CN1179536A

CN1179536A - 压力流量计的设置方法及其装置

Info

Publication number: CN1179536A
Application number: CN 97107045
Authority: CN
Inventors: 王孝义; 陈国强; 刘萍; 邵杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1998-04-22

Abstract

一种压力流量计的设置方法及其仪表,利用管道内压力和流速及其流量关系从而通过测出压力来测量流速,即在管内压力正常变化范围内,对应压力变送器输出的模拟量值,用校准仪表测出相应的各个流速值,将这一压力与流速的函数关系曲线贮存于微处理器芯片中,从而满足压力与流速的对应。本发明仪器包括压力变送器、信号转换电路、数模转换电路、微处理器及其附设的存储器、外设组成。本发明具有成本低廉,安装维修方便,在使用中重复性和可靠性好,有利于推广普及。

Description

压力流量计的设置方法及其装置

本发明涉及流量测量仪表的范畴，用于有压力指示的各类流体计量，尤其是一定精度范围内的泵水的计量。

测量各种液体流量的流量计的种类极多，如电磁流量计；超声波流量计；文丘里流量计；插入式涡轮流量计；阿流巴流量计；孔板流量计，上述流量计也用于对水计量的流量计，迄今为止，在工业、农业、城建和环保等给排水系统中，主要采用以上各类仪表测量其封闭管道中的流量。

以上各类流量计的使用至为普通，故对其工作原理、结构组成和测量方法不在此赘述。

我国是个水资源严短缺的国家，合理利用水资源，加强水资源的管理，使之有效地为人类服务，已成为我国的基本国策之一。故而，用仪表对水资源的使用进行普通的监测，为水资源的综合管理提供准确可靠的数据，其重要意义自不待言。但在给水行业也有用更粗略的方法来计算流量，如根据水泵的工作时间统计被抽出的水量，但这样的统计是无法行使有效管理的。

前面列举的各类流量计都有各自的优点，在自来水行业等工业系统中得到广泛的应用，但它们也或多或少有某些不足之处，主要表现在：

(1)价格偏高。其中尤以电磁式和超声波式为甚，限制了普及推广；

(2)安装维修不便，需对现有给排水管道进行改造，会引起供水中断，用户负担加重；

(3)与流体介质直接接触，易造成传感器失灵，影响流量计的正常工作；

本发明的目的是提供一种对流量进行测量的方法及其装置，尤其是为对水资源的科学管理和控制提供新型及其装置，它既能够保证对流量测量的相当高的准确度和精度，从而保证对水资源有效的管理；又提供一种大大降低测量仪器成本的装置，而且安装维修方便，甚至可以部分利用给水系统中已有的仪表和指示装置，本发明的发明目的在说明书中还人列出。

本发明的目的是这样实现的，一种流量计的设置方法，其特征是将利用管道内压力和流速及其流量关系通过测出压力来测量流速，即在管内压力正常变化范围内，对应压力变送器输出的模拟量值，用校准仪表测出相应的各个流速值，将这一压力与流速的函数关系曲线贮存于微处理器芯片中，从而满足压力与流速的对应。

本发明所述校正仪表为具有一定精度的常规流量计，尤其如使用方便可靠的超声波流量计，以下将以此为例说明。

一元恒定流液体在管道中的流动，遵循流体力学中的质量守恒和能量守恒定律，将相应的连续性方程和伯努利(能量)方程联立，即可求出管道中各点的压强和流速。这说明，管道中各点的压强和流速的关系，从理论上来说是符合连续性方程和伯努利方程的。然而，由于水源(河流、湖泊、水库、地层等)水位的变化，泵的工作状态的变化，使得伯努利能量总量方程中的总能量不是常数，再加上泵的效率本身是由实验确定的，我们便很难从理论上准确计算管道中和压强和流速。事实上，在实际工作中，都要通过流量计测量管道中液体介质的流速。

本发明的构思核心是，将实际运行中的管道内压力和流速在数值上的依赖关系找出来，测出压力便可测出流速，由于管内径已知，进而可测得各种流量。

本发明所述的装置包括压力变送器、信号转换电路、数模转换电路、微处理器及其附设的存储器、外设组成，压力变送器安装在管道内，压力变送器输出连至信号转换电路，并通过数模转换电路连至微处理器的数据输入口，微处理器的数据输出口连至外设。

本发明压力流量计，可借助于一般采供水系统本已安装的压力变送器(具有模拟量输出的压力计、压力表)，将其感应的压力模拟量信号输送到压力流量转换装置上，即可测出管道中各类流量数据，可以不增加新的传感器。无疑，本发明压力流量计具有价格低、安装方便、使用寿命长之优点。

本发明还具有如下特点：

(1)本发明压力流量计在精度上可以达到校准用便携式超声波流量计相同等级，即是说，压力流量计的精度由超声波流量计的精度定。只要现场测试条件满足超声波流量计的要求，本发明实现2级精度并不困难，这种精度对水资源管理完全足够。

(2)本发明压力流量计的稳定性，重复性，可靠性等项指标，主要由压力传感器定，众所周知，压力传感器的这些指标是非常高的，因此压力流量计的这些指标可以优于其它流量计。

