USC-
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4、采样电路置于检测器里，采用了单片机前置的方法，温度和声时的检测由前置单片机独立完成，温度测量采用全数字式温度传感器(DS18B20)，大大提高了测量的准确性和稳定性；采样板与信号处理器之间使用RS-485串行数据传送，大大提高了数据传输的抗干扰能力和数据传输距离。
四、仪器结构
该仪器由检测器、信号处理器两部分组成（见图2）。
图2仪器结构示意图
1.检测器结构
检测器为流通式检测器。（其结构见图3a和图3b）
图3a流通式检测器结构图 图3b流通式检测器安装法兰图
检测器由采样板、换能器、测温管等组成。
换能器是实现声时—电转换的主要部件，通常是采用压电陶瓷材料制做换能器，压电陶瓷是一种具有压电效应和逆压电效应的陶瓷材料。当它受力作用时，会产生电信号，反之当它受到电场作用时，会产生应力和应变，利用压电陶瓷的这个特性，人为地对它施加一个脉冲电压，使其产生超声振动（即超声波的发射），当超声波反射波返回到达压电陶瓷上时，由于声压的作用，它会产生脉冲电势。这样实现了电—声、声—电的转换。采样板作用是进行温度、声时采样，采样板上带CPU控制各部件工作，并将数据转换成串行信号传送给信号处理器。其框图见图4。测温管为一不锈钢保护管，内装温度传感器DS18B20。
这样，当测得声速和温度后，就可以计算出浓度值。
二、主要技术参数
1、测量范围： 91%～95%硫酸 2、温度补偿范围：40℃±30℃
3、精度测量： ≤±5% F.S 4、输出信号： 4～20mADC
5、负载电阻： 0～800Ω 6、环境温度：-10℃～45℃
7、供电电压： 220±10%V AC 8、功率消耗： <30W
7电流零点 光标切换至“电流零点”时，按“增加”键或“减少”键，可实现输出电流零点校正（4mA）。
8电流量程 光标切换至“电流量程”时，按“增加”键或“减少”键，可实现输出电流量程校正（20mA）。
9单页宽度 光标切换至“单页宽度”时，按“增加”键或“减少”键，可修改历史记录曲线显示时间宽度，分别为：20分钟、40分钟、60分钟、2小时、4小时和8小时。
2、信号处理器结构
信号处理器是根据检测器传送过来的声时及温度信号，计算出硫酸浓度，分别送显示和输出，其框图见图6。
图6 信号处理器框图
① 计算机组成信号处理器以ATMEL89C55为CPU，24C512E2PROM为数据存贮器，四位键盘为“增加”、“减少”、“切换”、“确认”，160×128点阵液晶屏用来显示浓度、温度、时间和历史曲线等工作状态。
ＵＳＣ- 超声波93%硫酸浓度分析仪是我院“八.五”期间自主研发的一种新型非接触式硫酸浓度在线分析仪。它克服了干吸工序腐蚀性强、干扰强等问题，它与沸点法、比重法、谐振法相比有着无可比拟的优点。多年来，经过众多用户的实际使用表明该仪表是目前测量93%硫酸浓度的最佳选择。
特别是近年来，我们对该仪表进行了不断改进，使得整体仪表在技术上有了很大的提高。在测量上采用了单片机前置的方法，提高了测量的稳定性；在数据传输上采用了抗干扰性能更加优越的RS-485接口，使得数据传输的可靠性与传统的单线数据传输相比有了本质的提高。
② 信号接收、处理信号处理器接收信号检测器以串行数据方式送来的温度和声时数据，并对其进行计算和处理，然后送液晶屏显示。
③ 输出电路由计算机输出浓度对应的脉宽信号，经光隔后，通过脉宽-电流转换器，输出4～20mA电流信号。
④ 报警电路当测量浓度值超出设定上限或下限值时，计算机输出信号触发达林顿管、驱动继电器，输出报警信号。
图9USC型检测器与信号处理器接线图
（二）仪器的使用
