一种颗粒污泥强度测定仪及测定方法技术

本发明专利技术颗粒污泥强度测定仪及测定方法，特征是步进电机轴的转动经导向台转化为由传动杆、压力传感器、活塞传动杆和活塞的向下运动，活塞挤压样品桶中的污泥颗粒；污泥颗粒发生形变对活塞产生压力，经活塞传动杆传给压力传感器转变为模拟信号，送到数据采集控制器转化为数字信号、并连同根据步进电机的转数确定的行程数据一起，由单片机传送到计算机对数据进行记录和处理；计算机将活塞所受到的压力对活塞推进距离作图得到压力曲线；颗粒破碎时压力曲线的拐点上污泥颗粒承受的压强即为颗粒的强度。本发明专利技术测定仪结构简单、操作方便、测量精度高，可测定单个或多个颗粒的强度，并可用于含水颗粒或其他颗粒的强度测定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于颗粒强度分析测试
，特别涉及废水生物处理过程中形成的颗粒 污泥压碎强度的测定仪及测定方法。
技术介绍
在废水处理领域，微生物聚集形成的颗粒(常称作颗粒污泥)的强度通常比较低， 并且含有大量的水分。中国专利授权公告号CN2133839Y和CN2272579Y所公布的"颗粒强 度测定仪"和"智能颗粒强度试验机"由于将待测颗粒直接置于压力传感器上方进行测 定，因此无法测定特定环境(如水溶液)中的颗粒的强度；由于待测颗粒在破碎过程中 缺乏防护，在测定固体颗粒时往往会碎片四溅，对周围环境造成污染并存在潜在的安全 问题。中国专利授权公告号CN2682407Y所公布的"一种颗粒强度试验装置"采用单独 的加压系统对颗粒进行加压，且需要位移传感器，结构较复杂。目前还未见到能比较适 合测定颗粒污泥这类含水颗粒强度的仪器的报道。
技术实现思路
本专利技术提出，以改进现有颗粒强度测定设备的 不足之处，实现自动测定颗粒的强度，并可对多个颗粒同时测定。本专利技术的颗粒污泥强度测定仪，其特征在于将背板2垂直固定在水平底座1上，步进电机3轴心向下地固定于背板2的上部；将步进电机3的轴与导向台5的丝杠7用联轴器4 连接固定在同一轴线上；该导向台5由丝杠7和与其平行的导轨6、以及沿导轨6运动的平 移块8构成，平移块8的两侧滑动式地镶嵌在与丝杠7平行的导轨6内，丝杠7穿过中轴孔 内有匹配内螺纹的平移块8;将传动杆9保持竖直向下，其上端固定在导向台5的平移块8 上，其下端与压力传感器10的上端相固定；压力传感器10的下端与活塞连接杆11上端连 接，压力传感器10的信号输出端与数据采集控制器15的模拟信号输入接线端19相连接； 样品桶13为内径大于活塞12直径的上端开口、下端封底的桶；样品桶13的上部外侧设有 螺纹以旋入或旋出样品桶支架24;活塞12与样品桶13同轴；样品桶支架24在到底座1的 距离高于样品桶13高度的位置垂直固定于背板2上，样品桶支架24具有内螺纹，其轴心 与活塞12的轴心在一条直线上，并与样品桶13上端部的外侧螺纹相匹配；数据采集控制 器15包括单片机17、模数转换芯片18、步进电机驱动器20和计算机通信芯片22组成模 数转换芯片18的输入和输出分别与压力传感器10的模拟信号输入接线端19和单片机17相连，步进电机驱动器20的输入与输出分别与单片机17和步进电机3相连，数据采集控 制器15由其单片机17通过计算机通信芯片22与计算机16通过串口 、并口或USB接口的接 线端(23)相连接。本专利技术的颗粒污泥强度的测定方法，其特征在于首先将待测污泥颗粒14置于样品 桶13内，数据采集控制器15通过单片机17控制步进电机驱动器20驱动步进电机3转动； 步进电机3轴的转动经导向台5转化为由传动杆9、压力传感器IO、活塞传动杆ll和活塞 12的向下运动，从而使活塞12挤压样品桶13中的污泥颗粒14;污泥颗粒14受挤压后发生 形变，对活塞12产生压力，此压力经活塞12和活塞传动杆11传递给压力传感器10，压力 传感器10将压力转变为模拟信号传送到数据釆集控制器15，数据采集控制器15将所接收 到的模拟信号转化为数字信号、并连同根据步进电机3的转数确定的行程数据一起通过 单片机17传送到计算机16;活塞12继续向下推进导致污泥颗粒14形变越来越大，压力传 感器10感应的压力也越来越大，直至污泥颗粒破裂；污泥颗粒破碎后，活塞12继续前进 抵触样品桶13的底部，单片机17根据此时压力突然升高控制活塞12的返回；由计算机16 将活塞所受到的压力对活塞推进距离作图，得到压力曲线；根据颗粒破碎时压力曲线的 拐点，此时污泥颗粒承受的压强即为颗粒的强度，由公式P:F/S确定污泥颗粒强度的大 小，式中S为颗粒的横截面积，P为污泥颗粒强度。由于本专利技术的颗粒污泥强度测定仪采用样品桶，污泥颗粒破碎过程在样品桶中进行，因此可以将待测颗粒连同溶液一起放入样品桶中进行测定，并且可以在样品桶中同 时放入多个颗粒来测定，求其平均值，从而可测得更准确；克服了现有技术因传感器置 于底部而带来的不能测定含水颗粒并且只能测单个颗粒的缺点；并且本专利技术测定过程中 由于污泥颗粒破碎碎片和溶液均保留在样品桶中，不会四溅，具有安全，方便，快速测 定含水污泥颗粒强度的优点。