專利名稱：非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種明渠污水流量計(jì)，屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)用電子測(cè)控裝備，具體說是一種非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)。
明渠污水流量的測(cè)量是環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一，目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用的測(cè)量方法是基于堰槽上游水位與流量呈單值關(guān)系的原理，即流量與水位存在一定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，通過測(cè)量堰槽上游水位，經(jīng)過計(jì)算即可得到污水流量，因此，明渠污水流量計(jì)實(shí)際上是帶有計(jì)算功能的水位計(jì)，在本實(shí)用新型作出以前測(cè)量水位的方法有兩種形式超聲波式和壓力傳感器式。前者屬于非接觸測(cè)量，由于堰槽上游水面波動(dòng)、雜物、溫度等因素對(duì)超聲波的反射及傳播速度有很大影響，導(dǎo)致液位測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，因此，在實(shí)際中使用較少。
后者屬于采用靜壓法測(cè)量水位的壓力式流量計(jì)，是將壓力傳感器置于與堰槽上游水體連通的“靜水井”底部，以測(cè)量靜水井的水位等效于測(cè)量堰槽上游水位，這種方法由于壓力的測(cè)量比較直接，價(jià)格也相對(duì)低廉，因此，獲得了推廣。這種方法同樣存在著不可忽視的弊病，因?yàn)?，?duì)于絕大多數(shù)污水而言，都具有一定的腐蝕性，傳感器置于水中，受污水腐蝕，使用壽命短，需頻繁更換壓力傳感器，維護(hù)費(fèi)用高，給用戶增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并帶來不便，對(duì)此用戶反響很大。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的弊端而提供一種非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，采用的差壓傳感器置于堰槽之外進(jìn)行測(cè)量，可根除因壓力傳感器置于水中易受污水腐蝕的弊病，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命，減少頻繁更換壓力傳感器給用戶造成的不便，減輕用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，且操作使用方便。
本發(fā)明的技術(shù)路線是利用吹氣等壓原理測(cè)出檢測(cè)點(diǎn)的水底壓力的差壓信號(hào)，并送至置于堰槽之外的差壓傳感器輸入端，間接測(cè)壓，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算得到水位深度和污水流量。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，包括水位感測(cè)單元、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、操作鍵盤、顯示屏、為電控部分提供工作電壓的電源、用于安裝各種元、器件的箱體，其特征在于水位感測(cè)單元是一個(gè)氣控組合，其中，作為水位探頭用的測(cè)量管的一端透孔，另外一端與一氣管密封連接，氣管的另外一端與氣體緩沖裝置的一出氣端連接，氣體緩沖裝置的進(jìn)氣端與流量傳感器的出氣端用氣管連接，流量傳感器的進(jìn)氣端與微型氣泵的出氣口用氣管連接，流量傳感器的電信號(hào)輸出端通過導(dǎo)線與流量測(cè)控單元的信號(hào)輸入端連接，流量測(cè)控單元的輸出與微型氣泵的輸入相連，氣體緩沖裝置的另一出氣端與差壓傳感器的正壓氣嘴用氣管連接，差壓傳感器的負(fù)壓氣嘴接大氣，差壓傳感器的電信號(hào)輸出端用導(dǎo)線連接到前置放大器的輸入端，前置放大器的輸出電信號(hào)連接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端口。
所述的流量測(cè)控單元，含PID調(diào)節(jié)電路和電壓調(diào)節(jié)電路，PID調(diào)節(jié)電路的信號(hào)輸入端與流量傳感器的電信號(hào)輸出端連接，電壓調(diào)節(jié)電路的輸出連接到微型氣泵的電源端口。
所述的前置放大器是具有平滑濾波電路的差動(dòng)放大器。
所述的水位探頭用測(cè)量管安裝在堰槽上方的支架上，其水下的出氣口高出堰槽槽底一定高度，且出氣口背對(duì)水流方向。
所述的計(jì)算機(jī)配置有打印機(jī)接口、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器。
