁度傳感器控制及輸入接口電路26發出搜索區段信號(如111)，並通過其數字/模擬轉換器DAC1發出模擬信號，藉助於發光亮度激勵電路35產生激勵電壓(如V7)再連接到濁度傳感器控制及輸入接口電路26，之後，從濁度傳感器控制及輸入接口電路26接收回被測液的濁度毫伏信號，經信號限幅及信號隔離縮小電路25進入在片系統電路21的模擬/數字轉換器，從而實現濁度毫伏的接收，濁度變送接口板上的多對管自補償電路能有效地消除溫飄、時飄、老化等問題。在片系統電路21根據濁度毫伏判斷是本區間濁度就求值，不是本區間濁度或超量程報警或轉下一區間，依此類推，程序依次從高濁度區間向低濁度區間搜索，並在對應區間求出濁度，並適時顯示在多功顯示窗1，濁度的對應的電流值由在片系統電路21的數字/模擬轉換器DAC0發出，經電流變換與隔離輸出驅動及接口電路(可接記錄儀)30接記錄儀，主機軟體程序流程框圖如圖16所示，主機0.1秒定時中斷處理程序框圖如圖17所示。面板上的數據、指示燈及報警器，即多功顯示窗1、濁度燈2、濁度調零燈3、濁度定值燈4、報警範圍燈5、系統報警燈6、濁度偏高報警燈7、濁度偏高2燈8、
表1反饋迴路開關編碼、發光激勵電壓與其它各項之關係表
濁度偏高1燈9、濁度正常燈10、自檢報警燈11、超量程報警燈12由在片系統電路21的串行口經顯示板輸出接口電路29連接到顯示板上的顯示板輸入接口電路65而動態刷新，以同步串行方式進行；報警接口電路69外接報警器，實現聲光報警；面板上另外的濁度機械報警燈13、濁度清洗燈14、濁度工作燈15由在片系統電路21發出，經多路驅動電路33的J17連接到顯示板上的顯示板輸入接口電路65的J19而動態刷新；所有主機程序及固定參數都保存在在片系統電路21片內EEPR0M內，運算變量暫存在在片系統電路21內的電池掉電保護RAM裡；監控算法分內部、外部兩種，由撥碼開關SW1確定，撥碼開關SW1有以下功能選擇正常/內部監控、記憶參數/原定標準參數、外調零有效/外調零無效、記錄0～10mA輸出/記錄4～20mA輸出。即在內部監控時可調整濁度調零值、濁度定值、濁度報警範圍值、參比7標準濁度值、參比6標準濁度值、參比5標準濁度值、參比4標準濁度值、參比3標準濁度值、參比2標準濁度值、參比1標準濁度值，並可觀看濁度毫伏值、參比7標準濁度毫伏值、參比6標準濁度毫伏值、參比5標準濁度毫伏值、參比4標準濁度毫伏值、參比3標準濁度毫伏值、參比2標準濁度毫伏值、參比1標準濁度毫伏值、最大發光激勵電壓值V7、發光激勵電壓值V6、發光激勵電壓值V5、發光激勵電壓值V4、發光激勵電壓值V3、發光激勵電壓值V2、發光激勵電壓值V1，其代碼、代碼值暫時顯示在多功能顯示窗1內，主機監控處理程序框圖如圖18所示；外部操作時，其外部參數適時顯示在多功能顯示窗1上，並依照濁度燈2、濁度調零燈3、濁度定值燈4、報警範圍燈5提示其多功能顯示窗1為濁度值、濁度調零值、濁度定值、濁度報警範圍值，它的切換功能由功能切換開關18實現，可使指示燈循環移動到各對應點，其對應值可通過功能值增加開關17、功能值減少開關16來調整。濁度清洗機械執行機構由在片系統電路21經多路驅動電路33、開關量輸入輸出隔離電路27、濁度傳感器控制及輸入接口電路26連接到濁度變送接口板上的信號接口電路52，再經電機控制固態繼電器接口電路63接固態繼電器，固態繼電器經220V交流電再連接清洗電機而完成，當電機轉動時，由曲軸、連杆、活塞、清洗擦組成機械機構對濁度傳感器進行清洗；濁度清洗機械執行機構的零位在上位，它的位置狀態由濁度傳感器清洗擦位置檢測電路64檢測得到，濁度清洗控制程序及固定參數也保存在在片系統電路21片內EEPR0M內，運算變量暫存在在片系統電路21內的電池掉電保護RAM裡；清洗間隔時間與清洗持續時間由清洗時間設定撥碼開關電路32確定，在片系統電路21能判斷濁度清洗機構是否超時報警、傳感器發光及光敏電路是否自檢報警、被測液體的濁度是否超量程報警；清洗期間，濁度保持不變。