① 开机 仪器安装正确后，关闭检测器下部排污阀，缓缓开启取样阀，使检测器的测量槽内充满酸，流量不宜过大，如仪器第一次使用，或大修停机较长时间，检测器探头在酸中需充分钝化，这需等待一小时左右。然后再接通仪器电源，仪器即显示开机自检状态，过几秒后自动跳转到浓度显示（如图10）。同时信号处理器输出对应酸浓信号。
开大进口阀，进一步关小出口阀
微调检测器线路板稳定性调节电位器（RV1），使声时测量值（D1）稳定
4
显示浓度与实际不符，有一定差距
仪器有误差
进入调试状态，在“浓度校正”下，通过“增加”、“减少”键进行调整
5
温度和浓度数据均不正常
检测器与信号处理器之间通信线没接好
现场干扰大
线路板故障
检查检测器与信号处理器之间通信线
② 按键说明 信号处理器面板有四只按键（如图10），分别为“增加”键、“减少”键、“切换”键和“确认”键。其中“切换”键为显示切换，每按一下“切换”键液晶屏第一行显示由“Tm（温度）→Vs（声速）→BH（上限报警值）→BL（下限报警值）→Pd（回波个数）→D1（声时代码）→D2（温度代码）”循环切换显示。“确认”键有二个作用，分别为修改确认和进入调试状态。“增加”键和“减少”键除在仪表调试状态使用 ；此外，在测量状态下，按住“增加”键5S，则进入历史曲线菜单；按住“减少”键5S，则进入时间校正状态。
将屏蔽层接地
与生产厂家联系
7
没有输出信号
①外联仪表故障或外联接线有问题
②输出电路OP07损坏
①检查外联仪表或外联接线
②更换OP07运放
8
仪器走死线，输出电流不变化
①被测酸不流动
②输出电路OP07损坏
软件或硬件故障
①调节放酸量，保证取样槽中有酸流动
②更换OP07功放，或与厂家联系
重新送电或与生产厂家联系
五、仪器安装、使用及调试
（一）仪器的安装
整套仪器分为现场的检测器安装和控制室信号处理器安装两部分进行。
1、检测器的安装
流通式检测器的外形参见图3a，直接安装在采样管路上，其安装示意图见图7。安装流通式检测器的采样管道尽量采用耐酸材料制做，例如铸铁管和不锈钢管等。其酸采样口应位于待测酸管的侧面或管上部（待测管必须充满酸）以防酸泥堵塞。待测酸管和采样管之间配接，采用三通及大小头加以解决，由待测酸管取样阀出口至检测器入口的采样管线其水平长度应大于1.5米。检测器及配管的高度，应以便于安装和检修为原则，而且要充分考虑防止酸烫伤的安全事故，一般取1米高度左右。
注：蒸馏水要充满烧杯，在传感器与蒸馏水之间不能有空隙。
声速校正不同温度下超声波在水中传播速度是不一样的，不同温度下超声波在水中传播速度如表所示，如仪器在此状态下的指示值与表格的数据不一至，可以按“速度校正”的调整方法调整，使其指示值与表格的数据一至。此项调整可替代仪器在硫酸介质中的量程调整。
2、信号处理器的外形、开孔及安装
信号处理器可安装于现场防护箱内，也可直接安装在控制室仪表盘上。
信号处理器的外形及表盘开孔尺寸见图8
信号处理器外形尺寸：长X宽X高=144x144x320mm
信号处理器在仪表盘上开孔尺寸：134+1x134+1mm
信号处理器安装在现场时，应加防护箱，距离检测器远近应以便于维护和接线调校方便及离腐蚀源较远的地方为宜。
信号处理器应安装在无强磁干扰场所。整套仪表之间的外部接线见图9，
信号处理器电源的地(18#号端子)必须良好接地(接地电阻≤4Ω)。信号电缆的一端与信号处理器的18#端子相连。
注： （1）图中标示的“检测器出口流量控制阀”必须安装；
（2）仪表正常使用时，“排污截止阀”必须关闭。
图8 信号处理器外形尺寸及开孔尺寸
、仪器的成套
整套仪器包括：⑴信号处理器一台（包括安装托架一付）；
⑵检测器一台
⑶说明书一份
测量槽一个
八、本仪器在水中的特性
由于硫酸在作为标准物质标定本仪器时有一定的危险性，可以用蒸馏水代替硫酸对本仪器的以下某些性能进行标定。
在用水代替硫酸进行试验时，可用一个烧杯装入适量的蒸馏水，将分析仪倒插入烧杯中，如图所示。
