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水文水质监控

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无线传输水质传感器溶解氧极谱法采集

关键词：水质RS485接口,MODBUS-RTU协议,传感器溶解氧，水质监测
●量程：0-20mg/L
●离子分辨率：0.01mg/L
●检测下限：0.02mg/L
●输出信号：485/4-20mA/0-10V
●温度范围：-10 - 60℃
●重复性：±4%
●产品尺寸：110×85×44mm3
●探头尺寸：155mm*12mm（长度*直径）
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产品简介
溶解氧在线分析仪是一款智能在线化学分析仪器之一，是一款广泛应用于火电、化工化肥、冶金、环保、制药、生化、食品和自来水等溶液中溶解氧、饱和度、氧分压和温度的连续监测。
本产品采用极普法溶解氧探头，传感器产品稳定，性能优良，连续监测数据通过变送输出连接记录仪实现远传监控与记录，也可以连接RS485接口通过MODBUS-RTU协议可方便联入计算机实现监控与记录。
    本产品配合防水外壳，将水溶液的信号经过数字化整定分析，转换为标准的485/4-20mA/0-10V的信号。产品一次成型无需标定，上手即可使用。
功能特点
本产品探头使用的是经典的极谱式薄膜电极，极谱法电机以其灵敏度高、响应时间快、结构简单、操作方便及可持续在线监测等优点获得了广泛的应用。
极谱法电机以铂丝作阴极即检测电极，银环作阳极，聚四氟乙烯( PTFE) 膜作防水透气膜，隔离待检测对象与检测系统，同时允许氧分子扩散通过，PTFE 膜内部充满电解液，构成一个对氧敏感的电解池。
主要参数
参数名称 参数内容
直流供电 9-24V DC
耗电 ≤0.15W（@12V DC , 25℃）
测量精度 3%F.s
量程 0-20mg/L
离子分辨率 0.01mg/L
检测下限 0.02mg/L
输出信号 485/4-20mA/0-10V
温度范围 -10 - 60℃
重复性 ±4%
产品尺寸 110×85×44mm3
探头尺寸 155mm*12mm（长度*直径）
 
系统框架图
485接口框架图
本传感器可以连接单独使用，首先使用12V直流电源供电，设备可以直接连接带有485接口的PLC，可以通过485接口芯片连接单片机。通过后文指定的modbus协议对单片机和PLC进行编程即可配合传感器使用。同时使用USB转485即可与电脑连接，使用我公司提供的传感器配置工具进行配置和测试。
本产品也可以多个传感器组合在一条485总线使用，在进行485总线组合时请遵守“485总线现场接线守则”（见附录）。理论上一条总线可以接16个以上的485传感器，如果需要接更多的485传感器，可以使用485中继器扩充更多的485设备，另一端接入带有485接口的PLC、通过485接口芯片连接单片机，或者使用USB转485即可与电脑连接，使用我公司提供的传感器配置工具进行配置和测试。
模拟量接口框架图
模拟量接口可以直接连接PLC数据模块，或者交由单片机对信号做处理，具体可以见下图：
 
硬件连接
设备安装前检查
    安装设备前请检查设备清单：
名称 数量
溶解氧变送器设备 1台
12V防水电源 1台（选配）
保修卡/合格证 1份
 
接口说明
电源接口为宽电压电源输入12-24V均可。产品注意信号线正负，不要将信号线的正负接反。
 
 
    485接口传感器接线方式：
  线色 说明
电源 棕色 电源正(12-24VDC)
黑色 电源负
通信 黄(灰)色 485-A
蓝色 485-B
 
 
模拟量接口传感器接线方式：
  线色 说明
电源 棕色 电源正(12-24VDC)
黑色 电源负
通信 黄(灰)色 电压/电流输出正
蓝色 电压/电流输出负
 
出厂默认提供0.6米长线材，客户可根据需要按需延长线材或者顺次接线。
安装说明
本仪表是壁挂式。请安装在墙壁上，尽量避开风雨和太阳直射。为了防止本仪表内部温度上升，请安装在通风良好的地方。安装本仪表时请不要左右倾斜，尽量水平安装。
电极是非常精密的组件，必须使用正确的安装方式，错误的安装方式会导致电极损坏或者不可逆的受损。电极采用管道安装.浸入式.法兰安装均可。
请不要把电极直接投入水中，应选择电极安装支架或流通杯固定。安装前请务必使用生料带（3/4螺纹处）做好防水封闭工作，避免水进入电极中，造成电极电缆线短路。
停水期间，要确保电极浸泡在被测液中或戴上内装保护液的保护帽，冬季温度低长期停水要加防冻装置或收回室内加水存放。否则会缩短使用寿命。
 