以水廠的澄清為例，當濁度超定值報警範圍時，濁度偏高報警指示燈7亮，否則，當濁度超定值的一半報警範圍時，濁度偏高2燈8亮，否則，當濁度超定值四分之一的報警範圍時，濁度偏高1燈9亮，否則，當濁度落在定值四分之一的報警範圍內時，濁度正常指示燈10亮；當濁度清洗機構執行超時時，對應濁度機械報警燈13亮；只要有一個以上的報警狀態，系統報警燈亮，同時報警器鳴叫，可人工通過關聲音報警開關以切斷其鳴叫。
本實用新型的實施方式如下(1)可按圖1所示，選用鋁合金板材採用一般機加工方法加工機殼及顯示面板，發明人曾按圖1所示，設計加工出樣機的機殼及顯示面板，其機殼尺寸為360×158×395mm，然後，在機殼內安裝顯示及報警電路板、主機板、隔離變壓器、濁度傳感器信號輸入及輸出接口、通訊接口、記錄儀輸出接口、顯示板與主機板連接電纜、電源輸入插座而實現主機，注意，所有中大功率部件全部由引線引出，並以絕緣材料隔離安裝在散熱片上，再固定在機箱後部；(2)按圖13所示，用計算機自動布線制顯示板，所有網絡標號相同者，計算機會自動連在一起，其中，U75～U82可選74XX164系列，U72可選74XX08系列，LED1～LED6可選FC8-011-11系列數碼管，Q5、Q6三極體可選TIP142系列，光電隔離器U74可選TLP521-1系列；按圖12所示，用計算機布線制濁度變送接口板，所有網絡標號相同者，計算機會自動連在一起，其中，U59、U60可選LM317或LM350系列，U61、U62可選LM337系列，U71可選74HCT4051系列，U48可選TLE2027，超高亮發光二極體L0～L7、線性光敏二極體P0～P7由引線連接到測量室，放大器U63～U70可選TLC2202。按圖5～11所示，由計算機自動布線制主機板，所有網絡標號相同者，計算機會自動連在一起，其中，U6可選C8051F020，U1、U2可選HT7036B，BT1可選2.6V可充電電池，U7可選MAX708，U10、U11可選TL7726，U23～U38、U39可選TLC2201，U42可選TLE2064，U3、U8、U43、U83、U85可選LM317或LM350系列，U44、U84可選LM337系列，U45、U46可選OP200或TLE2022系列，U47可選TLE2027，U49可選MAX232，U50、U51可選7805系列，Q1～Q4三極體可選50毫安25伏NPN系列，U54可選74XX244系列，光電隔離器U52、U53可選TLP521-4系列，光電隔離器U12～U22可選TLP521-2系列。發明人按上述的實施方式制出樣機，具有下列技術指標及參數輸入電壓AC220V±20％，50Hz；額定功率100W；濁度檢測顯示0～2500度(使用液體溫度範圍0～60℃)；精度1≤1％(使用範圍在0～1050度)；精度2≤3％(使用範圍在1050～2500度)。
