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超声波明渠流量计

便携式超声波明渠流量计检定装置概述

便携式超声波明渠流量计检定装置概述作为污水流量计量仪表的一种,大量用于工业废水排放监测计量,多使用液位计结合巴歇尔槽作为其量水装置,其流量计量精度取决于液位计的液位测量精度和巴歇尔槽的建设物理尺寸。量水的准确性直接影响到用户的经济效益。现有50%左右的企业安装的明渠流量计因其设计不合理和各方面的故障,已处在停用状态;部分在使用的明渠流量计也因其准确性难以保证而纠纷较多,这与我国以数据为准绳的计量原则相违背,不适宜污水排放计量收费政策的执行。

             

  国外发达国家的污水排放处理已初具规模,且重点放在污水处理及治理上。由于国外技术先进,污水量的监测系统一次性完成后可使用多年,这也取决于他们的售后维护保养和定期检定的制度。而国内许多企业只重生产不关心环境保护,污水排放监测形同虚设。有的明渠流量计已坏,有的严重失准,监测获得的数据只是一个估计值。

  因此,针对这种情况,我们开发一种便携式明渠流量计检定装置完成现场快速、简单、智能检测污水流量计的校准工作,对企业及环保监测仪器的准确J性,完好状况实行检测,使明渠流量计达到《环境保护专用仪器设备技术要求》及国家《计量法》的要求。使国家环境监测数据准确可靠、公平公正。该项标准装置的研究完成并投人使用,可为环保排污量的检测提供准确可靠的技术保证。并使环保监测的管理从无序走向有序,使之有法可依,有据可查。

  1技术指标

  根据国家环保行业《环境保护专用仪器设备技术要求》,污水明渠流量计的技术要求为:液位误差士3,流量计量误差士5%。而JJG7ll一90《明渠堰槽流量计》国家检定规程要求检测明渠污水流量计的检定装置的液位误差为0.smm,精度为士1%。

  根据这些要求,我们研制的便携式明渠流量计检定装置主要技术指标为:

  (l)流量范围:0.001一93m3/S,分辨率0.0()01衬/s。

  (2)液位计误差:士0.5%,分度值0.smm。

  (3)流量测量误差:土1%,重复性0.5%。

  (4)数据自动处理,显示和打印。

  (5)便携式。

  (6)配置有数据传输接口、微电脑及软件包。

  (7)供电方式:交流220V或便携式UPS电源。

  (8)主机工作环境:0℃一35℃

  2工作原理

  根据流体力学原理,在明渠中设置标准量水堰槽,在一定条件下流过堰槽的流量与水位的函数关系为:

  

  式中:q表示瞬时流量,m3/s;H表示瞬时水位,m;k和。是经过计算和实验推导出的经验常数。通过设置在规定位置上的高精度传感器测量出水位值,经储存在电脑内的对应各种常用堰槽的经验公式及常数即可计算出流量值。

  2.1堰槽类型及计算公式

  (l)薄壁堰

  薄壁堰是指在明渠中垂直水流方向安装的具有一定形状缺口,并加工成堰口的薄壁堰体,过流时其水舌表面得到充分发展的量水建筑物。

  ①三角形缺口薄壁堰流量公式:

 

  式中:C。为流量系数,无量纲,查图;h。为有效实际水头,m。

 

  式中:h为实测水头,m;K,为水头修正系数,m。

  当8=900时,犬,=o.000ssm;当8尹900时,C。,K;查图;0为三角形缺口夹角。

  ②矩形缺口薄壁堰流量公式:

  

  式中:c。为流量系数,无量纲,查图;b。为有效堰口宽度,m。

  

  式中:b为实测堰口宽度,m;Kb为宽度修正系数,

  m,查图;h。为有效水头。

  

  式中:h为实测水头,m;K、为水头修正系数,m;K,=0.00lm。

  ③等宽薄壁堰流量公式:

 

  式中:c。为流量系数,无量纲;h。为有效水头,m;p为堰口距底面距离,m;h为实测水头,m。

  (2)宽顶堰

  宽顶堰堰顶为矩形光滑平面,顺水流方向堰体长度尺寸较大,垂直于水流方向的堰顶宽度等于矩形行近渠槽宽度。堰体上下游端面为竖直光滑平面,水面线在堰顶上有明显跌落。

  ①矩形宽顶堰流量公式:

 

  式中:c为流量系数,无量纲;b为堰宽,m堰上水头,m。

  ②堰缘宽顶堰流量公式:

  

  式中:C。为考虑行进流速对堰上游实测水头影响的无量纲系数。

 

  式中:C、为流量系数,无量纲;L为顺水流方向堰顶水平长度;二为堰顶边界层影响系数,查图。

 

  式中:己#为边界层厚度。

  (3)三角形剖面堰

  三角形剖面堰由纵剖面(顺水流方向)为1:2(垂直:水平)的上游坡面和1:5的下游坡面组成。两个坡面相交成水平直线堰顶,堰顶线与行进渠槽中轴线正交,堰体安装在矩形渠槽内。三角形剖面堰流量公式

 

  式中:c。为行进流速系数。C己为流量系数,可查图;b为堰宽;h为实测水头。

  (4)平坦V形堰

  标准平坦V形堰纵剖面呈三角形,上游坡面坡度为1:2(垂直:水平),下游坡面坡度为1:5,上游两个坡面与下游两个坡面均向中心线倾斜,在堰顶处交线呈平坦v形,堰顶线横向坡度不陡约1:10,小流量时水流从V行堰口流过,可提高测流精度。堰顶交线在平面上为一条直线,并与渠槽中心线正交。堰体安装在矩形渠槽内。

