第二章 给排水自动化仪表与设备
给水排水工程典型水质检测仪表-pH,溶解氧,氧化还原电位,浊度,碱度,颗粒计数,生化需氧量,电导率
沟通原电池的内电路。
原电池
• 2.2. 2
• 氧化还原电位检测仪 表
M (s)
溶解 析出
Mn+ (aq) + ne-
电极电位
• 2.2. 2 电极电位
• 氧化还原电位检测仪 表
M (s) 溶解 析出 Mn+ (aq) + ne-
溶解＞沉积
溶解＜沉积
• 2.2. 2
• 氧化还原电位检测仪 表
电极反应：存在于溶液中的离子在电极表面得到或失去电子而产生的氧化或还 原反应 电极电位：金属极板表面上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受 负电荷吸引，较多地集中在金属极板附近，形成所谓双电层结构，电极和电解 质溶液间电位差称为电极电位
• 水处理流程水质检测仪表
02
• pH、碱度、电导率仪等
• 2.2. 1
• 饮用 水处理系统检测仪 表
• 2.2. 2
• pH计
a：氢离子的活度
原理
pH是氢离子活度的负对数
测量方法
电极电位法，该方法是基于两个电极 上发生的电化学反应
E：电池电动势测量值 D：电极响应极差 E*：电池电动势常数 pH：溶液的pH
氢离子敏场效应 晶体管电极
0~14
-5~130 ℃
• 2.2. • pH计 2
• 2.2. 1
• 饮用 水处理系统检测仪 表
• 2.2. 2
•碱度
• 2.2. 2
• 碱度
定义
水体接受强酸的氢离子的能力；维持水体pH稳定的能力 水体综合性特征指标 种类：强碱、弱碱、强碱弱酸盐、有机碱
• 2.2. 2 标准电极电位
• 氧化还原电位检测仪 表 标准氢电极(SHE)
水工程仪表与控制
给排水工程仪表与控制※第一章1、自动控制：人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（机械的、电子的、电气的、光学的装置等），使生产过程或工作机械（称被控对象）自动地按预定规律运行，或使其某个参数（称被控量）按预定要求变化。
2、（习题2自动控制系统有哪些组成部分？各部分的作用是什么？）自动控制装置包括：测量元件、比较元件、调节元件、执行元件。
①测量元件：测量被控量的实际值或对被控量进行物理量的变换。
②比较元件：将测量结果和要求的值进行比较，得到偏差。
③调节元件：根据偏差的大小产生控制信号，调节元件通常包括有放大器和矫正装置，它能放大偏差信号产生控制作用，从而使被控量达到要求值。
④执行元件：由控制信号产生控制作用，从而使被控量达到要求值。
3、自动控制系统的主要特点：①从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的信号使信号回路闭合，构成闭环，此回送过程成为反馈，反馈连接方式是负反馈。
由负反馈构成闭环式这种控制系统的结构特点。
②从控制作用的产生来看，它是由偏差引起，偏差产生的控制作用使系统沿减少或消除偏差的方向运动，由偏差产生的控制作用叫做偏差控制。
具有上述两个特点的自动控制系统叫做反馈控制系统、闭环控制系统或偏差控制系统。
这一系列的工作原理叫做反馈控制原理。
4、（习题3自动控制系统有哪些形式？）控制系统从信息传送的特点或系统的结构特点来看可分为开环控制系统和闭环控制系统，以及同时具有开环结构和闭环结构的复合控制系统。
闭环控制：三大特点----封闭的、负反馈和按偏差控制。
主要优缺点----控制精确度高、抗干扰能力强。
使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦开环控制：包括①按给定值控制；②按干扰补偿。
控制精度低、抗干扰能力差；结构简单、成本低；复合控制：按偏差控制与按干扰控制结合起来，对主要扰动采用适当的补偿，实现按干扰控制；同时，再组成反馈系统实现按偏差控制，以消除其他偏差的控制方式。
给排水仪表与控制课程设计
给排水仪表与控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解给排水系统中仪表与控制设备的基本原理和功能。
2. 学生能掌握给排水系统中常见仪表的操作方法和控制流程。
3. 学生能了解给排水系统中自动控制系统的设计原则及其在实际工程中的应用。
技能目标：1. 学生具备分析给排水系统中问题并进行仪表选型及控制策略设计的能力。
2. 学生能够运用相关软件或工具对给排水自动控制系统进行模拟和调试。
3. 学生能够通过小组合作，完成一个简单的给排水自动控制系统的设计与实施。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到给排水仪表与控制在环境保护和资源利用中的重要性，培养环保意识和社会责任感。