實施使用本實用新型時，先接交流220V電壓、濁度傳感器機構，也可選接記錄儀。其工作步驟為(1)開啟電源；(2)調內部監控參數；(3)恢復正常功能。以後，操作工人可根據工藝條件、報警信號及濁度記錄曲線，及時調整濁度定值及加礬閥位大小即可，並定期作軟體濁度調零校準。注意，第一次使用時，先把撥碼開關置到監控，後撥碼到原定標準參數位，以讓在片系統電路21把原定標準參數從EEPROM送到掉電保護RAM裡；然後撥回碼到用戶參數調整位才可精密調整內部參數，按壓代碼按鈕S1到濁度調零位，按壓代碼值按鈕增S3、代碼值按鈕快S2、代碼值按鈕減S4以調整濁度調零值，其代碼、代碼值暫時顯示在多功能顯示窗1內，同理，可調濁度值、濁度定值、濁度報警範圍值、參比7標準濁度值、參比6標準濁度值、參比5標準濁度值、參比4標準濁度值、參比3標準濁度值、參比2標準濁度值、參比1標準濁度值，並可觀看濁度毫伏值、參比7標準濁度毫伏值、參比6標準濁度毫伏值、參比5標準濁度毫伏值、參比4標準濁度毫伏值、參比3標準濁度毫伏值、參比2標準濁度毫伏值、參比1標準濁度毫伏值、最大發光激勵電壓值V7、發光激勵電壓值V6、發光激勵電壓值V5、發光激勵電壓值V4、發光激勵電壓值V3、發光激勵電壓值V2、發光激勵電壓值V1。注意，濁度變送硬體調整時，最好在原定標準參數下進行，這樣，可在主機幫助下直接觀察濁度毫伏值及各參比標準濁度值。每個參比濁度調校的方法是在內部監控時，按壓代碼按鈕S1到該參比標準濁度值位，按壓代碼值按鈕增S3、代碼值按鈕快S2、代碼值按鈕減S4以調整該參比標準濁度值，系統是通過調整其對應的發光激勵電壓來實現得，把所有參比濁度都調校完畢，即完成全區測量範圍的調校。撥碼開關置到正常位，恢復正常功能，到此，整機調校完畢；外部操作由工人作定期的、適當的調整即可。
如上所述，即可較好地實現本實用新型。
權利要求1.帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，其特徵是，它由機殼、面板、主機板、顯示板、帶濁度變送接口板的濁度傳感器共同安裝連接構成，其中，顯示板與主機板固定在機殼內，顯示板與主機板通過短電纜線連接，濁度變送接口板安裝在濁度傳感器內，並通過長電纜與主機板連接，在面板上裝有多功顯示窗、濁度燈、濁度調零燈、濁度定值燈、報警範圍燈、系統報警燈、濁度偏高報警燈、濁度偏高2燈、濁度偏高1燈、濁度正常燈、自檢報警燈、超量程報警燈、機械機構報警燈、濁度清洗燈、濁度工作燈，它們通過顯示、報警信號線與顯示板電路上的相應點相連接；在面板上還裝有功能值減少按鈕、功能值增加按鈕、功能值切換按鈕、復位按鈕、電源開關，它們通過各自信號電纜線與主機板電路上的相應點相連接。
2.根據權利要求1所述的帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，其特徵是，主機板電路由在片系統電路、內部操作電路、外部操作電路、精密穩壓電源電路、信號限幅及信號隔離縮小電路、濁度傳感器控制及輸入接口電路、開關量輸入輸出隔離電路、復位電路、顯示板輸出接口電路、電流變換與隔離輸出驅動及接口電路、隔離驅動接口電路、清洗時間設定撥碼開關電路、多路驅動電路、在片系統電源電路、發光亮度激勵電路、交流輸入電路、濾波器電路、主機隔離變壓器、顯示用電源電路、濁度隔離變壓器、與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路、記錄儀隔離變壓器、通訊隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路共同電氣連接構成；其中，交流輸入電路、濾波器電路、主機隔離變壓器、顯示用電源電路、濁度隔離變壓器、與濁度傳感器共地的整流穩壓輸出電源電路、記錄儀隔離變壓器、通訊隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路通過各自電源線與電路板上相應電路的相應點相連接，顯示用電源電路、在片系統電源電路與整流穩壓