一種用于cod檢測的氣動加藥計量裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及COD (化學需氧量)檢測領域，化學需氧量是W化學方法測量廢水、廢水 處理廠出水和受污染的水樣中需要被氧化的還原性物質的量，特別是涉及了一種用于COD 檢測的氣動加藥計量裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 在現有的COD自動檢測裝置中大部分使用蠕動粟進行加藥計量，通過控制蠕動粟 內滾輪來擠壓導流管W精確注進一定體積的液體，雖然該種方法可保證流過的液體在導流 管不損壞的情況下不會污染粟體，但是導流管在長時間的擠壓作用下會使導流管出現磨 損、形變等情況，存在一定的安全隱患。為此，出現一種注射式加藥粟，該種注射式加藥粟采 用光電計量管進行加藥計量，可W很準確地對不同藥劑進行加藥計量，但是其結構比較復 雜，而且光電計量管管壁潔凈度對計量結果有一定的影響，需要定期地清洗、更換，設備維 護成本很高。
[0003] 氣動加藥技術已比較成熟，多采用恒壓控制，在進行加藥前、加藥中、加藥后氣體 壓強都控制在一個恒定的氣壓值。由于氣體是一種彈性、可壓縮介質，且氣體壓強受多種因 素的影響，如開始加藥時氣體壓強會隨著藥劑的流動而瞬間變動，現在的恒壓控制多采用 PID控制，不能實現很好的預調節(jié)，所故直壓控制具有一定的滯后性，且恒壓控制過程會使 氣體壓強產生一定的波動，氣體壓強波動是一種非線性波動，所W恒壓控制屬于非線性動 態(tài)控制過程，控制比較復雜，實際應用時要真正地實現恒壓控制具有一定難度。而且，COD檢 巧IJ過程中加藥量比較少，只需要1?2ml，屬于微量加藥計量過程，而且加藥時間較短，動態(tài)控 制難，由于恒壓控制存在的滯后性、非線性動態(tài)控制等問題，會嚴重影響COD檢測加藥計量 的精度，所W恒壓控制并不適用于COD檢測加藥計量系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現有氣動加藥技術存在滯后性W及非線性動態(tài)控制難，不適 用于COD檢測計量加藥的問題，提出一種用于COD檢測的氣動加藥計量裝置，該裝置結構簡 單、計量準確、不需要定期清洗也不需要更換計量管；本發(fā)明同時還提出一種COD檢測的氣 動加藥計量方法，該氣動加藥計量方法將計量加藥的動態(tài)控制轉化為加藥計量前系統(tǒng)穩(wěn)定 在一個固定氣壓上的靜態(tài)控制，有效避免現有氣動加藥技術產生的滯后性問題。
[0005] 本發(fā)明一種用于COD檢測的氣動加藥計量裝置采用的技術方案是；具有一個裝有 藥劑的藥劑瓶，藥劑瓶上部開口用密封蓋密封，密封蓋上開有四個通孔分別密封連接有排 氣管、進氣管、氣壓導出管和加藥管，排氣管、進氣管、氣壓導出管的下端伸入藥劑瓶內但不 接觸到藥劑；排氣管的上端與雙調節(jié)閥口密封連接，進氣管上端與氣壓粟密封連接，氣壓導 出管上端與氣壓檢測模塊密封連接，加藥管為L型且下端垂直伸入藥劑中直至藥劑瓶的底 部，加藥管上段是水平段與藥劑的液面相平行，加藥管上段上裝有加藥閥；雙調節(jié)閥口、氣 壓粟、氣壓檢測模塊和加藥閥分別通過不同的控制線連接ARM控制器。