2. 学生在学习过程中，能够积极探究、主动思考，形成对工程技术的兴趣和认识。
3. 学生通过团队协作，培养沟通、交流和团队协作能力，增强集体荣誉感。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课，通过理论讲解与实际操作相结合，使学生掌握给排水仪表与控制的相关知识。
学生特点：高二年级学生，具有一定的物理、数学基础，对工程实践有较高的兴趣，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调知识的应用性和实际操作能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究和思考，培养其解决实际问题的能力。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 给排水系统概述：介绍给排水系统的基本组成、功能及其在现代社会中的应用。
- 教材章节：第一章 给排水工程概述2. 给排水系统中仪表与控制设备原理：讲解压力表、流量计、液位计等仪表的工作原理及控制系统组成。
- 教材章节：第二章 给排水系统仪表与控制设备3. 给排水自动控制策略：分析给排水系统中常见的自动控制策略，如PID控制、PLC编程等。
- 教材章节：第三章 给排水自动控制系统4. 给排水仪表选型与安装：介绍仪表选型依据、安装要求及在给排水系统中的应用。
给水排水工程仪表与控制
给水排水工程仪表与控制一、引言给水排水工程仪表与控制是现代城市建设中不可或缺的一部分。
它涉及到给水、排水系统的监测、控制和自动化，是保障城市居民生活和生产用水安全和稳定的重要措施。
本文将详细介绍给水排水工程仪表与控制的相关内容。
二、仪表与控制系统的基础概念1. 仪表的定义与作用仪表是指用来测量、显示、记录和控制过程或系统状态的设备。
在给水排水工程中，仪表的作用是监测管网压力、流量、水质等参数，以确保系统运行的正常。
2. 控制系统的组成控制系统由传感器、执行器、控制器等组成。
传感器用于采集实时数据，控制器根据数据分析做出控制决策，执行器执行具体的调节动作，从而实现对给水排水系统的控制。
三、给水工程仪表与控制1. 给水系统的仪表在给水系统中，常用的仪表包括水箱水位计、流量计、压力计等。
水箱水位计用于监测水箱水位，流量计用于测量流量，压力计用于监测管网压力。
2. 控制策略给水系统的控制策略有很多种，常见的包括PID控制、ON/OFF控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，通过调节比例、积分、微分三个参数来实现控制，ON/OFF控制则是在设定阈值之上进行开关控制。
四、排水工程仪表与控制1. 排水系统的仪表在排水系统中，常用的仪表包括流量计、水质分析仪、泵站监测仪等。
流量计用于测量污水流量，水质分析仪用于监测水质情况，泵站监测仪用于监测泵站的运行状态。
2. 控制策略排水系统的控制策略也多种多样，常见的包括液位控制、流量控制等。
液位控制通过监测污水池的液位来控制排水泵的启停，流量控制则通过监测排水管道的流量来调节泵的运行速度。
五、结语给水排水工程仪表与控制在城市建设中起着至关重要的作用。
通过合理选择仪表和控制策略，可以提高系统的稳定性和效率，保障城市居民的用水安全。
希望本文对给水排水工程仪表与控制有所帮助。
以上是关于给水排水工程仪表与控制的简要介绍，希望能够为相关领域的工程师和研究人员提供一些参考和启发。
给排水工程仪表与控制复习（全面）
给排⽔⼯程仪表与控制复习（全⾯）课后思考题答案：给⽔排⽔⼯程仪表复习第⼀章1.⾃动控制概念：在⼈不直接参与的情况下，利⽤外加的设备或装置使整个⽣产过程或⼯作机械（被控对象）⾃动地按预定规律运⾏，或使其某个参数（被控量）按预定要求变化。
⾃动控制系统⼯作原理：当被控量偏离给定要求值时，测量元件测得被测量或经物理量变换后由⽐较元件将其给定值⽐较得出偏差，根据偏差⼤⼩，经放⼤、调节、执⾏等元件后产⽣控制作⽤，控制作⽤使被控量回复到或趋近于要求值，从⽽使偏差消除或减⼩。
⾃动控制系统主要特点：从信号传送来看，输出量经测量后回送到输⼊端，回送的信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。
从控制作⽤的产⽣看，由偏差产⽣的控制作⽤使系统沿减少或消除偏差的⽅向运动。
——偏差控制采⽤⾃动控制系统的⽬的：（1）解放劳动⼒，变⾰⽣产⼒，提⾼⽣产效率；（2）提⾼精度和质量。