輸出電源電路相應點連接，在片系統電路分別通過數字輸入及輸出信號線、模擬信號線、電源線、復位線、串行信號線、晶振信號線分別與內部操作電路、外部操作電路、精密穩壓電源電路、信號限幅及信號隔離縮小電路、開關量輸入輸出隔離電路、復位電路、顯示板輸出接口電路、電流變換與隔離輸出驅動及接口電路、隔離驅動接口電路、清洗時間設定撥碼開關電路、多路驅動電路、在片系統電源電路、發光亮度激勵電路上的相應點相連接，濁度傳感器控制及輸入接口電路通過模擬信號線分別與信號限幅及信號隔離縮小電路、發光亮度激勵電路相連接，還通過數字隔離線與開關量輸入輸出隔離電路相連接，開關量輸入輸出隔離電路還通過數字線與多路驅動電路相連接。
3.根據權利要求1所述的帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，其特徵是，濁度變送接口板電路由交流輸入電路、濾波器電路、隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路、信號接口電路、自補償及驅動發光電路、濁度毫伏接收電路、參比濁度1毫伏接收電路、參比濁度2毫伏接收電路、參比濁度3毫伏接收電路、參比濁度4毫伏接收電路、參比濁度5毫伏接收電路、參比濁度6毫伏接收電路、參比濁度7毫伏接收電路、多路選擇開關反饋電路、電機控制固態繼電器接口電路、清洗擦位置檢測電路共同電氣連接構成；其中，交流輸入電路、濾波器電路、隔離變壓器、整流穩壓輸出電源電路、電機控制固態繼電器接口電路通過電源線相連接，信號接口電路通過信號線、多路選擇開關線、電機開關線、清洗擦位置檢測線分別與自補償及驅動發光電路、濁度毫伏接收電路、參比濁度1毫伏接收電路、參比濁度2毫伏接收電路、參比濁度3毫伏接收電路、參比濁度4毫伏接收電路、參比濁度5毫伏接收電路、參比濁度6毫伏接收電路、參比濁度7毫伏接收電路、多路選擇開關反饋電路、電機控制固態繼電器接口電路、清洗擦位置檢測電路相連接，多路選擇開關反饋電路還通過信號線與自補償及驅動發光電路、濁度毫伏接收電路、參比濁度1毫伏接收電路、參比濁度2毫伏接收電路、參比濁度3毫伏接收電路、參比濁度4毫伏接收電路、參比濁度5毫伏接收電路、參比濁度6毫伏接收電路、參比濁度7毫伏接收電路相連接。
4.根據權利要求1所述的帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，其特徵是，顯示板電路由顯示板輸入接口電路、信號整型與電源濾波電路、串行顯示驅動電路、數碼管/指示燈電路、報警接口電路、指示燈電路共同電氣連接構成；其中，顯示板輸入接口電路分別通過短電纜線、電源線、顯示信號線分別與顯示板輸出接口電路、信號整型及電源濾波電路、指示燈電路相連接，串行顯示驅動電路分別通過顯示信號線、數碼管/指示燈信號線、報警信號線分別與信號整型及電源濾波電路、數碼管/指示燈、報警接口電路相連接。
專利摘要本實用新型是一種帶清洗控制的多對管變光自補償濁度在線檢測報警儀，它由機殼、面板、主機板、顯示板、帶濁度變送接口板的濁度傳感器連接構成，其中，顯示板與主機板固定在機殼內，顯示板與主機板相連接，濁度變送接口板安裝在濁度傳感器內，並與主機板連接。本實用新型採用機電一體化設計，測量精度高、可靠性高、造價低、測量量程寬、色值補償好、智能化程度高，能比較完善地解決水廠濁度在線實時測量、記錄、通訊等問題。
文檔編號G01N35/00GK2588372SQ02250589
公開日2003年11月26日 申請日期2002年12月24日 優先權日2002年12月24日
發明者黃揚明, 華賁 申請人:華南理工大學