斜口矩形套管流量积算装置的研制

　　1　套管的组成及其水力计算

　　本装置包括现场套管和室内主机两部分,套管结构形式如图1所示,包括斜口管,后置节流闸,测压口等。套管测压口开孔处装有微型探头,通过四芯电缆线穿PVC管与主机相连。

　　按图1,通过矩形套管的流量为:

　　式中:Q—管内过流量,m³/s;

　　A₂—测压断面2-2的截面积,m²;

　　Z_K—上游水位与测压管水位之差,m;

　　μ—流量系数;

　　令为综合系数,则有:

　　由于流量系数μ所涉及的影响因素均为稳定性不变系数,因而其流量计算精度较高。

　　2　电量信号的获取

　　为将上游水位和测压管水位之差转变成电量信号,在测压管与套管交界处装上特制的压差—电量转换探头,上测面与上游水位(h₁)连通,下端面与圆管内测压点连通,使作用水头h₁和h₂以压力形式作用在探头内敏感元件的上、下两面,产生压差,从而使扩散电阻的阻值发生变化(电阻值与压差值产生对应的变化)。

　　在敏感元件周围沿着晶面的两个相互垂直的晶轴,分别布置了两个切向和两个径向电阻,并将四个电阻接成全桥,这样既提高了灵敏度,又实现了自动温度补偿。

　　3　主机电路的工作原理

　　主机由前置信号处理、开方运算、压控频率转换、系数预置、计数显示等电路组成。其中,前置信号处理包括信号输入、二阶有源滤波器和越限判别等电路。

　　3.1　前置信号处理电路

　　3.3.1　信号输入电路

　　信号输入电路将探头输出的弱信号放大,变换成可供后续电路工作的模拟量,设计时采用高精度低漂移双运放OP-10CY组成高输入阻抗电路。如图2所示,在接线方式上将A点接成电阻分压网络,调整W1的阻值,改变A点的电位,即可实现放大电路零点的调整。电路中C1为积分电容,用来改善动态性能。R_1-1、R_1-2采用匹配精度较好的片状集成电阻。

　　3.1.2　二阶有源低通滤波器和越限判别电路

　　在信号输入电路与开方运算电路之间设有二阶有源低通滤波器和越限判别电路,原理图如图3所示。

　　图中LM308为单位增益放大器,构成二阶有源低通滤波器,其作用是对输入电路输出的模拟量Ua进行“净化”。图中两片2TL082组成一个窗口比较器,当前置放大器的输出幅度在±5伏之间时,IC4或IC5必有一只输出低电平,于是D1或D2导通,B端输出低电平,送入后续电路,以保证开方运算电路输入端不受过电压作用。此外,在探头内还设有限位保护机构(机械式),以免受偶然水击压力作用使探头内硅杯过量变形而损坏探头。