1．⾃动控制系统有哪些基本组成部分?答：⼀个⾃动控制系统主要由以下基本部件构成：(1)控制对象；(2)传感器；变送(3) 控制器；(4)执⾏装置。
⼀个⾃动控制系统只要由以下基本元件构成：①整定⽂件：也称给定⽂件，给出了被控量应取的值②测量元件：检测被控量的⼤⼩③⽐较⽂件：⽤来得到给定值与被控量之间的误差④放⼤元件：⽤来将误差信号放⼤，⽤以驱动执⾏机构⑤执⾏元件：⽤来执⾏控制命令，推动被控对象⑥校正元件：⽤来改善系统的动静性能⑦能源元件：⽤来提供控制系统所需的能量。
2．⾃动控制系统的分类？答：按系统的结构特点：前馈控制系统(开环)、反馈控制系统(闭环)、复合控制系统。
按给定值的不同形式：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
闭环控制特点开环控制特点3. 传递函数的概念？什么是阶跃函数答：传递函数：⼀个环节或⼀个⾃动控制系统中，输出拉式变换和输⼊拉式变换之⽐。
4．⽅块图和传递函数有什么作⽤？答：⽅块图和传递函数是⾃动化理论的重要基础。
通过⽅块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；⽽传递函数可以⽤来描述环节或⾃动控制系统的特性，将输⼊----输出关系⼀⽬了然表⽰出来。
给排水工程仪表与控制讲稿要点
贵州大学讲稿课程名称：给排水工程仪表与控制教材名称：给水排水工程仪表与控制（“十五”国家级规划教材）适用专业：给水排水工程授课教师：陆天友第一章：自动控制基础知识一、自动控制系统的概念与构成1、自动控制系统的概念所谓自动控制，就是利用机械的、电气的、力学的等装置代替人工控制器官的作用，在不用人工直接参与的情况下，可以自动地实现预定的控制过程。
2、自动控制系统的构成从上面简单的实例中，可以总结出一般自动控制系统是由控制对象、测量变达器、控制器、执行装置几部分组成的。
3、自动控制系统的分类1）、反馈控制系统反馈控制系统是根据系统被控量与给定值的偏差进行工作的，最后达到消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据，因为该系统由被控量的反馈构成一个闭合回路，所以又称为闭环控制系统，这是过程控制系统中最基本的一种。
另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成一个以上的闭合回路，称为多回路反馈控制系统。
2）、前馈控制系统前馈控制是直接根据扰动进行工作的，扰动是控制的依据，由于它没有被控且的反馈，所以不构成闭合回路，故也称为开环控制系统。
3）、复合控制系统(前馈—反馈控制系统)前馈开环控制的主要优点是能针对主要的扰动迅速及时地改变控制量，克服扰动对初控员的影响。
所以，在反馈控制系统中加入对于主要扰动的前馈控制，构成复合控制系统可以提高控制质量。
4、计算机控制系统以计算机为核心构成的数字式控制系统，是控制技术的最新成就，已在生产实践中广泛应用。
其基本构成如下图。
广义来讲，以微处理器为核心的各种智能化控制装置都可以归结到这一类控制系统中来，包括由工业计算机组成的系统、由单板机或单片机组成的系统、由可编程序控制器组成的系统、由智能化专用调节器组成的系统以及由上述各类装置混合组成的系统等。
虽然这些装置的配置、功能不同，但其基本的组成部分是相似的，都是通过数字运算完成各种功能的。
第二章：给排水自动化仪表与设备第一节、典型水质检测仪表给水排水工程自动化常用仪表与设备，可以分为以下几大类：1、过程参数检测仪表。
给排水工程仪表与控制课件(PPT 44页)
离心泵的离心泵变的变频频调速调规律节精度
由式(9)有:
f/Q=1/(f/Q)=1/[(kb/a)2-b2/f2]1/2 ——（12）
将式(12)及k、a、b的表达式皆代入式(11)并整理有:
ΔQ=Hb/(sg+s)·Δf/[Hb-H0·（f0/f）2]1/2 ——（13） 式(13)表明,在投药泵、投药系统及变频器已定的条件下(△f、Hb、H0、f0、s均为 定数),提高投药泵的调节精度,即降低投药量最小变幅△Q的可行措施有两条:加大管 路阻抗sg及提高工作频率f0。实用中实现这一目的的一个简洁办法就是控制投药管 路上阀门的开启度。减小开启度既增大了管路阻抗sg又提高了工作电源频率,图2的 几条不同开启度下水泵的工作曲线说明了这一问题。离心投药泵的功率较小,因此 虽然关小阀门提高工作频率加大了能耗,但这并不构成太大的问题,然而由此获得的 投药量高精度调节效果所带来的技术经济意义却是重要的。
1、往复泵流量
1.1 理论平均流量 在曲柄连杆机构的往复泵中，当曲柄以不变的角速度旋转时，活塞是作变速运