三、仪器特点
1、仪器现场部份为全封闭管道安装式。结构简单、性能可靠，不受测量介质的腐蚀，大大提高了仪表的使用寿命，维护量小。
2、通过光隔实现了输入、输出的隔离，消除了诸如大电流跳动所引起的的干扰，并能克服高共模电压，大大地提高了仪表抗干扰能力。
3、选用具有较强数据和逻辑处理能力，应用广泛的MCS-51单片机，组成小型计算机系统，进行数据回归，输出信号4～20mA DC，简化了仪器线路，提高了仪器的测量精度。
参数
正常值
浓度校正
91.00---95.00%（可调）
报警上限
95.00（可调）
报警下限
91.00（可调）
声速校正
1380 m/s左右
电流零点
04mA
电流量程
20mA
单页宽度
20MI、40MI、60MI、02HR、04HR、08HR
3浓度校正 光标切换至“浓度校正”时，按“增加”键或“减少”键，可实现浓度校正。
③ 维护说明 仪器因工艺停车，长时间（10天以上）无采样酸流动情况下，应将流通式检测器的铸铝防护罩连同换能器、采样器一起从测量槽中拆除保养，待再使用时按要求重新安装接线。
图10 信号处理器显示屏及按键面板图
（三）仪器的调试
1按住“确认”键5秒左右，仪数如下表所示：
图4采样线路框图
由CPU发出的声时触发信号，经整形后，触发发射电路，激发压电陶瓷晶片，使其发生振荡，产生超声波，超声波从换能器发出，经溶液到反射面，反射回来的回波被晶片接收，经放大整形后，送脉宽转换电路，得到与浓度、温度有关的脉冲宽度，经计数电路后，再转换成串行数据，传送给信号处理器。
温度测量采用一线式的通信方式，温度传感器DS18B20占用CPU的一根IO口，组成的温度测量通路。它可以实现1/16℃的测量精度，且不需要进行任何校准工作。
被测介质出口
超声波反射 L 超声波发射、接收
被测介质入口
图1
根据文献提供的数据，曲线及实验室测试的浓度声时数据表明，硫酸浓度每变化1%，将引起19米/秒的声速变化，显然灵敏度是高的。由实验数据，进行多项回归： =A0+A1(v-v0)+A2(v-v0)+A3(t-t0)+A4(t-t0)+A5(v-v0)*(t-t0)
四、仪器结构
该仪器由检测器、信号处理器两部分组成（见图2）。
图2仪器结构示意图
1.检测器结构
检测器为流通式检测器。（其结构见图3a和图3b）
图3a流通式检测器结构图 图3b流通式检测器安装法兰图
检测器由采样板、换能器、测温管等组成。
换能器是实现声时—电转换的主要部件，通常是采用压电陶瓷材料制做换能器，压电陶瓷是一种具有压电效应和逆压电效应的陶瓷材料。当它受力作用时，会产生电信号，反之当它受到电场作用时，会产生应力和应变，利用压电陶瓷的这个特性，人为地对它施加一个脉冲电压，使其产生超声振动（即超声波的发射），当超声波反射波返回到达压电陶瓷上时，由于声压的作用，它会产生脉冲电势。这样实现了电—声、声—电的转换。采样板作用是进行温度、声时采样，采样板上带CPU控制各部件工作，并将数据转换成串行信号传送给信号处理器。其框图见图4。测温管为一不锈钢保护管，内装温度传感器DS18B20。
这样，当测得声速和温度后，就可以计算出浓度值。
二、主要技术参数
1、测量范围： 91%～95%硫酸 2、温度补偿范围：40℃±30℃
3、精度测量： ≤±5% F.S 4、输出信号： 4～20mADC
5、负载电阻： 0～800Ω 6、环境温度：-10℃～45℃
7、供电电压： 220±10%V AC 8、功率消耗： <30W
7电流零点 光标切换至“电流零点”时，按“增加”键或“减少”键，可实现输出电流零点校正（4mA）。
8电流量程 光标切换至“电流量程”时，按“增加”键或“减少”键，可实现输出电流量程校正（20mA）。
9单页宽度 光标切换至“单页宽度”时，按“增加”键或“减少”键，可修改历史记录曲线显示时间宽度，分别为：20分钟、40分钟、60分钟、2小时、4小时和8小时。