所述的氣體緩沖器、流量傳感器、流量測(cè)控單元、差壓傳感器、前置放大器、微型氣泵連同A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、為電控部分提供工作電壓的電源均安裝在一箱體內(nèi)，顯示屏、操作鍵盤、打印機(jī)接口安裝在該箱體的面板上，箱體的外側(cè)板上安裝有氣路接口、電源進(jìn)線插座，調(diào)制解調(diào)器連線端子。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有許多優(yōu)點(diǎn)和積極效果利用吹氣等壓原理實(shí)現(xiàn)了堰槽上游水位高度的非接觸測(cè)量，排除了污水表面的各種干擾對(duì)測(cè)量精度的影響，避免了傳感器及其連接電纜由于長(zhǎng)期浸泡在污水中的各種弊端，延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命，減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，而且與傳統(tǒng)的接觸式傳感器測(cè)壓法相比，增加的成本極少，易于制造，操作方便。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的原理圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的流量測(cè)控單元的電路圖3是本發(fā)明實(shí)施例的前置放大器的電路圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的箱體外部結(jié)構(gòu)圖；圖5是接觸式傳感器測(cè)壓法的原理圖。
圖5是這種壓力式流量計(jì)的原理圖，水位感測(cè)單元16中的傳感器18直接置于污水明渠堰槽17的底部，傳感器18的供電及輸出導(dǎo)線通過防水電纜與水面上的放大器19和電源14連接，放大器19的輸出信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器7變換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8根據(jù)此數(shù)字信號(hào)及鍵盤12輸入的參數(shù)或命令進(jìn)行計(jì)算、處理，然后將結(jié)果通過打印機(jī)接口9連接的打印機(jī)10、顯示屏13輸出，也可以通過調(diào)制解調(diào)器11經(jīng)市話網(wǎng)接受上位機(jī)發(fā)送來的命令，將測(cè)量結(jié)果和有關(guān)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。這種方法雖然直接，但傳感器18及其連接電纜由于污水的侵襲會(huì)很快損壞。
圖1中水位感測(cè)單元16為本發(fā)明的創(chuàng)新設(shè)計(jì)部分，它是一個(gè)氣控組合，微型氣泵1的出口氣流經(jīng)過流量計(jì)2后，通過氣體緩沖裝置4，一方面進(jìn)入其末端接近堰槽17底部的測(cè)量管15，然后從管的末端逸出氣泡。另一方面進(jìn)入差壓傳感器5，由流體力學(xué)可知，差壓傳感器5感受的壓力由兩部分疊加P=Hγ+vR式中，H-測(cè)量管15的末端至水面的高度，γ-水的比重；v-氣流速度；R-導(dǎo)氣管路的阻力。
由于大氣壓力為定值，系統(tǒng)安裝后管路長(zhǎng)度已成定值，氣流的流速很低且變化較小，壓力損失vR可視為常數(shù)C。實(shí)驗(yàn)證明；當(dāng)吹氣流量在200ml/min-500ml/min范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響微乎其微，所以，裝于儀表內(nèi)的差壓傳感器5的輸出信號(hào)即代表堰槽17底部測(cè)量管15的末端處的壓力，即P=Hγ。當(dāng)水的比重γ=1，壓力P在數(shù)值上就等于水位高度H，從而實(shí)現(xiàn)了差壓傳感器5不放在水中的水位測(cè)量，即非接觸測(cè)壓式明渠污水流量測(cè)量方法。
參見圖1，作為水位探頭用的測(cè)量管15放置于堰槽17的污水中，水下的出氣口背對(duì)水流方向，為了防止淤泥堆積所造成的測(cè)量誤差，下端高出槽底H1。微型氣泵1給氣路部分供氣，流量傳感器2適時(shí)將微型氣泵1吹氣流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，流量測(cè)控單元3將流量傳感器2傳來的電信號(hào)放大，并適時(shí)控制微型氣泵1，使其流量穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。氣體緩沖裝置4連接流量傳感器2、差壓傳感器5、測(cè)量管15，并消除氣泡非連續(xù)冒出對(duì)差壓傳感器5壓造成的干擾。差壓傳感器5的正壓氣嘴接緩沖裝置4，負(fù)壓氣嘴接大氣，適時(shí)監(jiān)測(cè)氣體緩沖裝置4的氣體和大氣之間的壓力差，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。前置放大器6將差壓傳感器5傳來的電信號(hào)放大并經(jīng)過濾波后，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的0-5V線性信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器7。A/D轉(zhuǎn)換器7將傳來的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換并傳入計(jì)算機(jī)8。計(jì)算機(jī)8主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，根據(jù)鍵盤12輸入的指令和信息對(duì)A/D信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將得出的測(cè)量結(jié)果送打印機(jī)10或顯示屏13進(jìn)行打印或顯示，也可以通過調(diào)制解調(diào)器11經(jīng)市話與上位機(jī)進(jìn)行通訊。