动，所以往复泵的流量也是随时间而变化。但是，对于使用者来说，往往要知道在 一定时间内往复泵所输送液体的体积。因此，就需要研究往复泵的理论平均流量。
活塞在一个往复行程中所排出液体的体积在理论上应该等于活塞在一个行程中 所扫过的体积。 因此，理论平均流量QT为：
其特点有：
⒈该泵性能优越，其中隔膜式计量泵绝对不泄露， 安全性能高，计量输送精确，流量可以从零到最 大定额值范围能任意调节，压力可从常压到最大 允许范围内任意选择。 ⒉调节直观清晰，工作平稳、无噪声、体积小、 重量轻、维护方便，可并联使用。 ⒊该泵品种多、性能全、适用输送-30度到450度， 粘度为0-800mm/s，最高排出压力可达64Mpa，流量范围在0.1-20000L/h，计量 精度在±1%以内。 ⒋根据工艺要求该泵可以手动调节和变频调节流量，亦可实现遥控和计算机自动 控制。
给水排水自动控制与仪表ppt
爱尔兰 用法 目的 +++ M +++ +++ M,B +++ M +++ +++ + +++ ++ +++ ++ 用法 M,B M,F M,B M,B M M M,B 目的
法国 用法 +++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ ++ + ++ ++ 用法 目的 M M M,B M M M,F M M,B M M M 目的 用法 +++ +++ ++ ++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ + 用法 ++ + ++ ++ ++
瑞士 目的 M M M,B M,B,F M,B,F M,B M,B M M ，B M 目的 总数 39+ 21+ 30+ 19+ 22+ 36+ 39+ 28+ 37+ 20+ 25+ 17+ 用法
总结 平均 3+ 1.6+ 2.3+ 1.5+ 1.7+ 2.8+ 3+ 2.2+ 2.8+ 1.5+ 1.9+ 1.3+ 目的
第2章自动化仪表与设备
氢离子活度的负对数
pH =lg
测定时通常用电极电位方 法：在被测溶液中插入两 个电极，一个为指示电 极，输出电位随氢离子活 度而变化，另一为参比电 极，电位固定不变，两者 构成原电池，该原电池的 大小与溶液的pH值有关
电极电位法测定pH原理
E = E* D pH (+)Hg,Hg2Cl2 KCl(饱和) 样品 玻璃膜内参比溶液 AgCl,Ag()
第二章 给排水自动化仪表与设备
常用仪表分类 使用能源
信息传递和处理过程
仪表安装目的 仪表组成形式
电动仪表 气动仪表
检测仪表 显示仪表 控制仪表
集中控制装置 执行器 流量检测仪表
水质检测仪表 过程参数检测仪表 基地式仪表 单元组合仪表
给排水常用仪表与设备:
1）参数检测仪表：各种水质参数，过程参数，量 的参数等
同时热敏电阻检测溶液的温度，并对氧浓 度进行温度补偿。
阴极反应： O2 +2H2O+4e 4OH
阳极反应： 4Ag +4Cl 4AgCl +4e
（2）电导测定法
用非导电的金属铊或其它化合物（氧化氮气生 成硝酸根离子）与水中溶解的氧反应生成能导 电的离子Tl+
反应式如下: 2Tl+0.5O2+H2O =2Tl++ 2OH-
数值
被测参数真值
测量值
时间
动态误差
变差
测量范围正反行程测量时被测值正行和反行所得两条曲线的最 大偏差
变差
=
最大绝对差值 量程范围
×100%
灵敏度与分辨力
测量仪表变差
指针仪表：灵敏度：被测参数变化引起线位移或角位移的变化， 灵敏限：使指针动作的被测参数最小变化量。
第二章 给排水自动化仪表与设备
§ 2.1 检测技术基础
一、检测的概念
被检测参数：指需要数值定量的一些参数或物理量，它含有 表征被测对象某些特征的定量信息。 检测：用实验的方法，借助一定的仪器或设备，把被检测参 数与其单位进行比较，求其二者的比值，从而得到被检测 参数数值大小的过程。 x0 = X0 / u 被检测参数 的真值 被检测参数 单位 x ≈ X0 / u 检测值
二、电导率检测仪表
由于电解质在水溶液中以带电离于的形式存在，因此溶液 具有导电的性质，其导电能力的强弱称为电导度，简称为 电导。 水的电导率：电流通过横截面积各为1cm2相距1cm的两电 极之间水样的电导。 作用：测定水和溶液的电导，可以了解水被杂质污染的程 度和溶液中所含盐分或其它离子的量。
（4）微生物电极法：组成结构见图
－ ＋
原理：当将电极插入恒温、 塑料管 溶解氧浓度一定的不含 BOD物质的底液时，微生 Ag-AgCl电极 物电极输入一稳态电流； 如果底液中加入了 KCl内充液 BOD物质，则电极输出的 压帽 电流值不恒定，而是在几 分钟内逐渐减小至新的稳 聚四氟乙 定值。 烯薄膜 在适宜的BOD物质浓度范 围内，电极输出电流降低 值与BOD物质浓度之间呈 线性关系，因此可算出 BOD值。