485接口通信协议
通讯基本参数
参数 内容
编码 8 位二进制
数据位 8位
奇偶校验位 无
停止位 1位
错误校准 CRC冗长循环码
波特率 2400bps/4800bps/9600 bps 可设,出厂默认为 9600bps
编码 8 位二进制
 
数据帧格式定义
采用 Modbus-RTU 通询规约，格式如下：
初始结构>=4字节的时间
地址码= 1字节
功能码= 1字节
数据区= N字节
错误校验= 16位 CRC 码
结束结构>=4字节的时间
地址码：为变送器的地址，在通询网络中是唯一的（出厂默认0x01）。
功能码：主机所发指令功能提示，本变送器只用到功能码 0x03（读取存器数据）。
数据区：数据区是具体通询数区，注意 16bits 数据高字节在前
CRC 码：二字节的校验码。
问询帧
地址码 功能码 寄存器起始地址 寄存器长度 校验码低位 校验码高位
1字节 1字节 2字节 2字节 1字节 1字节
 
应答帧
地址码 功能码 有效字节数 数据一区 第二数据区 第N数据区
1字节 1字节 1字节 2字节 2字节 2字节
 
寄存器地址
寄存器地址 PLC组态地址 内容 操作
0001H 40002 温度(单位0.1℃) 只读
0002H 40003 溶解氧（单位0.01mg/L） 只读
0100H 40101 设备地址(0-252) 读写
0101H 40102 波特率(2400/4800/9600) 读写
 
通讯协议示例以及解释
    读取设备地址0x01的溶解氧值
    问询帧
地址码 功能码 起始地址 数据长度 校验码低位 校验码高位
0x01 0x03 0x00,0x02 0x00,0x01 0x25 0xCA
 
    应答帧(例如读到溶解氧值为1.89mg/L)
地址码 功能码 有效字节数 溶解氧值 校验码
低位		 校验码
高位
0x01 0x03 0x02 0x00 0xBD 0x78 0x35
 
溶解氧：
00BD H(十六进制)=189=>溶解氧=1.89mg/L
读取设备地址0x01的温度值
问询帧
地址码 功能码 起始地址 数据长度 校验码低位 校验码高位
0x01 0x03 0x00,0x01 0x00,0x01 0xd5 0xca
 
应答帧
地址码 功能码 有效字节数 温度值 校验码
低位		 校验码
高位
0x01 0x03 0x02 0x00
0xAF		 0xDB 0xBF
 
温度：
00AF H(十六进制)=175=>温度=17.5℃
读取设备地址0x01温度、溶解氧浓度值
问询帧
地址码 功能码 起始地址 数据长度 校验码低位 校验码高位
0x01 0x03 0x00,0x01 0x00,0x02 0x95 0xCB
 
 
应答帧
地址码 功能码 有效字节数 温度值 溶解氧值 校验码
低位		 校验码
高位
0x01 0x03 0x04 0x01
0x1b		 0x00
0x28		 0xDB 0xBF
 
温度：
011B H(十六进制)=283=>温度=28.3℃
溶解氧：
0028 H(十六进制)=40=>溶解氧=0.40mg/L
 
模拟量接线说明
模拟量型传感器接线简单，只需要将线与设备的指定端口连接即可。设备支持3/4线制接线方式。
典型四线制接线方式
如下图所示为电流型传感器接线方式，将传感器的电源线(棕线与黑线)接入电源；传感器的黄(灰)色线为信号正接入采集设备的信号正，电流流向为传感器到采集设备；传感器的蓝色线为信号正接入电流采集设备的信号负，电流流向为采集设备到传感器；
如下图所示为电压型传感器接线方式，将传感器的电源线(棕线与黑线)接入电源；传感器的黄(灰)色线为信号正接入采集设备的信号正，黄(灰)线的电压为输出电压；传感器的蓝色线为信号正接入电压采集设备的信号负，蓝线的电压为参考电压，与黑线电压一致为0V。
典型三线制接线方式
对于典型的三线制接线，相较于四线制接线方式，省略蓝线即可，在传感器中蓝线与黑线在传感器中短路，因此可以省略蓝线。
对于三线制电流接线方式，将传感器的电源线(棕线与黑线)接入电源后，只需要将传感器的黄(灰)色线为信号正接入电流采集设备的信号正即可。
对于三线制电压接线方式，将传感器的电源线(棕线与黑线)接入电源后，只需要将传感器的黄(灰)色线为信号正接入电压采集设备的信号正即可。
模拟量参数含义与换算
模拟量4-20mA电流输出
电流值 溶解氧
4mA 0
20mA 满量程
 
    计算公式为P(溶解氧)=(I(电流)-4mA)*满量程/16mA
    其中I的单位为mA。以4mA代表0点，20mA代表最大量程线性换算即可。
模拟量0-10V电压输出
电压值 溶解氧
0V 0
10V 满量程
 