2、信号处理器结构
信号处理器是根据检测器传送过来的声时及温度信号，计算出硫酸浓度，分别送显示和输出，其框图见图6。
图6 信号处理器框图
① 计算机组成信号处理器以ATMEL89C55为CPU，24C512E2PROM为数据存贮器，四位键盘为“增加”、“减少”、“切换”、“确认”，160×128点阵液晶屏用来显示浓度、温度、时间和历史曲线等工作状态。
ＵＳＣ- 超声波93%硫酸浓度分析仪是我院“八.五”期间自主研发的一种新型非接触式硫酸浓度在线分析仪。它克服了干吸工序腐蚀性强、干扰强等问题，它与沸点法、比重法、谐振法相比有着无可比拟的优点。多年来，经过众多用户的实际使用表明该仪表是目前测量93%硫酸浓度的最佳选择。
特别是近年来，我们对该仪表进行了不断改进，使得整体仪表在技术上有了很大的提高。在测量上采用了单片机前置的方法，提高了测量的稳定性；在数据传输上采用了抗干扰性能更加优越的RS-485接口，使得数据传输的可靠性与传统的单线数据传输相比有了本质的提高。
② 信号接收、处理信号处理器接收信号检测器以串行数据方式送来的温度和声时数据，并对其进行计算和处理，然后送液晶屏显示。
③ 输出电路由计算机输出浓度对应的脉宽信号，经光隔后，通过脉宽-电流转换器，输出4～20mA电流信号。
④ 报警电路当测量浓度值超出设定上限或下限值时，计算机输出信号触发达林顿管、驱动继电器，输出报警信号。
图9USC型检测器与信号处理器接线图
（二）仪器的使用
① 开机 仪器安装正确后，关闭检测器下部排污阀，缓缓开启取样阀，使检测器的测量槽内充满酸，流量不宜过大，如仪器第一次使用，或大修停机较长时间，检测器探头在酸中需充分钝化，这需等待一小时左右。然后再接通仪器电源，仪器即显示开机自检状态，过几秒后自动跳转到浓度显示（如图10）。同时信号处理器输出对应酸浓信号。
开大进口阀，进一步关小出口阀
微调检测器线路板稳定性调节电位器（RV1），使声时测量值（D1）稳定
4
显示浓度与实际不符，有一定差距
仪器有误差
进入调试状态，在“浓度校正”下，通过“增加”、“减少”键进行调整
5
温度和浓度数据均不正常
检测器与信号处理器之间通信线没接好
现场干扰大
线路板故障
检查检测器与信号处理器之间通信线
② 按键说明 信号处理器面板有四只按键（如图10），分别为“增加”键、“减少”键、“切换”键和“确认”键。其中“切换”键为显示切换，每按一下“切换”键液晶屏第一行显示由“Tm（温度）→Vs（声速）→BH（上限报警值）→BL（下限报警值）→Pd（回波个数）→D1（声时代码）→D2（温度代码）”循环切换显示。“确认”键有二个作用，分别为修改确认和进入调试状态。“增加”键和“减少”键除在仪表调试状态使用 ；此外，在测量状态下，按住“增加”键5S，则进入历史曲线菜单；按住“减少”键5S，则进入时间校正状态。
将屏蔽层接地
与生产厂家联系
7
没有输出信号
①外联仪表故障或外联接线有问题
②输出电路OP07损坏
①检查外联仪表或外联接线
②更换OP07运放
8
仪器走死线，输出电流不变化
①被测酸不流动
②输出电路OP07损坏
软件或硬件故障
①调节放酸量，保证取样槽中有酸流动
②更换OP07功放，或与厂家联系
重新送电或与生产厂家联系
五、仪器安装、使用及调试
（一）仪器的安装
整套仪器分为现场的检测器安装和控制室信号处理器安装两部分进行。
1、检测器的安装
流通式检测器的外形参见图3a，直接安装在采样管路上，其安装示意图见图7。安装流通式检测器的采样管道尽量采用耐酸材料制做，例如铸铁管和不锈钢管等。其酸采样口应位于待测酸管的侧面或管上部（待测管必须充满酸）以防酸泥堵塞。待测酸管和采样管之间配接，采用三通及大小头加以解决，由待测酸管取样阀出口至检测器入口的采样管线其水平长度应大于1.5米。检测器及配管的高度，应以便于安装和检修为原则，而且要充分考虑防止酸烫伤的安全事故，一般取1米高度左右。
