在现代化净水厂，所有的生产过程总是与相应的仪表和自控技术有关。 仪表连续检测各工艺参数，基于这些参数数据进行手动或自动控制，协调供需间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间的关系，使各种设备和设施能够更加充分、合理地使用。 同时，可连续比较测量仪测量的数值与设定值，因此发生偏差时，可立即进行调整，保证水处理的品质。 仪表检测参数可以进一步自动调节和控制用药量，保证泵机组的合理运行，使管理更加科学化，达到经济运行的目的。 仪表具有连续检测、超过限度报警的功能，对于及时处理事故非常方便。 仪表仍然是实现计算机控制的前提条件。 因此，在的水处理系统中，自动仪表具有十分重要的作用。 　　 　　

一、水处理系统常用仪表的分类

供水工程中使用的仪表大致可分为:一种是监测生产过程中物理参数的仪表，用于检测温度、压力、液位、流量等。 这种仪表采用国产钟表，其性能和质量基本可以满足要求。 另一种是测定水质的分析器，例如测定水的浊度、pH值、溶解氧量、馀氯、SCD值等。 这些专用仪器在我国发展缓慢，通常选择产品，从长远角度看经济可靠。 检测仪表的好坏直接关系到供水自动化的效果。 在工程设计过程中，一般从仪表性能、质量、价格、用品状况、售后服务等方面反复比较，采用进口仪表与国产仪表相结合的方法。 　　 　　

二、净水厂监控系统的组成模式和监控参数

构成净水厂监控系统的模型净水厂监控系统一般由水厂管理层和现场监控层两级系统组成，按集中管理分散控制的原则进行监控。 在工程设计中，工厂级计算机系统(即主站)安装在水厂中心控制室，每个现场监测站(即子站)的数量和位置取决于过程流和建筑物的位置和分布程度。 一般地表水厂厂房子站的设置是供水泵室子站、反应沉淀和氯化药子站、过滤子站、送水泵室和配电室子站、污泥处理子站。 各监测仪表的数据均传送至计算机系统，可在监测站控制台显示、控制、打印、记录、报警。 　　 　　

2 .各从站的监测参数

a .供水泵室子站监测参数水质参数:水源水浑浊度、pH值、水温、溶解氧等。 运转参数:调节池水位、吸水井水位、水源水流量、泵分电量、泵站总电量等。 　　 　　

b .反应沉淀、加氯药房水质参数:沉淀池出口浊度、过滤后的剩馀氯、SCD值。 运转参数:沉淀池水位、沉淀前流量、罐液位、罐液位、药液浓度、沉淀池泥位。 　　 　　

c .过滤分站水质参数:过滤后的水浊度、馀氯。 运转参数:过滤池水位、水头损失、逆洗水流量、冲洗水箱水位。 　　 　　

d .送水泵室和配电室分局的水质参数:出厂水流量、剩馀氯。 运转参数:出厂水压、流量、清水池水位、吸水井水位、交流电压、交流电流、电量等。 　　 　　

e .污泥处理子站运行参数:回流池水位、水量、浓缩池水位、回流浊度。 三、水处理系统常用仪表选型与设计应注意的问题

1 .仪表选项的一般要求

(1)度:在正常使用条件下，仪表测量结果的准确度、误差越小，度越高。 生产过程物理检测仪表的度数为±； 1%，水质分析仪度±； 2% (高浊水浊度计的度数为±； 5% )。 　　 　　

(2)响应时间:测量时，到仪表的指示值显示为止需要花费时间。 这个时间是仪表的响应时间。 一个仪表能否快速反映参数的变化，是重要的指标。 水质分析仪所要求的响应时间不得超过3min。 　　 　　

(3)输出信号:仪表的模拟输出为4~20mADC信号，负载能力选择为600&Omega以上。 　　 　　

(4)仪表保护等级应符合环境要求，一般在IP65以上，药剂投入系统的检测仪表要求耐腐蚀。 　　 　　

(5)四线式仪表电源多为220VAC、50Hz，二线式仪表电源为24VDC。 　　 　　

(6)现场监测仪表应选用数显表。 　　 　

(7)仪表的工作电源独立，与计算机共享电源，避免故障和检修时电源相互干扰，确保各自稳定可靠运行。 　　 　　

(8)为了使计算机能够检测出变压器和变流器的异常信号并进行警报，选购件的电压和变流器的输入信号应大于电流和变流器，分别为0~6A和0~120V。 　　 　　

(9)必须选择能够提供可靠服务和丰富经验的仪器制造商。 　　 　　

2 .水位测量

在选择液位计时，必须考虑以下因素

(1)测定对象，例如被测定介质的物理和化学性质、工作压力和温度、设置条件、液位变化的速度等

(2)测量范围、测量(或控制)度、显示方式、现场指示、远程指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性、施工便利性等测量和控制要求。 　　 　　