依据理论：朗伯—比尔定律：指当一束平行单色光通过 均匀、非散射的稀溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液 的浓度及液层厚度的乘积成正比，即：A=KCL
2 紫外（UV）吸收测定仪
指示表 差分放大器 输出 V-i转换器 可见光 滤光片 对数放大器 光电转换器 对数放大器 程序控制器
清洗除垢器 出口
光电转换器 紫外光 半透镜 滤光片
记 录 仪ຫໍສະໝຸດ 图2.14 单通道TOC自动监测仪工作原理
给排水工程仪表与控制
第一章1.1.2自动控制系统的构成（了解）1.整定文件：也称给定文件，给出了被控量应取的值2.测量元件：检测被控量的大小传感器3.比较元件：用来得到给定值与被控量之间的误差4.放大元件：将误差信号放大，用以驱动执行机构5.执行元件：用来执行控制命令，推动被控对象。
6.校正元件：用来改善系统的动、静态性能。
7.能源元件：用来提供控制系统所需的能量1.1.3自动控制系统的分类(了解)分为开环控制系统和闭环控制系统，以及同时具有开环结构和闭环结构的复合控制系统1.闭环控制：原理是，需要控制的是受控对象的被控量，而测量的则是被控量和给定值，并计算两者的偏差，该偏差信号经放大后送到执行元件，去操纵受控对象，使被控量按预定的规律变化，力图消除偏差。
也称为偏差调节。
反馈：把取出的输出量回送到输入端，并与指令信号比较产生偏差的过程称为反馈反馈控制就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，是自动控制系统中最基本的控制方式。
闭环控制的三大特点：信号按箭头方向传递是封闭的（闭环）、负反馈和按偏差控制。
优点：控制精度高，抗干扰能力强缺点：使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。
2.开环控制：分为按给定值控制或者按干扰补偿与闭环控制的基本区别在于有无负反馈作用。
这种控制方式简单，但精度较低抗干扰能力差。
但结构简单、成本低、在精度要求不高时有一定的使用价值。
3.复合控制把按偏差控制和按干扰控制结合起来，对主要扰动采用适当的补偿，实现按干扰控制；同时在组成反馈系统实现按偏差控制，以消除其他偏差。
1.3.3自动控制系统的过渡过程自动控制系统在动态过程中被控量是不断变化的，这种随时间而变化的过程称为自动控制系统的过渡过程。
1单调过程：被控变量在给定值的某一侧做缓慢变化。
最后能回到给定值。
2非周期发散过程：被控变量在给定值的某一侧，逐渐偏离给定值，而且随时间t的变化，偏差越来越大，永远回不到给定值。
3衰减振荡过程：被控变量在给定值附近上下波动，但振幅逐渐减小，最终能回到给定值4等幅振荡过程：被控变量在给定值附件上下波动且振幅不变，最终也不能回到给定值5发散振荡过程：被控变量在给定值附近来回波动，而且振幅逐渐增大，偏离给定值越来越远1,3是稳定的过渡过程，系统受到干扰时，平衡被破坏当经过控制器的工作，被控变量能逐渐恢复到给定值或达到新的平衡状态。
给排水自动化仪表与设备
南通大学电气工程学院
执行设备
离心泵
组成及工作原理
南通大学电气工程学院
执行设备
离心泵
分类
真空泵
灌入式启动（√）: 泵轴低于贮水池 最低水位
吸入式启动 泵轴高于贮水池 最高水位
南通大学电气工程学院
执行设备
离心泵
分类
直吸式 断流式
R3 Rx R1 R2
k
Em 1 1 Rx E Em Rm
南通大学电气工程学院
典型水质检测仪表
电导仪
电流测量式电导仪
南通大学电气工程学院
典型水质检测仪表
浊度检测仪表
浊度:
溶解于水的各种杂质，颗粒大小超过10-6mm，如有机物质、细菌、 藻类、油脂、黏土、砂等不溶解物，会影响水的透明度，造成光 学的综合现象，使人在视觉上呈有浑浊的印象. 度量这一光学现象 的指标即浊度. 给水排水工程中，在评价水源、选择处理方法、生产过程控制和 水质检验等各方面都需要对浊度做严格和精密的测量。 浊度的高低直接关系到供水水质，据有关医学数据统计表明，出 厂水的浊度降低，水中的细菌也按比例下降，特别是需要高余氯 才能灭活的病毒在相当程度上是随着浊度的降低而降低的
作用：测定水和溶液的电导，可以了解水被杂质污染的程度和溶液中 所含盐分或其它离子的量。
测量原理
对于特定的电导仪，有确定的电极常数Q。根据此电极常数Q和在此条 件下测得的溶液的电导S．便可算出溶液的电导率k。 南通大学电气工程学院
典型水质检测仪表
电导仪
平衡电桥式 电阻分压式
Em