[0006] 本發(fā)明一種用于COD檢測的氣動加藥計量裝置的氣動加藥計量方法采用的技術 方案是包括W下步驟： 1) 在加藥前，ARM控制器控制開啟氣壓粟，并調節(jié)雙調節(jié)閥口控制藥劑瓶內的氣壓值固 定在額定氣壓值，開啟加藥閥加藥，加藥過程中，ARM控制器通過內部定時器控制氣壓檢測 模塊5定時采集藥劑瓶內的氣壓值，得到一組氣壓，同時記錄每次采集對應的氣壓采樣時 間和相對液面高度，得到一組相對液面高度，當藥劑瓶的內外氣壓達到平衡時，ARM控制器 42控制關閉加藥閥，同時關閉氣壓粟； 2) 多次重復步驟1)得到n組氣壓和對應的加藥采樣時間的數據W及n組相對液面高 度和對應的加藥采樣時間的數據，10 ; 3) 先將前n -3次采集得到的氣壓和對應的加藥采樣時間的數據W及相對液面高度和 對應的加藥采樣時間的數據分別作為神經網絡模型的輸入量，將藥劑瓶內氣壓P與加藥時 間《、相對液面高度W與加藥時間《分別作為輸出量，通過神經網絡擬合分別得到氣壓P與 加藥時間f的關系式i^=i*(*) ^及相對液面高度^與加藥時間|的關系式^ = ^【句；再用 最后3次的數據分別對、//二//的進行校準； 4) 由式F二P(句、巧二W的得出待加藥量0與加藥時間I的關系式
【主權項】
1. 一種用于COD檢測的氣動加藥計量裝置，具有一個裝有藥劑（10)的藥劑瓶（9)，藥劑 瓶（9)上部開口用密封蓋（8)密封，其特征是：密封蓋（8)上開有四個通孔分別密封連接有 排氣管（4)、進氣管（3)、氣壓導出管（6)和加藥管（7)，排氣管（4)、進氣管（3)、氣壓導出管 (6)的下端伸入藥劑瓶（9)內但不接觸到藥劑（10);排氣管（4)的上端與雙調節(jié)閥門（2)密 封連接，進氣管（3)上端與氣壓泵（1)密封連接，氣壓導出管（6)上端與氣壓檢測模塊（5)密 封連接，加藥管（7)為L型且下端垂直伸入藥劑（10)中直至藥劑瓶（9)的底部，加藥管（7) 上段是水平段與藥劑（10)的液面相平行，加藥管（7)上段上裝有加藥閥（41);雙調節(jié)閥門 (2)、氣壓泵（1)、氣壓檢測模塊（5)和加藥閥（41)分別通過不同的控制線連接ARM控制器 (42)。
2. 根據權利要求1所述用于COD檢測的氣動加藥計量裝置，其特征是：雙調節(jié)閥門（2) 包括一個進氣口（22)、一個閥體（26)和兩個排氣口，一個進氣口（22)和兩個排氣口分別 位于閥體的兩側，兩個排氣口位于閥體同側，一個進氣口（22)與閥體（26)內部的進氣氣道 相通，第一個排氣口是粗排氣口（ 11)且與閥體（26 )內部的粗排氣道相通，第二個排氣口是 細排氣口（30)且與閥體（26)內部的細排氣道相通，進氣氣道、粗排氣道、細排氣道三者相 互平行且在閥體（26)內呈Y形；在進氣氣道和粗排氣道之間設有第一閥芯（33)，在進氣氣 道和細排氣道之間設有第二閥芯（34)，第一閥芯（33)通過伸出閥體（26)外部的第一閥桿 (18)連接第一步進電機（17)，第二閥芯（34)通過伸出閥體（26)外部的第二閥桿（25)連接 第二步進電機（24)，兩個步進電機（17、24)分別通過控制總線連接ARM控制器（42)。
3. 根據權利要求2所述用于COD檢測的氣動加藥計量裝置，其特征是：粗排氣口（11) 的管徑是細排氣口（30)的管徑的兩倍。
4. 根據權利要求1所述用于COD檢測的氣動加藥計量裝置，其特征是：加藥管（7)的管 徑是2mm，加藥管（7)上段相對于藥劑（10)的相對液面垂直高度為小于200mm。
5. 根據權利要求1所述用于COD檢測的氣動加藥計量裝置，其特征是：在藥劑瓶9的 內壁上固定設置一個垂直于瓶底的液位計量器（43)。