供水工程常用的液位计和选型要点如下:

a .浮动式液位计

将中空浮球放入液体中，液面水平发生变化时浮球会产生与液面水平变化相同的位移。 可通过机械或电气方法测量浮球的位移，其次为±； (1~2)%，该液位计不适用于高粘度液体，其输出端有开关控制和连续输出。 在净水厂的设计中，多将该水平计用于集水井的水平测量来控制排水泵的自动开闭。 　　 　　

b .静压(或差压)式液位计

由于液柱的静压与液位成正比，因此可通过压力计测量基准面上液柱的静压来测量液位。 根据被测量介质的密度和液体测量范围计算压力和差压范围，选择适合微波炉、温度等性能的压力计和差压计。 这个液位计的度数是±； ( 0.5~2)%。 　　 　　

c .电容式液位计

将电极插入容器内，液位变化时，电极内部的电介质发生变化，电极间(或电极与容器壁之间)的静电电容也发生变化，该静电电容的变化再次转换为标准化的直流信号。 其次是±； ( 0.5到1.5 ) %。

电容式液位计在传感器上没有机械可动部分，结构简单，具有可靠性优点，灵敏度高，检测侧功耗小，动态响应快，维护方便，使用寿命长。 缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起误差。 电容式液位计通常用于调节水池和清水池等的液位。 　　 　　

测量范围不超过2m时，采用棒状、板状、同轴电极；超过2m时，采用电缆电极。 被检测介质为水时，使用带绝缘层(可使用的聚乙烯)的电极。 　　 　　

d .超声波液位计

超声波液位计的传感器由一对收发换能器构成。 发送换能器向液面发送超声波脉冲，超声波脉冲从液面反射回来，被接收换能器接收。 从发送到接收的时间决定传感器与液面的距离，可换算成液面水平。 其次是±； 0.5%。 　　 　　

该液位计无机械活动部分，可靠性高，安装简单方便，非接触式测量，不受液体粘度、密度等影响，多用于药池、药罐、排泥池等液位测量。 但是，这种方法有一定的死角，价格很高。 　　 　　

流量测量流量分为两部分，一部分用于流量测量，参与过程控制，提高生产自动化水平，改善生产工艺条件，达到提高产品质量和产量的目的。 另一种流量计量不仅是产品产量，也是供水企业主要技术经济指标的计算依据。 供水企业zui的主要8个经济指标中，有3个指标是以流量计测得的数据为基础的。 　　 　　

选择流量计时，请考虑以下因素

(1)任何型号的流量计没有国家计量部门审定的证明书都不能选定。 　　 　　

(2)流量计本身的压力损失小。 　　 　　

(3)按行业要求，流量计的精度必须在2.5级以上。 　　 　　

(4)安装现场的条件应符合所选流量计对直管段的要求。 　　 　　

(5)选定的流量计应适用于设置现场的环境条件，如温度、湿度、电磁干扰等。 　　 　　

(6)选定的流量计应适用于测量的液体介质。 　　 　　

现在供水工程设计中zui较多的是电磁流量计和超声波流量计。 　　 　　

电磁流量计的电磁流量计原理应用法拉德电磁感应定律，由传感器和转换器组成。 在测量中，液体本身是导体，通过安装在管路上的2个线圈产生磁场。 线圈被交流或直流电源激励，磁场作用于在管路内流动的液体，在管路中产生与被测定流体的平均流速v对应的电压，该电压与流体的流速分布无关。 　　 　　

与管道绝缘的两个电极监视液体的感应电压。 磁场的方向、流体的流动以及两个检测电极的相对位置这三者相互垂直。 　　 　　

电磁流量计的优点:

(1)测定不受被测定液体的温度、压力、粘度的影响。 　　 　　

(2)无压力损失。 　　 　　

(3)可连续测量，测量度高。 　　 　　

(4)口径范围和测量范围广，测量范围可连续调整。 　　 　　

(5)与流速分布无关。 　　 　　

(6)前后直管段较短，前直管段为5D(D为仪表直径)，后直管段为3D。 　　 　　

(7)稳定性好，输出标准化的信号，能够简单地进入自控系统。 　　 　　

(8)变送器导管内壁有衬里材料，具有良好的耐磨性。 　　 　　

(9)转换器体积小，功耗小，抗干扰性能强，便于现场观察。 　　 　

适用于水处理系统的电磁流量计的衬里材料多使用氯丁橡胶，耐磨性优良。 安装时要注意远离外部电磁场源，不要影响传感器的工作磁场和流量信号，水平安装传感器时，两个电极的中心轴线为水平状态，要防止微粒堆积，不要影响电极的动作。 测量管内必须满管，大量气泡不允许通过传感器。 不符合条件的，应当采取相应措施。 　　 　　

确保仪表工作，提高测度，不受外部寄生电位的影响，传感器需要良好的单独接地线，接地电阻必须小于10&Omega，特别是安装在阴极保护管上时。 安装在水源工厂的干燥管上的电磁流量计，由于配管采用阴极保护，防止电解腐蚀的配管内壁和外壁之间绝缘，被测量介质没有接地电位，因此在传感器的两端面安装传感器接地环，与连接配管的法兰绝缘。 传感器与接地环用的接地线连接，与接地极连接。 管法兰之间用电缆连接，但没有与传感器连接。 法兰连接螺栓通过绝缘衬套和垫圈隔离。 这种电磁流量计自生产以来效果一直很好。 　　 　　

转换器设置在满足其防护等级要求的场所，在满足安装环境、使用要求的前提下，转换器与传感器之间的距离和连接电缆越短，越好，节约投资，减少可能发生的强电信号干扰。 　　 　　

超声波流量计zui近十多年来随着电子技术的发展，超声波流量计被应用于流量测量。 利用超声波流量计进行测量的方法有很多，其中典型的有时差法和多普勒法。 净水厂多采用时差法流量计，其方法是在测量管道上安装两个换能器，在顺流和逆流流速之差的影响下，测量从发射到接收的时间差，从而测量流速。 　　 　　

超声波流量计的主要优点:

(1)设置、维护方便。 随着夹装式传感器的普及，在设置、维护超声波流量计时，不会在配管上开孔或切断流量，可以在现有的用途中简单地设置，特别适用于大口径配管检查系统。 　　 　　

(2)口径范围广，价格不受管径影响。 　　 　　

(3)测量的可靠性高。 　　 　　

(4)无压力损失。 　　 　　

(5)不受流体参数的影响。 　　 　　

(6)输出标准化的直流信号，能够容易地进入自控系统。 　　 　　

选择超声波流量计时，要特别注意传感器的安装误差、管道内壁污垢、防腐层是否均匀。 这些因素对测量结果有很大影响。 另外，根据超声波流量计的测量原理，由于只有在流速分布均匀的情况下才能保证测量的精度，因此流量计的上下游需要足够的直管段，参考各种资料和流量计的使用说明书，上游zui要求为10D以上，下游要求为5D以上。 　　 　　

由于自来水行业是连续生产，因此进行无中断计量是极其重要的，一般来说安装在管道上的流量计总是不能拆卸检查。 一般采用高密度便携式超声波流量计，周期性地向机构进行校准，作为企业的标准器具，采用对照方式定期检查在线流量计。 设计人员应根据使用单位的要求，考虑到将来的生产管理需要，确保测量空间，使用户方便。 也就是说，除了稍微扩大流量计的井，设置固定式流量计之外，还需要如图1那样确保用便携式流量计进行测量的空间。 　　 　　

浊度的测定是水体混浊程度的测定，即水体中存在微细分散的悬浮微粒，降低水的透明度。 浊度计是一种测量水体浊度的仪器，主要用于水质监测和管理。 净水厂负责供应居民生活用水和工业用水，供水质量直接关系到人民的健康、安全、食品、酿造、医药、纺织、印染、电力等各行业的正常生产和产品质量。 浊度是重要的水质指标，浊度计的选择尤为重要。 浊度计有目视浊度计和光电浊度计两种。 光浊度计按其用途分为过程监测(连续测量)浊度计和实验室(包括便携式)浊度计，其设计原理分为透射光浊度计和散射光浊度计。 　　 　　