E Rm Rx Rm
南通大学电气工程学院
《给水排水工程仪表与控制》课程大纲
《给水排水工程仪表与控制》课程大纲课程名称中文名称：给水排水工程仪表与控制英文名称：Instrument and Control of Water Supply and Drainage Engineering课程编码0201015课程类别专业课程课程性质必修学分 1.5开课学期第7学期总学时24理论学时24实验/上机学时0课外学时0开课单位市政与环境工程系适用专业及层次给排水科学与工程专业、本科编制依据《给排水科学与工程专业培养方案》（2019版）《市政与环境工程系课程大纲规范化管理规定》先修课程《高等数学》、《大学物理》、《电工电子学》、《建筑给水排水工程》、《泵与泵站》、《水质工程学1》、《水质工程学2》主要教学用书及参考资料教学用书1）崔福义，彭永臻，南军编著《给排水工程仪表与控制》（第二版），北京，中国建筑工业出版社，2006参考资料1）邵裕森主编《过程控制及仪表》，上海：上海交通大学出版社，20022）胡寿松主编《自动控制原理》（第六版），科学出版社一、课程简介《给水排水工程仪表与控制》是给排水科学与工程专业的专业核心课程，是学生从事本专业的科研、生产与管理工作必备的理论基础。
通过本课程的学习，使学生掌握给排水自动控制的基本概念和基本规律，了解有关仪器仪表的基本原理、特点与应用技术，了解有关的控制技术概况和特点，了解本专业各个工艺环节需要的监测与控制内容、能够采取的技术方法、目前的现状与发展趋势。
二、课程目标课程目标1通过课程的学习使学生掌握自动控制系统的基本构成，传递函数与典型环节的动态特性，自动控制的基本方式，双位逻辑控制系统。
培养学生的综合素质，使学生在交叉学科中找准自身的定位。
课程目标2：培养学生的专业素养，使学生掌握给排水工程中常用过程参数检测仪表、常用过程控制仪表、执行设备三大类常用的仪表与设备，以及各种设备的工作原理。
使学生能够进行给排水系统的建设和设备选型。
课程目标3：使学生掌握给水处理系统各单元环节的自动控制方法与技术、污水处理各单元环节的自动控制方法与技术，并能应用于解决本专业复杂工程问题。
给水排水工程自动化常用仪表与设备
给水排水工程自动化常用仪表与设备给水排水工程自动化常用仪表与设备，可以分为以下几大类：（1）过程参数检测仪表（2）过程控制仪表（3）调节控制的执行设备（4）其他机电设备检测过程有三要素：一是检测单位；二是检测方法；三是检测仪器与设备检测仪表的组成：传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。
传感器是检测仪表与被测对象直接发生联系的部分。
它的作用是感受被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。
对传感器的要求：（1）准确性（2）稳定性（3）灵敏性（4）其他变换器的作用是将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性化或转变成统一的信号，供给显示器等。
要求：能准确稳定地传输、放大和转换信号，受外界其他的干扰和影响要小，即所造成的误差应尽量小。
显示器的作用是向观察者显示被检测数值的大小。
它有指示式、数字式和屏幕式三种。
传输通道的作用是联系仪表的各个环节，给各环节的输入、输出信号提供通路。
仪表技术方面的指标有：基本误差、精度等级、变差、灵敏度、量程、响应时间、漂移等。
仪表经济方面的指标有：功能、价格、使用寿命等。
仪表使用方面的指标有：操作维修是否方便，能否可靠安全运行以及抗干扰与防护能力的强弱、重量体积的大小、自动化程度的高度等。
在正常工作条件下，仪表可以进行检测的被测参数的范围叫做检测范围，其最低值和最高值分别叫做检测范围的下限和上限。
检测的量程是检测范围的上限与下限的代数差。
仪表的基本误差形式；（1）绝对误差（2）相对误差（3）引用误差（4）引用误差的最大值（或最大引用误差）引用误差的最大值：在规定的工作条件下，当被检测参数平稳地增加和减少时，在仪表全量程所取得的诸示值的引用误差（绝对值）的最大者，或诸示值的绝对误差（绝对值）的最大者与量程的比值的百分数，称为仪表的最大引用误差，符号最大引用误差是仪表基本误差的主要形式，故也常称之为仪表的基本误差。
仪表精度等级的数字愈小，仪表的精度愈高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 紫外（UV）吸收测定仪
指示表 差分放大器 输出 V-i转换器 可见光 滤光片 对数放大器 光电转换器 对数放大器 程序控制器
清洗除垢器 出口
光电转换器 紫外光 半透镜 滤光片
