簡易污泥稱重儀的制作及誤差分析

張景春

摘要：介紹了污水處理場污泥脫水單元產(chǎn)出的污泥的特點。根據(jù)污泥的特點制作簡易污泥稱重儀，同時分析污泥稱重儀的測量誤差并對誤差進行修正，提高污泥稱重儀的稱重精度。

關(guān)鍵詞：污泥稱重儀；污水處理；粘度大

1 概述

齊魯石化乙烯污水處理場是齊魯石化公司的主要污水處理裝置，它擔負著來自公司內(nèi)部各生產(chǎn)廠以及多家公司外部企業(yè)的污水處理任務(wù)。在污水處理過程中有一個重要的單元為污泥脫水單元，它把經(jīng)過污水處理裝置處理后含水率為95%～98%的濃縮污水利用帶式壓濾機進行脫水，產(chǎn)出含水率為50%～70%的污泥。該污泥的特點是粘度大、易附著、易結(jié)塊。為提高污水處理場及污泥脫水單元的運行管理水平，必須對污泥脫水單元產(chǎn)出的污泥進行稱重測量。

2 存在的問題

現(xiàn)在用于對粉狀、顆粒狀和小塊狀等松散物料稱重的專用設(shè)備主要有螺旋秤和皮帶秤。但是，由于污泥具有粘度大、易附著、易結(jié)塊的特點，以上兩類設(shè)備都不適用于污泥的稱重測量。因此，制作一種能對該污泥進行稱重測量的設(shè)備顯得尤為重要。

3 簡易污泥稱重儀的制作

3.1 污泥稱重儀的基本要求

由于脫水單元所產(chǎn)生的污泥的重量只是用來評估污水處理場和污泥脫水單元生產(chǎn)運行的一般參數(shù)，不是用來進行貿(mào)易結(jié)算的重要參數(shù)，因此污泥稱重儀的測量精度不需要很高。

污泥脫水單元所處的環(huán)境一般非常差，潮濕、腐蝕是該環(huán)境的基本特點。因此，污泥稱重儀必需要防水、耐腐蝕，能在惡劣環(huán)境中長期連續(xù)穩(wěn)定運行。

3.2 污泥稱重儀的構(gòu)成

污泥稱重儀主要由污泥稱重單元和控制計量單元組成。

3.2.1 污泥稱重單元

污泥稱重單元的工作原理是利用杠桿原理實現(xiàn)稱重的。它包括一個中間有支點的平衡底座，在平衡底座的左邊是稱量配重，右邊是稱量斗。稱量斗是一個長方體容器，它的底板是可滑動的，滑動過程依靠控制氣缸來實現(xiàn)。在底板滑動過程中，稱量斗內(nèi)的污泥在重力的作用下可自由落下。污泥稱重單元的結(jié)構(gòu)如下圖。

當污泥脫水單元正常運行時，皮帶輸送機將污泥不斷輸送到稱量斗中，此時稱量斗的底板是關(guān)閉的。隨著污泥數(shù)量的不斷增多，當右側(cè)稱量斗的重量超過左側(cè)稱量配重的重量時，平衡底座向右側(cè)傾斜，碰觸位置開關(guān)使位置開關(guān)觸點閉合。

當位置開關(guān)觸點閉合時，表示一次稱量的開始。在控制單元的控制下，稱量斗的底板打開，污泥由于重力的作用而自然下落。由于污泥下落，左側(cè)稱量配重的重量又超過了右側(cè)稱量斗的重量，因此平衡底座向左側(cè)傾斜，位置開關(guān)觸點斷開。稱重斗的底板在控制氣缸的作用下關(guān)閉，到此為止已經(jīng)完成了一次完整的稱重過程。

通過調(diào)整稱量配重的重量來調(diào)整每次稱重的污泥重量，一般每次稱重的重量在50公斤比較合適。

3.2.2 控制計量單元

控制計量單元可分為繼電器型和PLC型。

（1）繼電器型控制計量單元

繼電器型控制計量單元結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低。主要部件包括位置開關(guān)、自鎖繼電器、計時繼電器、電磁閥、計數(shù)器各一個。繼電器型控制計量單元可實現(xiàn)污泥稱重儀的基本控制計量功能，計數(shù)器顯示的是污泥稱重儀稱量的次數(shù)，需人工換算出污泥的總重量。該方法不能精確修正稱量斗底板抽出期間的污泥重量。

繼電器型控制計量單元的電路簡單、易懂。當位置開關(guān)觸點閉合時，觸發(fā)自鎖繼電器得電，然后計時繼電器開始計時，電磁閥得電，計數(shù)器增加“1”。當計時繼電器達到設(shè)定的時間后，自鎖繼電器、電磁閥失電，完成一次稱量控制和計量過程。計時繼電器的設(shè)定時間為稱量斗底板由全關(guān)到全開的行程時間。