    计算公式为P(溶解氧)=V(电压) *满量程/5000mV
    其中V的单位为mV,请以0V代表0点，10V代表最大量程线性换算即可。
模拟量0-5V电压输出
电压值 溶解氧
0V 0
5V 满量程
 
    计算公式为P(溶解氧)=V(电压) *满量程/10000mV
    其中V的单位为mV,请以0V代表0点，10V代表最大量程线性换算即可。
 
溶解氧相关国标参数
附表数据来自HJ506——2009国家环境保护标准
 
温度
/
℃		 在标准大气压(101.325kPa)下
氧的溶解度
(mg/L)		 水中含盐量
每增加1g/Kg时
溶解氧的修正值
[(mg/L)/(g/Kg)]		  
温度
/
℃		 在标准大气压(101.325kPa)下
氧的溶解度
(mg/L)		 水中含盐量
每增加1g/Kg时
溶解氧的修正值
[(mg/L)/(g/Kg)]
0 14.62 0.0875 21 8.91 0.0464
1 14.22 0.0843 22 8.74 0.0453
2 13.83 0.0818 23 8.58 0.0443
3 13.46 0.0789 24 8.42 0.0432
4 13.11 0.0760 25 8.26 0.0421
5 12.77 0.0739 26 8.11 0.0407
6 12.45 0.0714 27 7.97 0.0400
7 12.14 0.0693 28 7.83 0.0389
8 11.84 0.0671 29 7.69 0.0382
9 11.56 0.0650 30 7.56 0.0371
10 11.29 0.0632 31 7.43 0.0364
11 11.03 0.0614 32 7.30 0.0354
12 10.78 0.0593 33 7.18 0.0348
13 10.54 0.0582 34 7.07 0.0338
14 10.31 0.0561 35 6.95 0.0332
15 10.08 0.0545 36 6.84 0.0322
16 9.87 0.0532 37 6.73 0.0316
17 9.66 0.0514 38 6.63 0.0306
18 9.47 0.0500 39 6.53 0.0300
19 9.28 0.0489 40 6.43 0.0291
20 9.09 0.0475      
 
 
氧的溶解度和含盐量的函数关系
电导率/
(mS/cm)		 水中含盐量/
(g/Kg)		 电导率/
(mS/cm)		 水中含盐量/
(g/Kg)		 电导率/
(mS/cm)		 水中含盐量/
(g/Kg)
5 3 20 13 35 25
6 4 21 14 36 25
7 4 22 15 37 26
8 5 23 15 38 27
9 6 24 16 39 28
10 6 25 17 40 29
11 7 26 18 42 30
12 8 27 18 44 32
13 8 28 19 46 33
14 9 29 20 48 35
15 10 30 21 50 37
16 10 31 22 52 38
17 11 32 22 54 40
18 12 33 23    
19 13 34 24    
 
表3 饱和水蒸气压力和温度的函数关系
温度/
℃		 饱和水蒸气的压力/
hPa		 温度/
℃		 饱和水蒸气的压力/
hPa		 温度/
℃		 饱和水蒸气的压力/
hPa
0 6.1 15 17.1 30 50.2
1 6.6 16 18.1 31 53.2
2 7.1 17 19.3 32 56.2
3 7.6 18 20.7 33 59.4
4 8.1 19 22.0 34 62.8
5 8.7 20 28.1 35 66.2
6 9.3 21 29.9 36 69.8
7 10.0 22 31.7 37 73.4
8 10.7 23 33.6 38 77.2
9 11.5 24 35.6 39 81.0
10 12.3 25 37.7 40 85.0
11 13.1 26 40.0    
12 14.0 27 42.4    
13 14.9 28 44.9    
14 16.0 29 47.6    
海拔高度h
/
m		 平均大气压力p/
hPa		 海拔高度h
/
m		 平均大气压力p/
hPa		 海拔高度h
/
m		 平均大气压力p/
hPa
0 1013 1900 799 3800 630
100 1001 2000 789 3900 622
200 988 2100 779 4000 614
300 976 2200 769 4100 607
400 964 2300 760 4200 599
500 952 2400 750 4300 592
600 940 2500 741 4400 584
700 928 2600 732 4500 577
800 917 2700 723 4600 570
900 905 2800 714 4700 563
1000 894 2900 705 4800 556
1100 883 3000 696 4900 549
1200 872 3100 687 5000 542
1300 861 3200 679 5100 535
1400 850 3300 670 5200 529
1500 840 3400 662 5300 522
1600 829 3500 654 5400 516
1700 819 3600 646 5500 509
1800 809 3700 638    
 

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