6. -種如權利要求1所述用于COD檢測的氣動加藥計量裝置的氣動加藥計量方法，其 特征是包括以下步驟： 1) 加藥前，ARM控制器（42)控制開啟氣壓泵（1)，并調節(jié)雙調節(jié)閥門（2)控制藥劑瓶 (9)內的氣壓值固定在額定氣壓值，開啟加藥閥（41)加藥，加藥過程中，ARM控制器（42)通 過內部定時器控制氣壓檢測模塊（5)定時采集藥劑瓶（9)內的氣壓值，得到一組氣壓，同時 記錄每次采集對應的氣壓采樣時間和相對液面高度，得到一組相對液面高度，當藥劑瓶（9) 的內外氣壓平衡時，ARM控制器（42)控制關閉加藥閥（41)和氣壓泵（1); 2) 多次重復步驟1)得到組氣壓和對應的加藥采樣時間的數據以及組相對液面高 度和對應的加藥采樣時間的數據，10 ; 3) 先將前_3次采集得到的氣壓和對應的加藥采樣時間的數據以及相對液面高度和 對應的加藥采樣時間的數據分別作為神經網絡模型的輸入量，將藥劑瓶（9)內氣壓P與加 藥時間t相對液面高度與加藥時間分別作為輸出量，通過神經網絡擬合分別得到氣壓 P與加藥時間#的關系式以及相對液面高度與加藥時間￡的關系式= ; 再用最后3次的數據分別對進行校準； 4) 由式.P=i^、= 得出待加藥量0與加藥時間f的關系式
，保存在ARM控制器（42)中，！是加藥管（7)的管徑，G是加 藥管（7)出口處藥劑的流速與P、雙之間的函數關系； 5) 加藥時，由ARM控制器（42)控制開啟氣壓泵（1)，再通過調節(jié)雙調節(jié)閥門（2)控 制藥劑瓶（9)內的氣壓值在額定氣壓值，ARM控制器（42)根據待加藥量0以及關系式
計算出加藥時間f; 6. ARM控制器（42)控制開啟加藥閥（41)開始加藥，當達到所計算出的加藥時間f時， 控制關閉加藥閥（41)和氣壓泵（1 )，結束加藥。
7.根據權利要求6所述的氣動加藥計量方法，其特征是：步驟1)和5)中，所述調節(jié)雙 調節(jié)閥門（2 )控制藥劑瓶（9 )內氣壓值的方法是：ARM控制器（42 )先控制雙調節(jié)閥門（2 )上 的第一步進電機（17)調節(jié)粗排氣口（11)的開度，使藥劑瓶（9)內氣壓值在額定氣壓值1^ ± 2%范圍，再控制雙調節(jié)閥門（2)上的第二步進電機（24)調節(jié)細排氣口（ 30)的開度，使藥 劑瓶（9)內氣壓值在額定氣壓值1^ ±0. 1%范圍。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于COD檢測的氣動加藥計量裝置及方法，排氣管、進氣管、氣壓導出管的下端伸入藥劑瓶內但不接觸到藥劑；排氣管上端與雙調節(jié)閥門密封連接，進氣管上端與氣壓泵密封連接，氣壓導出管上端與氣壓檢測模塊密封連接，加藥管為L型且下端垂直伸入藥劑中直至藥劑瓶的底部，加藥管上段上裝有加藥閥；雙調節(jié)閥門、氣壓泵、氣壓檢測模塊和加藥閥分別通過不同的控制線連接ARM控制器；通過神經網絡算法及時間積分方法得到加藥時間與總流量的函數關系，只通過控制加藥時間就可以實現較準確的加藥劑量，將加藥計量的控制轉化為在一個固定氣壓基礎上的時間控制，將恒壓控制在加藥過程中的動態(tài)控制轉化成在加藥前額定氣壓的靜態(tài)控制。
【IPC分類】G01N35-00
【公開號】CN104569453
【申請?zhí)枴緾N201410744329
【發(fā)明人】張榮標, 李文勝, 顧世豪, 陳金龍
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月9日