游动电位在线测量仪器

本发明涉及一种在线检测技术，尤其涉及一种游动电位在线测量仪器，实时检测环保水中的剩余电荷。该技术可以应用在环保水处理，包括自来水处理，污水处理，发电造纸，纺织，印染，石油，食品，制药等工业，实现絮凝剂投加在线检测与最优控制。

根据絮凝理论，在环保水处理过程中通过投加絮凝剂使水中悬浮粒子沉淀下来。反应机理如下：

环保水中的悬浮粒子带有负电荷，由于同性电荷相斥，使得悬浮粒子无法自行沉淀。在环保水处理过程中，需要投加带有正电荷的絮凝剂去中和悬浮粒子的负电荷，使悬浮粒子呈电中性状态。万有引力将电中性状态的悬浮粒子聚集在一起（絮凝）。当聚集的悬浮粒子（絮凝胶体）的重量超过其漂浮力时，絮凝胶体开始沉淀，达到水处理的净化目的。

以上的反应机理表明，絮凝剂的投加量直接影响水的处理效果如下：

1.    絮凝剂欠量投加：絮凝剂带来的正电荷少于水中悬浮粒子带有的负电荷，中和之后负电荷过剩。剩余负电荷的排斥力对万有引力有抵消作用，絮凝效果变差，沉淀不完全。

2.    絮凝剂超量投加：絮凝剂带来的正电荷多于水中悬浮粒子带有的负电荷，中和之后正电荷过剩。剩余正电荷的排斥力对万有引力有抵消作用，絮凝效果变差，沉淀不完全。

3.    絮凝剂最优投加：絮凝剂带来的正电荷等量于水中悬浮粒子带有的负电荷，中和之后悬浮粒子呈电中性状态。万有引力作用最大，絮凝效果最佳，沉淀效果最好。

絮凝剂投加是水处理的瓶颈环节，直接影响水的处理效果。

1、所要解决的技术问题

为了实时测量絮凝剂投加效果，需要设计一种在线测量装置，实时检测絮凝剂投加后水中的剩余电荷。该装置的测量信号（包括信号的正负极性与幅值），直接反映絮凝剂投加效果，如下：

（1）      当检测信号大于零时，表明被测水中正电荷过剩，絮凝剂超量投加。

（2）      当检测信号小于零时，表明被测水中负电荷过剩，絮凝剂欠量投加。

（3）      当检测信号等于零时，表明被测水中剩余电荷为零，絮凝剂最优投加。

絮凝剂投加曲线见图1。

2、技术方案

为了解决以上问题，本发明提供了一种游动电位在线测量仪器，包括：

（1）实时/在线测量的确定：

为了实现实时测量，需要采样水连续流过测量装置（传感器）探头，新的采样水不停地取代旧的采样水，保证该测量装置的检测信号一直跟踪被测水中剩余电荷的变化---絮凝剂的投加效果。

（2）剩余电荷准确测量：

根据电子学理论中的电动势原理：对电荷做功，使其在两个电极中定向移动，两个点极产生电压。

为了检测被测水中的剩余电荷，检测装置（探头）需要驱动被测水在两个电极间连续移动，水中的剩余电荷也作相应的移动。电荷移动形成电流，电流流过两个电极即产生电位，在本发明中称作游动电位,本发明装置称作游动电位在线测量仪器，请参阅图二（测量仪器原理图）。

3、有益效果：

本发明提供的仪器能实现絮凝剂投加在线检测与最优控制。

附图说明    

图1絮凝剂投加曲线

图2测量仪器原理图

图3游动电位测量仪器设计（剖视图）

34.直流电机；28.电机转子；16.光感器件；30.半圆金属部件；29.凸轮；32.连接铰链；54、50、38.探头蓄水部件；10.探头出水口；20.电极上；22.电极下；52.测量室；40.下活塞；18.上活塞；64.底座；46、 48.电极导线；36.信号处理单元；14.探头入水口；44.光感器件导线。

下面对本发明进行详细说明。   

1.    游动电位在线测量仪器设计

（1）信号测量部分

图三是游动电位在线测量仪器的完整设计：被测水通过采样从入口14被导入测量仪器探头，从探头出口10排出。探头测量室52的空间内42充满被测水。下活塞40的上下移动驱动测量室内的被测水作相应的下上移动，被测水中的剩余电荷随着作下上移动，产生电流。当电流流过两个电极（20， 22）时，产生电位（游动电位）。该游动电位通过导线（46, 48）传递到信号处理单元36，该信号处理单元将游动电位在线测量仪器产生的原始信号转换为标准的工业信号，4-20毫安，4-5伏。

（2）传动机构部分

图三中部件：34, 28，29，32，18是机械驱动-传动机构，驱动下活塞连续往复地上下运动，直流电机34驱动其转子28按顺时针以一定转速连续转动，通过凸轮29，及铰链32拖动上活塞18作上下连续运动，上活塞的上下运动带动下活塞的上下运动，上活塞与下活塞通过螺纹连接。

（3）探头底座

探头测量室52的底座64用来封闭测量室，阻止被测水从测量室底部流出。

（4）探头蓄水部件

探头蓄水部件54, 50, 38是同一个部件，其作用包括：探头的给水14，排水10；为测量室提供一定量的被测水，保证测量室稳定测量。

（5）光感部件16与半圆部件30相结合获得电信号，供信号处理使用，44为连接导线。