二、检测仪表的组成
对象
4
传感器
5
变换器 检测仪表
6
显示器
人
图2.1 检测仪表方框图 4、5、6——传输通道
1 传感器 作用：感受被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参 数的信息，并转换成一相应的输出信号。 要求： 准确性：输入与输出是单值函数关系 稳定性：受干扰影响小 灵敏性：较小的输入量就可得到较大的输出信号 经济性、耐腐蚀性、低能耗等
记 录 仪
图2.14 单通道TOC自动监测仪工作原理
九、总需氧量（TOD）检测仪表
TOD是指水中有机物和还原性无机物在高温下燃烧生成稳 定的氧化物时的需氧量， mg O2 /L。 TOD与TOC的比值可以提供水中有机碳种类的大致信息：
TOD/TOC＝2.67，可认为水中主要的有机污染物是不含氮有 机物； TOD/TOC＞4，应考虑水中有多量的含S、P的有机物存在； TOD/TOC＜2.6，应考虑水中可能有较多硝酸盐和亚硝酸盐。
（2） 碘量法
以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘， 可计算出溶解氧量。
当水中含有氧化性物质、还原性物质及有机物时，会干扰 测定，根据不同的干扰物质采用修正碘量法。
（3） 电导测定法
用非导电的金属铊或其他化合物与水中溶解的氧反应生成 能导电的离子Tl＋。 2Tl + 0.5O2+H2O== 2Tl＋＋ 2OH－
（4）微生物电极法：组成结构见图
－ ＋
原理：当将电极插入恒温、 塑料管 溶解氧浓度一定的不含 BOD物质的底液时，微生 Ag-AgCl电极 物电极输入一稳态电流； 如果底液中加入了 KCl内充液 BOD物质，则电极输出的 压帽 电流值不恒定，而是在几 分钟内逐渐减小至新的稳 聚四氟乙 定值。 烯薄膜 在适宜的BOD物质浓度范 围内，电极输出电流降低 值与BOD物质浓度之间呈 线性关系，因此可算出 BOD值。
2 浊度的测定方法及基本原理
目前各种类型的浊度仪，全是利用光电光度法原理制成的。 悬浊液体是光学不均匀性很显著的分散物质。当光线通过 这种液体时，会在光学分界面上产生吸收、反射、散射等 光学现象。 由于这些光学现象，当射入试样水的光束强度固定时，透 过水样后的光束强度或散射光的强度将与悬浊物的成分、 浓度等形成函数关系。根据比尔—朗伯定律和雷莱方程式， 可提出如下的函数式：
七、紫外（UV）吸收检测仪表
溶解于水的不饱和烃和芳香族化合物等有机物对紫外线有 强烈的吸收，而对可见光吸收甚微。无机物对紫外线也吸 收甚微。
对特定水域或废水，根据其对紫外线的吸收大小来反映受 有机物的污染程度。
1 测定方法及基本原理
分光光度法是选一定波长的光照射被测物质溶液，测量 其吸光度，再依据吸光度计算出被测组分的含量。
TC →TOC：①先酸化，再通入N2曝气，最后注入仪器测 定；②使用高温炉和低温炉皆有的TOC测定仪。
水样
高温炉
CO2
冷却
TC 流路切换 TOC 红外线 分析仪
低温炉
水样
CO2
冷却
IC
O2
图2.13 TOC分析仪流程
2 TOC监测仪
安全装置 盐酸液槽 混合槽 泵 水样 N2气 N2气 冷却水 除 CO2 槽 定量泵 燃 烧 炉 气 液 分 离 槽 红 外 分 析 仪
1 测定方法及原理
对于特定的电导仪，有确定的电极常数Q。根据此电极常 数Q和在此条件下测得的溶液的电导S．便可算出溶液的 电导率k。
2 电导仪
平衡电桥式电导仪
A RX R1 R2 B R3
平 衡 指 示 器
振荡器
图2.4 平衡电桥式电导检测仪原理图
电阻分压式电导仪 电流测量式电导率仪
2 变换器 作用：将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性化 或转变成统一的信号，供给显示器。 要求：能准确稳定地传输、放大和转换信号，受外界其他因 素的干扰和影响要小，即所造成地误差应尽量小。
3 显示器 作用：向观察者显示被测数值的大小。有指示式、数字式和 屏幕式三种。
4 传输通道
作用：联系仪表的各个环节，给各环节地输入、输出信号提 供通路。可以是导线、管路（如光导纤维）以及信号所通 过的空间等。
黄金片电极 微生物膜
图2.7 微生物膜电极结构
2 BOD监测仪
（1）微生物膜电极BOD测定仪
程序控制器
定 量 泵
水 样
空气泵 微电流 放大器 记录仪
滤网 标 准 液 1 溢流槽 标 准 液 2 清 洗 水 磷酸盐 缓冲液 恒温水浴 传感器
数据 处理 装置
图2.8 微生物膜电极BOD测定仪原理图
（2）库仑法BOD测定仪
