热式气体质量流量计在鼓风曝气系统中的应用

　　1　ST98热扩散式气体质量流量计工作原理

　　1·1　ST98传感器工作原理

　　ST98是以热扩散技术为基础的气体质量流量计。传感元件包括两个带热套管保护的电阻式温度探测器(铂RTD),这两个RTD被置于流体中,其中一个RTD被加热,另一个则用于感应过程温度,如图1所示。气体的流动将被加热的RTD上的热量带走,造成两个RTD之间的温差与气体流速成比例变化。其关系为:

式中:ρ为气体比重;v为气体速度;K为平衡常数;Q

　　为热流量;ΔT为温差。变送器将两个RTD之间的温

　　差信号转换成电压或电流信号输出。热扩散式气体质量流量计采用了带内置涡流调节器的轴向式传感头。它在不理想的安装环境中可以提供最高测量精度,对定位没有特别高的要求。因而可以提供出色的精度、重复性和反应时间。它的传感元件上接触介质表面采用全金属构造并采用了抗腐蚀的全焊接结构,安装使用简便,维修、维护消耗低。

　　1·2　流量计工作原理

　　ST98的工作原理如图2所示。

　　流量计内部的电路板主要包括传感器电路板和数据处理电路板。线路板之间通过内部电路母线IB-BUS联系。传感器电路板直接与传感器联接,它为传感器提供工作电流,同时将传感器返回的V/I信号通过A/D转换变为数字信号,通过数据处理后经内部母线IB送入处理器电路板。处理器电路板负责接收由传感器电路板传来的数字信号,经处理后转变为标准V/I输出,同时通过显示单元完成各种参数的显示以及设定。处理器本身采用EEPROM方式,PAL与模拟量输出、通讯端口间采用光电耦合隔离,以提高抗干扰能力。通讯标准为RS232/RS485,同时提供Hart/Profibus等现场通讯协议。

　　2　安装与信号连接

　　流量计使用效果的好坏取决于正确的安装与信号连接。ST98输出电流信号为有源4~20 mA,为了与已有的控制系统连接,需加信号转换器转换为无源4~20mA标准信号,如图3。

　　风道的空气流量由ST98测量后,除现场就地显示瞬时/累积流量,4~20 mA输出信号经转换器后被PLC接收、处理,与给定值比较后进行风量调节。有了风量调节,就可以实现曝气系统串级调节,更好地满足自动调节溶解氧的要求。

　　3　鼓风曝气系统串级调节的实现

　　污水处理厂曝气池内的溶解氧是污水处理过程的关键参数,要控制在一定的浓度。过量的曝气会使能耗增高,增加污水处理费用,曝气不足会使溶解氧降低,不利于水中微生物生长,最终会影响污水处理效果。溶解氧浓度同进水水质、温度、压力、曝气量等有着非常密切的关系,当这些外界条件发生变化时,溶解氧浓度也随之发生变化。在上述因素中,只有曝气量是可以人为控制的,因此在以溶解氧为反馈环节的闭环调节系统中,引入风量调节,实现溶解氧、风量串级调节,会使效果更佳,如图4所示。