由于本专利技术由导向台将步进电机3的转动角度精确转化为活塞的移动距离，克服了 现有技术CN2682407Y需要额外的位移传感器的缺点，具有成本较低，加压速度可调， 并可实现加压活塞触底自动返回的优点。由于本专利技术可通过计算机程序控制测定过程，克服了传统的测试装置(如技术 CN 2133839Y和CN2272579Y)其测试过程需要人工干预，操作麻烦的缺点，具有自动化 程度高、数据存储量大、数据处理快速、结果重现性好的优点。本专利技术的颗粒污泥强度测定仪构造简单，节约空间，成本较低，除可用来测定颗粒污泥强度外，也可用于测定其他颗粒的强度，便于在更多的领域推广应用。 附图说明图l是本专利技术颗粒污泥强度测定仪的结构原理示意图。图2是本专利技术颗粒污泥强度测定仪中的数据采集控制器15中各部件的配置关系示意图。图3是本专利技术颗粒污泥强度测定仪的计算机颗粒强度测定程序框图。 图4是颗粒污泥强度测定过程中得到的颗粒污泥受力曲线图。 图5是本专利技术颗粒污泥强度测定仪中数据采集控制器15的电路图。 具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术所述的测定方法作进一步的描述。 实施例l:本实施例中的步进电机采用常州双杰75BC340A型步进电机和SJ-3F075型步进电机 驱动器；导向台采用的是北京卓立汉光ASM-125型导向台；压力传感器采用的是蚌埠大 江传感器厂DDB4型力传感器；先按照图l所示的本专利技术的颗粒强度测定仪的结构原理示 意图组装本实施例的颗粒强度测定仪如下将背板2垂直固定在水平底座1上，自上而下 将步进电机3与导向台5用螺钉固定于背板2上，使步进电机3的轴与导向台5的丝杠的轴 心处于同一条直线上用联轴器4连接，步进电机3的电源线与数据采集控制器15中的步进 电机接线端子21连接；传动杆9的上端部采用外螺纹与导向台5的平移块8—端的内螺纹 相互固定，将压力传感器10的上端用螺丝与传动杆9的下端固定，压力传感器10的下端 固定在连接杆ll的上端；将样品桶支架24保持水平并使其距水平底座1的高度高于样品 桶13高度，用螺钉垂直固定在背板2上；样品桶支架24设有内螺纹，该内螺纹轴心与活 塞和连接杆ll的轴心保持在同一直线上；使样品桶支架24的内螺纹与样品桶13上端的外 螺纹相匹配，将样品桶13旋入样品桶支架24。本专利技术颗粒污泥强度测定仪中的数据釆集控制器15中各部件的配置关系如图2所 示，本实施例中的数据采集控制器15由单片机17 (Atmel89C51)，数模转换芯片18 (如 AD1674)，串口通信芯片22 (如MAX232)和步进电机控制器20组成，数模转换芯片18、 串口通信芯片22和步进电机控制器20均与单片机17连接；数据采集控制器15的模拟信号 输入端接线端子19与压力传感器10的信号输出端相连接；数据采集控制器15的步进电机 接线端子21与步进电机3连接，数据采集控制器15的计算机串口接线端子23通过串口线与计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒污泥强度测定仪，其特征在于：将背板（２）垂直固定在水平底座（１）上，步进电机（３）轴心向下地固定于背板（２）的上部；将步进电机（３）的轴与导向台（５）的丝杠（７）用联轴器（４）连接固定在同一轴线上；该导向台（５）由丝杠（７）和与其平行的导轨（６）、以及沿导轨（６）运动的平移块（８）构成，平移块（８）的两侧滑动式地镶嵌在与丝杠（７）平行的导轨（６）内，丝杠（７）穿过中轴孔内有匹配内螺纹的平移块（８）；将传动杆（９）保持竖直向下，其上端固定在导向台（５）的平移块（８）上，其下端与压力传感器（１０）的上端相固定；压力传感器（１０）的下端与活塞连接杆（１１）上端连接，压力传感器（１０）的信号输出端与数据采集控制器（１５）的模拟信号输入接线端（１９）相连接；样品桶（１３）为内径大于活塞（１２）直径的上端开口、下端封底的桶；样品桶（１３）的上部外侧设有螺纹以旋入或旋出样品桶支架（２４）；活塞（１２）与样品桶（１３）同轴；样品桶支架（２４）在到底座（１）的距离高于样品桶（１３）高度的位置垂直固定于背板（２）上，样品桶支架（２４）具有内螺纹，其轴心与活塞（１２）的轴心在一条直线上，并与样品桶（１３）上端部的外侧螺纹相匹配；数据采集控制器（１５）包括单片机（１７）、模数转换芯片（１８）、步进电机驱动器（２０）和计算机通信芯片（２２）组成：模数转换芯片（１８）的输入和输出分别与压力传感器模拟信号输入接线端（１９）和单片机（１７）相连，步进电机驱动器（２０）的输入与输出分别与单片机（１７）和步进电机（３）相连，数据采集控制器（１５）由其单片机（１７）通过计算机通信芯片（２２）与计算机接线端（２３）相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞汉青，郑煜铭，赵全保，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]