  平坦V形堰流量公式:

 

  式中:C*为流量系数,可查图;hl。为有效水头;hl为实测水头;犬、为水头改正系数,查图;zh为形状系数。

  

  式中:c。为流速系数,查图;h‘为堰顶蕞高和蕞低高程之差(v形堰口高度),h‘二乙/2m;m为v形堰顶线横向坡度系数;吞为堰顶宽度。

  (5)巴歇尔槽

  巴歇尔槽为矩形横断面短喉道槽,由喉道上游均匀收缩段、喉道段和喉道下游均匀扩散段组成。根据喉道宽度尺寸分三种类型:小型(b=0.075、0.152、0.228m)槽、标准型(b=0.25一2.4Om)槽和大型(b=3.05一巧.24m)槽。

  标准型巴歇尔槽结构尺寸查表,水位流量经验公式如下:

 

  式中:b为喉道宽度,m;h。为实测水头m。

  (6)无喉道槽

  无喉道槽是一种由上游均匀收缩段和下游均匀扩散段平面相交、而无平行段喉道的矩形零界水深槽构成。由于无喉道槽进口宽度小于渠槽宽度,进口形成突然收缩和喉道无直线段,槽内水压力不按静水压力分布。测流槽的水位流量关系由直接检定方法求得。

  无喉道槽水位流量关系如下:

 

  式中:C为流量系数;h。为实测水头,m;n为指数查表;K为系数,查表;吞收缩段蕞小宽度,mo

  2.2系统组成

  系统由两部分组成:控制及数据采集部分,该部分控制电机带动测量浮球探针上下移动,磁致伸缩液位计输出液位信号,送到控制器运算并用标准的RS一232输出。系统软件部分,明渠检测系统软件安装在笔记本电脑上接收液位信号,通过选择明渠堰槽计算公式进行处理、计算、存储和打印出各种对应的数据报表。

  (l)控制器电路

  选用单片计算机AT89c之051作为控制器核心,完成电机控制、水位探测、采样、数据处理和计算机串口通信的软件控制。具有上电自动复位、程序跑飞自动回位的看门狗复位电路,特别适用于工业强干扰现场。由于所设计的流量计检定装置所检定的范围较宽,需用12位A/D转换保证模数转换的精度。选用12位高速高精度TLC2543专用A/D转换电路和REF198高稳定的基准参考电源,保证了模数转换精度。

  (2)探针(也可以是浮球)电路

  该电路由比较器LM393、固定电阻和中断电路组成。探测灵敏度高,与被测液体的电阻大小无关。

  (3)电机(若直接用浮球可不用电机)电路

  通过单片机判断探针是否接触水面,控制电机的转动方向,驱动电磁浮球的上下移动,根据电磁浮球的位置由磁致伸缩液位计输出对应液位高度的4-ZOmA电流信号

  (4)RS一232接口电路

  数据串口传输部分由单片机的串口、Rs一2犯转换芯片MAxZ犯、电容器组成。完成与电脑的数据交换。

  (5)磁致伸缩液位计

  选用美国产的K一TEK的AT100磁致伸缩传感器作为液位计,该传感器是一种被全世界广泛应用的高精度免维护测量液位变化的装置,精度可达满量程的0.02%,具有4一20mA模拟信号输出。

  (6)电脑

  选用较高配置的笔记本电脑。

  3系统软件

  3.1系统边界

  本系统与硬件通过RS一232端口连接并接收信号的方式实现水位数据的接收、计算、存储和输出报表,为用户进行明渠水位测量工作提供数据参考,并在数据库中记录,方便用户对结果进行仔细的检查、分析和做出结论。

  使用本系统的渠道客户一般是进行明渠水位测量的工作人员,用单机版可在一般电脑上随时随地打开使用。

  3.2技术要点

  (l)明渠的分类计算

  一共列出了9种常见明渠的类型,用户可以根据需要选择不同的明渠进行测量计算,各种明渠绑定到各自的计算公式及各自的图表数据信息,系统根据用户选择的明渠类型自动选择适合的公式和数据库中的图表信息对测量的数据进行计算处理。各个明渠的计算都涉及到复杂的图和表,比如由两个参数决定第三个参数的图,由此带来的查图问题会影响计算结果的精却。系统将图中截取各点的数据存储在数据库中,截取点的数量可以影响到计算结果的精却度。

  (2)后台数据库

  后台数据库采用Micr0SoftAccesS,适用于小型数据库的存储需求,数据库中存储了历史企业信息、测量和计算的数据信息,以及各种明渠计算过程所需的查表查图的数据信息。数据库尽量简单明了,用户很明白其中逻辑关系,从而在必要时自行决定删、增和修改数据库中信息。

  (3)可灵活定制的报表

  系统将报表以自定义方式呈现给用户。用户可以自行决定打印出来或者导出为word,excel文件存储在磁盘上。

  (4)操作简便且易维护

  系统须做到操作简单,客户通过简单培训或只通过简单书面说明就可以利用本系统进行企业信息输人、数据测量、计算和输出报表等操作。客户应用尽量做到界面简单,结构简单,业务操作步骤少,绿色免安装。

  (5)系统软件流程。

 

点击次数:  更新时间:2018-10-30  【打印此页】  【关闭

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