散射光浊度计对水的低浊度有高灵敏度，精度高，相对误差小，重现性好，水的色度不显示浊度，散射光与入射光强度比有直线关系，因此在1992年9月世界卫生组织颁布的《饮用水水质标准》中规定散射光浊度计为测量仪。 同时，“ 供水行业2000年技术进步发展规划” 明确规定了水管网的水浊度指标为1NTU。 净水厂的设计中经常使用HACH公司的1720D、SS6系列浊度计(属于散射光式浊度计)。 过滤后的水及出厂水的测定一般采用1720D (原来是1720C )系列浊度计。 使用时水样连续流入浊度计，通过脱泡器排出水流中的气泡，进入浊度计的中柱内，进入测量室，越过其边缘进入排出口。 聚光束从传感头组件向下投影到浊度计主体内的水样上，浸入水样的光电管在测量水中浮游固体90°的方向上的散射光、散射光的量与水样的浊度成比例。 由于1720D不需要采用采样池，因此，可以减少杂散光并提高测量精度。 1720D的精度在0到0~40NTU的范围内±； 2%，在40到100 n tu的范围内±； 5%，分辨率为0.001NTU，响应时间为75s。 　　 　　

测量过滤后水的浊度计多设置在过滤所的管廊内，可以采用壁挂和柜装置，出厂水的测量通常是在送水泵室设置水质计之间，设置浊度计和其他水质测量计，向监视站引导信号。 　　 　　

1720D的测量范围为0~100NTU，zui无需测量过滤前的水。 光学可测量100NTU，但给生产带来很多不便。 测量源水和过滤前水多使用SS6系列的表面散射式浊度计，它将光束照射到液体表面，测量来自液面的散射光，避免光学系统和水样直接接触，消除了清洗流动池时的信号损失。 　　 　　

SS6系列的测量范围为0~9999999ntu，一般地表水厂的水源水在此范围内。 0~2000NTU范围内的精度为±； 5%，2000~9999999ntu范围内的精度为±； 百分之十。 　　 　　

浊度计取样点的选择应与技术专业紧密结合，选择zui的代表点，取样孔zui不应开在取样管道顶部。 水样萃取zui用小型取样泵取样，保证取样管内有一定的流速，不会影响浊度计的测量精度。 取样管道的口径由仪表取样水的总需求量决定。 　　 　　

选择显示仪表一般净水厂工程多选择智能显示仪表，功能完备，可进行数字信号处理，实现控制功能，且测量值用液晶显示，操作简便，可保存数据，具有自诊断功能。 与计算机系统联网后，其优势未能发挥，已被计算机系统所取代，但是在现在的净水厂建设中，智能显示器还可以作为计算机系统未调整的发货阶段和故障时的辅助显示器，满足现场控制、显示的要求。 　　 　　

在一些情况下，如果同时需要本地显示和远程传输，则不应当采用信号分离器，例如，单路输入、双路输出、单路输出显示计算器，以及另一路输出可以被输入PLC，例如常用的WS15242。 　　 　　

仪表系统的接地和防雷接地分为保护接地和工作接地。 保护接地是为了保护作业人员因机器的绝缘破坏和绝缘性能的降低而触电的危险和机器的安全。 工作接地是为了保证仪表稳定可靠地工作。 一般净水厂仪表系统的接地采用TN-S系统，即相线a、b、c为3根，中性线n为1根，保护线PE为1根。 电气设备的露出的导电性部分与PE线连接的优点是，PE线正常工作时不产生电流，设备的露出的导电性部分不会产生对地电压，事故时也容易切断电源，具有强的电磁适应性，避免了高次谐波的干扰。 　　 　　

工作接地的原则是单点接地。 由于对地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点，则形成接地电路，噪声进入仪表，因此同一信号电路、同一屏蔽层中只有一个接地点。 设计作业接地可以单独设置，也可以与保护接地共用同一接地体。 从工程实践经验看，选择接地电阻一般应小于1&Omega。 　　 　　

普通净水厂设施分散、构筑物低、地形平坦、宽敞，尤其是流量计井在厂外时，仪表设备的雷击率会增加。 在实践中，笔者曾多次遇到雷击损坏仪表、仪表原因不明等事件。 因此，安装质量优良、动作可靠的避雷器是德国peperl+fujihs公司的ESP系列避雷门用于流量计信号和电源保护等的保护措施，效果良好

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