一种渠式流量测量系统的研究与开发

　　0　引言

　　随着社会的不断发展,环保已受到世界各国普遍关注。而对工业废水的监测和处理则显得尤为重要。这里所介绍的流量测量系统可用于废水排放的监测和废水处理的计量,它具有如下一些优点:由于采用了卡发基水槽,适于大流量计量;采用了封闭式仪表箱,在室外环境下工作可靠、寿命长;信号具有联网功能,可实现远距离监测。

　　1　仪器结构和工作原理

　　图1为系统的总体结构示意图。

　　图中, 1是水渠。2是卡发基量水槽,它作为一次敏感器件被安放在水渠中,水槽中有一个最狭窄部分,不同流量的水流通过时引起上层水面高度h1的变化。3是浮子杠杆,浮子随水面高度变化而造成杠杆转角的变化。4是角度传感器,它将杠杆转角转换成相应的电压量。电压信号经电缆传送到仪表箱内,利用单片机进行信号处理并可把数据经RS-232上传给PC机进而实现分布式监测。

　　为了对系统的工作原理有进一步的理解,下面重点介绍一下它的两个重要组成部分:卡发基槽和液位传感器。

　　(1)卡发基槽

　　它是德国学者Khafagi 1942年在苏黎士工业大学做研究时发明的。形状和尺寸见图2。它的各部分尺寸由排放量Q来选择确定。(参见文献[4])可以选用玻璃钢材料。流入量水槽的水在收缩部位加速成为临界流,使上流侧水位升高并随流量而变化,流量和水位的关系式为:

式中:Q-流量;

　　C-流量系数,常量,其大小与槽的几何尺寸有关。(参见文献[3]);h1-上层水面的高度。

　　(2)液位传感器

　　图3是液位传感器的形状结构及其安装示意图。它由两部分组成:第一部分是浮子杠杆,第二部分是安装在机壳内的磁阻角度传感器。水位变化后,杠杆的角度α产生了相应的变化。这一变化由磁阻式角度传感器来探测。(α的安装初始值约为30°)磁阻式角度传感器的工作原理如图4所示。

　　它由一个可动磁铁和两个半圆形磁敏电阻元件组成。在流量测量系统中,可动磁铁的转轴与浮子杠杆的转轴相互连在一起。

　　当浮子杠杆带这可动磁铁转动时,便改变了左右两个半圆形磁阻的阻抗。若两个磁阻元件的阻抗分别是MR1和MR2,外接直流电压为U,输出电压为Uout,则有:

　　而且该传感器有100o的线形范围(参见文献[2]),可满足测量要求。

　　2　硬件组成及功能概述

　　图5是电路原理图。

　　流量测量系统的主要功能是对流量的相应信号进行采集、实时计算并显示出被测水流的瞬时流量和累计流量,并可人工设定水费单价对水量进行计价和显示。系统选用ADC0809对角度传感器的输出信号进行模数转换,并在输入通道中采用RC型滤波电路以滤除水流的表面波动信号对测量结果的影响。为了能够实时掌握系统的运行状态和运行结果,设置了两组双功能数码显示器: 4位用于对水费单价和瞬时流量的显示。6位用来对总费用和累计流量进行显示。至于显示的数据类别由相应的指示灯指示。