（2）PLC型控制計量單元

PLC型控制計量單元制作成本較高、可靠性高。主要部件包括位置開關(guān)、PLC控制器、電磁閥各一個。PLC型控制計量單元不但可實現(xiàn)污泥稱重儀的基本控制計量功能，還能直接計算出所稱量污泥的總重量。再就是能精確修正稱量斗底板抽出期間污泥的重量，從而提高稱量精度。

PLC型控制計量單元需要對PLC進行功能組態(tài)。當位置開關(guān)觸點閉合時，由PLC的DI輸入模塊采集開關(guān)的狀態(tài)，然后觸發(fā)計時模塊（t1）開始計時，將DO控制模塊置“1”并通過DO輸出模塊將信號輸出到電磁閥，計數(shù)器累加模塊增加“1”。當計時模塊（t1）達到設(shè)定的時間后，將DO控制模塊置“0”，同時將計時模塊（t2）開始計時，直到DI輸入模塊采集的位置開關(guān)觸點狀態(tài)再次閉合時停止計時。計時模塊（t1）的設(shè)定時間為稱量斗底板由全關(guān)到全開的行程時間，計時模塊（t2）所測量的時間為稱量斗底板全關(guān)時所經(jīng)歷的時間。

4 污泥稱重儀的誤差分析

可將污泥稱重儀的誤差分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差來分析。

4.1 隨機誤差

4.1.1 稱量斗中污泥的分布影響。由于該污泥稱重儀采用的是杠桿平衡原理，在達到平衡時實際為力矩平衡，即平衡條件不僅與污泥的重量有關(guān)，還與污泥在稱量斗中的分布有關(guān)。這就要求盡量將稱量斗的底面制作成長方形，以減少稱量斗底面在力矩方向上的長度。

盡量保證皮帶輸送機的位置固定不變，使落下的污泥保持分布一致。在皮帶輸送機或污泥稱重儀在維修后要按照原位回裝，也可對污泥稱重儀進行重新標定。

4.1.2 平衡支點的影響。平衡支點的轉(zhuǎn)動阻力影響平衡底座的平衡過程，可采用滾動軸承來減少平衡支點阻力的影響。

4.1.3 位置開關(guān)的影響。位置開關(guān)的靈敏度對平衡底座的平衡過程有影響，可選擇動作靈敏的微動開關(guān)用作位置開關(guān)。

4.1.4 稱量斗內(nèi)污泥粘附的影響。在經(jīng)過多次稱量后，由于污泥的粘度大、易附著、易結(jié)塊的特點，稱量斗的內(nèi)壁常有少量污泥粘附在上面，在連續(xù)稱量過程中要定期清理粘附在稱量斗內(nèi)壁的污泥。

4.2 系統(tǒng)誤差

污泥稱重儀的系統(tǒng)誤差主要來自稱量斗底板打開期間，經(jīng)稱量斗落下而沒有進行稱重計量的污泥量。下面以PLC型控制計量單元為例分析該系統(tǒng)誤差的修正過程。

在上面PLC型控制計量單元的說明中已經(jīng)假設(shè)稱量斗底板由關(guān)閉到打開的行程時間為t1，稱量斗底板全關(guān)期間所經(jīng)歷的時間為t2。

假設(shè)一次稱量斗稱量的污泥重量為：a

則污泥單位時間內(nèi)的平均量為：a÷t2

在t1時間內(nèi)未經(jīng)稱量的污泥重量為：（a÷t2）×t1

一次稱量總的污泥重量為：（a÷t2）×t1+a

將上式整理得：a（1+t1÷t2）

由此可得出結(jié)論，系統(tǒng)誤差的大小與t1與t2的比值有關(guān)，比值越小則系統(tǒng)誤差越小。也就是要求t2的數(shù)值要遠大于t1的數(shù)值。在用PLC實現(xiàn)的控制計量單元中，通過功能組態(tài)實現(xiàn)該系統(tǒng)誤差的修正非常簡單。在用繼電器實現(xiàn)的控制計量單元中，可通過人工計算一個最常用污泥重的系數(shù)來進行誤差修正。

5 結(jié)束語

該簡易污泥稱重儀結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護量小、制作成本低。利用它實現(xiàn)了對粘度大、易附著、易結(jié)塊物料的稱重計量，是實現(xiàn)污泥稱重既簡單又實用的器具。在實際應(yīng)用中如采用的是PLC控制計量單元，如對系統(tǒng)誤差進行了修正，則稱量精度可維持在1%～3%范圍內(nèi)，這樣的稱量精度對于稱量污泥來說已經(jīng)足夠了，用這種方法制作的污泥稱重儀可廣泛應(yīng)用于類似粘稠物料的稱重測量。