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出的污泥的特點。根據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部各生產廠以及多家公司外部企業的污水處理任務。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出的污泥進行稱重測量。

2 存在的問題

現在用于對粉狀、顆粒狀和小塊狀等松散物料稱重的專用設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、易結塊的特點，以上兩類設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運行的一般參數，不是用來進行貿易結算的重要參數，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境一般非常差，潮濕、腐蝕是該環境的基本特點。因此，污泥稱重儀必需要防水、耐腐蝕，能在惡劣環境中長期連續穩定運行。

3.2 污泥稱重儀的構成

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。在底板滑動過程中，稱量斗內的污泥在重力的作用下可自由落下。污泥稱重單元的結構如下圖。

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閉的。隨著污泥數量的不斷增多，當右側稱量斗的重量超過左側稱量配重的重量時，平衡底座向右側傾斜，碰觸位置開關使位置開關觸點閉合。

當位置開關觸點閉合時，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，左側稱量配重的重量又超過了右側稱量斗的重量，因此平衡底座向左側傾斜，位置開關觸點斷開。稱重斗的底板在控制氣缸的作用下關閉，到此為止已經完成了一次完整的稱重過程。

通過調整稱量配重的重量來調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構簡單、制作成本低。主要部件包括位置開關、自鎖繼電器、計時繼電器、電磁閥、計數器各一個。繼電器型控制計量單元可實現污泥稱重儀的基本控制計量功能，計數器顯示的是污泥稱重儀稱量的次數，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。當位置開關觸點閉合時，觸發自鎖繼電器得電，然后計時繼電器開始計時，電磁閥得電，計數器增加“1”。當計時繼電器達到設定的時間后，自鎖繼電器、電磁閥失電，完成一次稱量控制和計量過程。計時繼電器的設定時間為稱量斗底板由全關到全開的行程時間。

（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、PLC控制器、電磁閥各一個。PLC型控制計量單元不但可實現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。當位置開關觸點閉合時，由PLC的DI輸入模塊采集開關的狀態，然后觸發計時模塊（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，計數器累加模塊增加“1”。當計時模塊（t1）達到設定的時間后，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觸點狀態再次閉合時停止計時。計時模塊（t1）的設定時間為稱量斗底板由全關到全開的行程時間，計時模塊（t2）所測量的時間為稱量斗底板全關時所經歷的時間。

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，還與污泥在稱量斗中的分布有關。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 位置開關的影響。位置開關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用作位置開關。

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

4.2 系統誤差

污泥稱重儀的系統誤差主要來自稱量斗底板打開期間，經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誤差的修正過程。

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

假設一次稱量斗稱量的污泥重量為：a

則污泥單位時間內的平均量為：a÷t2

在t1時間內未經稱量的污泥重量為：（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）

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

5 結束語

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