參見圖2，放大器A1、A2、A3、A4、A5及其偏置電路組成了所述的PID調(diào)節(jié)器，將流量傳感器2的電信號(hào)進(jìn)行放大后送給電壓調(diào)節(jié)電路，電壓調(diào)節(jié)電路的輸出連接到微型氣泵1的電源端口，通過調(diào)節(jié)供給微型氣泵1電壓的大小來控制氣泵的出氣量。
參見圖3，放大器D2-1、D2-2、D2-3、D2-4及其偏置電路組成了所述的具有平滑濾波電路的差動(dòng)放大器。
本發(fā)明從整機(jī)結(jié)構(gòu)來說，由測(cè)量管15和主機(jī)兩部分組成，參見圖4，主機(jī)部分是一個(gè)箱體21，其內(nèi)部安裝著氣體緩沖器4、流量傳感器2、流量測(cè)控單元3、差壓傳感器5、前置放大器6、微型氣泵1連同A/D轉(zhuǎn)換器7、計(jì)算機(jī)8、調(diào)制解調(diào)器11、為電控部分提供工作電壓的電源14，顯示屏13、操作鍵盤12、打印機(jī)接口9、電源開關(guān)22安裝在該箱體21的面板上，箱體21的外側(cè)安裝有氣路接口25、備用氣路接口24、電源進(jìn)線插座23，調(diào)制解調(diào)器連線端子20，主機(jī)箱體21可以遠(yuǎn)離堰槽17安置。其中，調(diào)制解調(diào)器11、打印機(jī)10為用戶可選項(xiàng)目。
權(quán)利要求
1.一種非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，包括水位感測(cè)單元(16)、A/D轉(zhuǎn)換器(7)、計(jì)算機(jī)(8)、操作鍵盤(12)、顯示屏(13)、為電控部分提供工作電壓的電源(14)、用于安裝各種元、器件的箱體(21)，其特征在于水位感測(cè)單元(16)是一個(gè)氣控組合，其中，作為水位探頭用的測(cè)量管(15)的一端透孔，另外一端與一氣管密封連接，氣管的另外一端與氣體緩沖裝置(4)的一出氣端連接，氣體緩沖裝置(4)的進(jìn)氣端與流量傳感器(2)的出氣端用氣管連接，流量傳感器(2)的進(jìn)氣端與微型氣泵(1)的出氣口用氣管連接，流量傳感器(2)的電信號(hào)輸出端通過導(dǎo)線與流量測(cè)控單元(3)的信號(hào)輸入端連接，流量測(cè)控單元(3)的輸出與微型氣泵(1)的輸入相連，氣體緩沖裝置(4)的另一出氣端與差壓傳感器(5)的正壓氣嘴用氣管連接，差壓傳感器(5)的負(fù)壓氣嘴接大氣，差壓傳感器(5)的電信號(hào)輸出端用導(dǎo)線連接到前置放大器(6)的輸入端，前置放大器(6)的輸出電信號(hào)連接到A/D轉(zhuǎn)換器(7)的輸入端口。
2.按照權(quán)利要求1所述的非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，其特征在于流量測(cè)控單元(3)有PID調(diào)節(jié)電路和電壓調(diào)節(jié)電路，PID調(diào)節(jié)電路的信號(hào)輸入端與流量傳感器(2)的電信號(hào)輸出端連接，電壓調(diào)節(jié)電路的輸出連接到微型氣泵(1)的電源端口。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，其特征在于所述的前置放大器(6)是具有平滑濾波電路的差動(dòng)放大器。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，其特征在于所述的水位探頭用測(cè)量管(15)安裝在堰槽(17)上方的支架上，其水下的出氣口高出堰槽(17)槽底一定高度，且出氣口背對(duì)水流方向。
5.按照權(quán)利要求1所述的非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)配置有打印機(jī)接口(9)、打印機(jī)(10)、調(diào)制解調(diào)器(11)。
6.按照權(quán)利要求1或5所述的非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì)，其特征在于所述的氣體緩沖器(4)、流量傳感器(2)、流量測(cè)控單元(3)、差壓傳感器(5)、前置放大器(6)、微型氣泵(1)連同A/D轉(zhuǎn)換器(7)、均安裝在一箱體(21)內(nèi)，顯示屏(13)、操作鍵盤(12)、打印機(jī)接口(9)安裝在該箱體(21)的面板上，箱體(21)的外側(cè)板上安裝有氣路接口(25)、電源進(jìn)線插座(23)、調(diào)制解調(diào)器連線端子(20)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非接觸測(cè)壓式明渠污水流量計(jì),包括:水位感測(cè)單元,其特點(diǎn)是:水位感測(cè)單元是一個(gè)氣控組合,利用吹氣等壓原理由測(cè)量管測(cè)出檢測(cè)點(diǎn)的水底壓力的差壓信號(hào),并送至水面上的差壓傳感器的輸入端,間接測(cè)壓,經(jīng)計(jì)算得到水位深度和污水流量,排除了污水表面的各種干擾對(duì)測(cè)量精度的影響,避免了傳感器由于長(zhǎng)期浸泡在污水中的各種弊端,延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命,減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用,易于制造,操作方便。
文檔編號(hào)G01F1/34GK1322936SQ0111501
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月11日
發(fā)明者李寧, 呂武軒, 張青山, 潘新國(guó), 李平 申請(qǐng)人:青島競(jìng)業(yè)高新技術(shù)發(fā)展有限公司