（2）检压法：将水样置于装有一个有CO2吸收剂小池的密 闭培养瓶中，当水样中的有机物被微生物氧化分解时， 消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又 被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统内的压力 降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样的BOD值。
（3）库仑法：原理与检压法相同。库仑法中微生物氧化分 解有机物所消耗的氧由电解产生的氧气来供给和补充， 电解槽通过密闭气路的压差由导电溶液的继电回路自动 控制，测定更准确。
式中 E ——测量电池产生的电动势； E*——测量电池的电动势常数(与温度有关) pH——溶液的pH值； D——测量电极的响应极差(与温度有关)。 因此，若已知E*和D，则只要准确地测量两个电极间的 电动势，就可以测得溶液的pH值了。
2 复合pH电极
杆身由内外两个玻璃 管组成，中心为pH指 示电极，外部为参比 电极及参比电解液。
4 浊度仪的基本构造及特点
表面散射光测定法 此方法是把试样水溢 流，往溢流面照射斜光， 在上方测定散射光的强 度来求出浊度。 优缺点
图2.6 表面散射式浊度自 动监测仪工作原理
五、生化需氧量（BOD）检测仪表
1 测定方法及基本原理
测定方法：五天培养法、检压法、库仑法、微生物电极 法等。
（1）五天培养法：水样经稀释后，在（20±1）℃条件下 培养五天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差 值记为BOD5。
恒 温 瓶
CO2吸收剂 压 力 计 试 样 电解槽
硫 酸 铜 溶 液
电磁搅拌器
中继电路 积分回路 记录仪
恒电流源
图2.9 库仑法BOD测定仪组件和结构示意图
六、化学需氧量（COD）检测仪表
1 测定方法及基本原理
（1）重铬酸钾法CODCr （2）酸性高锰酸钾法CODMn
（3）其他测定方法
1）密封管法：将样品和氧化剂及催化剂密封于管中，在 150℃下加热2h，使样品中有机物完全氧化，然后测定氧 化剂剩余量，计算出样品COD。 2）比色法：将水样、K2Cr2O7溶液、硫酸及硫酸银置于三角 瓶，准确加热回流10min，冷至室温后于600nm处测定Cr （Ⅲ）的吸光度，再根据用COD标准溶液绘制的标准曲线 计算出样品的COD值。
通过测定水样电导率的增量，可求得溶解氧的浓度。实验 表明：每增加0.035S/cm的电导率相当于1ml/L的溶解氧。
2 溶解氧监测仪
水质连续自动监测系统中，多采用隔膜电极法。 测定迅速、及时 隔膜电极分原电池式隔膜电极和极谱式隔膜电极。
四、浊度检测仪表
1 浊度测定与控制的意义
给水排水工程中，在评价水源、选择处理方法、生产过程 控制和水质检验等各方面都需要对浊度做严格和精密的测 量。 浊度的高低直接关系到供水水质，据有关医学数据统计表 明，出厂水的浊度降低，水中的细菌也按比例下降，特别 是需要高余氯才能灭活的病毒在相当程度上是随着浊度的 降低而降低的。
二、电导率检测仪表
由于电解质在水溶液中以带电离于的形式存在，因此溶液 具有导电的性质，其导电能力的强弱称为电导度，简称为 电导。 水的电导率：电流通过横截面积各为1cm2相距1cm的两电 极之间水样的电导。 作用：测定水和溶液的电导，可以了解水被杂质污染的程 度和溶液中所含盐分或其它离子的量。
3）氧化还原电位滴定法：水样被自动输入到检测水槽，与 硫酸溶液、硫酸银溶液及高锰酸钾溶液经自动计量后，被 输入至氧化还原反应槽，水浴温度调节到沸点，反应 30min，准确注入10ml草酸标准溶液，终止氧化反应。过 量的草酸以高锰酸钾回滴，用电位计确定反应终点，求出 高锰酸钾的消耗量，换算为COD值。 4）恒电流库仑分析法：首先让水样与0.05mol/l的高锰酸钾 混合后在沸水浴中反应30min，在反应终了的溶液中加入 Fe3＋，将恒电流电解产生的Fe2＋作为库仑滴定剂，与溶液 中剩余的高锰酸钾反应，当反应达到终点时，电解停止。 由消耗的电量，最终换算为COD值。
三、溶解氧检测仪表
1 测定方法及原理 ＋ － （1） 氧电极法 氧电极对氧活度的测定是基于电 流的测量。 包含一个阴极与一个阳极的氧电 壳体 极由一种电解质传导连接。加在阳极 银丝阳极 与阴极之间的适宜的极化电位在阴极 上选择性地将氧还原。 KCl溶液 阴极：O2+2H2O+4e == 4OH－ 黄金阴极 阳极: 4Ag+4C1－ == 4AgC1↓+4e 薄膜 化学反应产生一个与氧浓度成正比 的电流。 图2.5 溶解氧电极结构
图2.3 复合pH电极结构
3 pH测量仪器