注：蒸馏水要充满烧杯，在传感器与蒸馏水之间不能有空隙。
声速校正不同温度下超声波在水中传播速度是不一样的，不同温度下超声波在水中传播速度如表所示，如仪器在此状态下的指示值与表格的数据不一至，可以按“速度校正”的调整方法调整，使其指示值与表格的数据一至。此项调整可替代仪器在硫酸介质中的量程调整。
2、信号处理器的外形、开孔及安装
信号处理器可安装于现场防护箱内，也可直接安装在控制室仪表盘上。
信号处理器的外形及表盘开孔尺寸见图8
信号处理器外形尺寸：长X宽X高=144x144x320mm
信号处理器在仪表盘上开孔尺寸：134+1x134+1mm
信号处理器安装在现场时，应加防护箱，距离检测器远近应以便于维护和接线调校方便及离腐蚀源较远的地方为宜。
信号处理器应安装在无强磁干扰场所。整套仪表之间的外部接线见图9，
信号处理器电源的地(18#号端子)必须良好接地(接地电阻≤4Ω)。信号电缆的一端与信号处理器的18#端子相连。
注： （1）图中标示的“检测器出口流量控制阀”必须安装；
（2）仪表正常使用时，“排污截止阀”必须关闭。
图8 信号处理器外形尺寸及开孔尺寸
、仪器的成套
整套仪器包括：⑴信号处理器一台（包括安装托架一付）；
⑵检测器一台
⑶说明书一份
测量槽一个
八、本仪器在水中的特性
由于硫酸在作为标准物质标定本仪器时有一定的危险性，可以用蒸馏水代替硫酸对本仪器的以下某些性能进行标定。
在用水代替硫酸进行试验时，可用一个烧杯装入适量的蒸馏水，将分析仪倒插入烧杯中，如图所示。
三、仪器特点
1、仪器现场部份为全封闭管道安装式。结构简单、性能可靠，不受测量介质的腐蚀，大大提高了仪表的使用寿命，维护量小。
2、通过光隔实现了输入、输出的隔离，消除了诸如大电流跳动所引起的的干扰，并能克服高共模电压，大大地提高了仪表抗干扰能力。
3、选用具有较强数据和逻辑处理能力，应用广泛的MCS-51单片机，组成小型计算机系统，进行数据回归，输出信号4～20mA DC，简化了仪器线路，提高了仪器的测量精度。
参数
正常值
浓度校正
91.00---95.00%（可调）
报警上限
95.00（可调）
报警下限
91.00（可调）
声速校正
1380 m/s左右
电流零点
04mA
电流量程
20mA
单页宽度
20MI、40MI、60MI、02HR、04HR、08HR
3浓度校正 光标切换至“浓度校正”时，按“增加”键或“减少”键，可实现浓度校正。
③ 维护说明 仪器因工艺停车，长时间（10天以上）无采样酸流动情况下，应将流通式检测器的铸铝防护罩连同换能器、采样器一起从测量槽中拆除保养，待再使用时按要求重新安装接线。
图10 信号处理器显示屏及按键面板图
（三）仪器的调试
1按住“确认”键5秒左右，仪数如下表所示：
图4采样线路框图
由CPU发出的声时触发信号，经整形后，触发发射电路，激发压电陶瓷晶片，使其发生振荡，产生超声波，超声波从换能器发出，经溶液到反射面，反射回来的回波被晶片接收，经放大整形后，送脉宽转换电路，得到与浓度、温度有关的脉冲宽度，经计数电路后，再转换成串行数据，传送给信号处理器。
温度测量采用一线式的通信方式，温度传感器DS18B20占用CPU的一根IO口，组成的温度测量通路。它可以实现1/16℃的测量精度，且不需要进行任何校准工作。
被测介质出口
超声波反射 L 超声波发射、接收
被测介质入口
图1
根据文献提供的数据，曲线及实验室测试的浓度声时数据表明，硫酸浓度每变化1%，将引起19米/秒的声速变化，显然灵敏度是高的。由实验数据，进行多项回归： =A0+A1(v-v0)+A2(v-v0)+A3(t-t0)+A4(t-t0)+A5(v-v0)*(t-t0)