(3)本发明压力流量计所测定的流速，是校准用流量计所测定的等效断面处的流速，绝不代表压力传感器所测定的压强点的流速，即是说，压力值仅起参照作用，只要求相对准确，重复性好，压力变送器的线性度高，对其绝对值的准确度不作要求。因而可以对压力变送器的安装点不作严格要求。对大多数用单台泵采集地下水的情况而言，只需将压力表更换成压力变送器，配以工作主机，即可构成压力流量计，对于用多台泵取水的情况，则要在总管部位安装一个压力变送器。因而制作成本低廉，安装维修方便，在使用中重复性和可靠性好，有利于推广普及，可获得良好的社会效益和经济效益。

以下结合附图和通过实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明压力流量计的设置方法的原理图

图2为本发明压力流量计的主机硬件组成框图

图3为本发明压力流量计微处理器工作的软件程序流程框图

图4为本发明压力流量计的电路图

如图所示：在图1中，便携式超声波流量计系精度符合要求的校准用仪表，通常具有1.5级的精度。各类校准仪器是压力流量计精度的主要保证者，用它测定管道中的水的流速和流量。压力流量计由压力传送器和微处理器构成的主机两部分组成。压力传感器依照其工作原理、构造、显示方式等分类，不下三十余种，但具有模拟量输出的，则只有少数几种了。(如要求精度、稳定性十分苛刻的，则最好采用集成度很高的压阻型变送器，稍低的采用如压感型之类的亦可。典型的型号如YBJ、YSG、XMY系列。按图1所示的方式安装压力变送器及校准压力流量计的精度，即压力变送器安装在输流管道1出口的侧部位置(管道的中间位置)，也在泵2的出口处，避免导压管或分流管内有空气，避免压力变送器的感应部分装在底部时有泥沙杂物淀积，一般在变送器之前加一隔膜隔离器。

具体技术步骤是，在管内压力正常变化范围内，对应压力变送器输出的模拟量值，用校准仪表测出相应的各个流速值，将这一压力与流速的函数关系曲线贮存于压力流量计主机单片机(微处理器)芯片中，再将压力流量计和校准用流量计分别所测得的流量数据反复数次对比，不断修正压力流量计的转换系数，直至精度符合要求为止。一般经二次校准，二者误差可以在1％以下。最后，将校准用仪表撤去，压力流量计即可实际运行。图中校准流量计用超声波流量计3，在管道外侧安装超声波换能器4，可通过在主管并联支管5，支管上设有截止阀6和排气阀7，在一端部接有压力变送器8，从压力变送器有联线连接至压力流量计9，另一种安装压力变送器的方法是：在水泵的壳体的顶部现有的连通孔直接安装压力变送器，此连通孔本来可用于安装指示仪表。此方法不需要另行在管道上打孔，安装使用更为方便。

在图2框图中，由压力变送器输送到主机的模拟量，一般为4-20mA的电流信号，压力变送器用上述XMY型，为有源电流型，当然用电压型(输出电压)也没有超出本发明的范围，只是抗干扰性能差。经滤波和抗干扰电路处理后，再经过电流电压转换电路和模/数转换电路连接微处理器的信号输入端，经微处理器运算和处理后输至液晶显示器和RS-232数字接口，微处理器接有相应外设--数据存储器、时钟、键盘等，电流电压转换、模/数转换获得微处理器可以据以运算的数字信号，再经微处理器数据处理后，把压力、瞬时流速、瞬时流量、累计流量等结果送到数据存储器存储，送到LCD显示器显示，通过RS-232串行口经有线或无线传送把这些所测参数，发送到指挥信息中心，供对水资源进行监测和现代化管理之用。面板键盘用来输入管径、时间、修正系数等项参数，主机具有掉电保护，无人值守，防偷水等多种适合自动化管理等功能，所有这些，均是通过图3所示的软件完成的。图3给出的源程序框图是微处理器据以工作的软件程序，其流程由图3中所述。

图4所示电路实施图中，给出的是最常用的电路组合，并不需要更多细节。电路型号变在图中给出，如微处理器T1 CPU为8031，与数据存储器T3 62256的连接之间接地址锁存T2 74LS373，程序存储器T4 27C256通过控制总线连接CPU，(更多型号的CPU内设存储器无须外设程序存储器)，CPU还通过控制总线连接时钟、通过PIO口连接液晶显示器LED和键盘、通过电平转换电路接RS-232C串行口。压力变送器从电路输入口IN经一放大器构成的电流/电压转换电路和低通放大器滤波电路连接T5 625放大电路，再经A/D转换器T6 MAX191连至CPU的数据输入口。多台压力变送器可以通过PIO口、A/D转换电路至同一台微处理器。多台微处理器构成的压力流量计主机可以构成管理、信息、控制网络。

为保证压力流量计的测量精度，还要强调三点，一是要在现场满足校准仪表如超声波流量计的测试条件，二是注意按图1所示的方式安装压力变送器，即压力变送器安装在输流管道的侧部位置，避免导压管或分流管内有空气，以及避免压力变送器的感应部分有泥沙杂物淀积，如能在变送器之前加一隔膜隔离器，易于清洗，则效果更佳。第三，如遇两台泵以上的多管并接给排水情况，则要在总管部分安装一压力流量计，以避免过多的并管因素的考虑和繁杂的数学运算。

Claims

1.一种压力流量计的设置方法，其特征是将利用管道内压力和流速及其流量关系从而通过测出压力来测量流速，即在管内压力正常变化范围内，对应压力变送器输出的模拟量值，用校准仪表测出相应的各个流速值，将这一压力与流速的函数关系曲线贮存于微处理器芯片中，从而满足压力与流速的对应。

2.由权利要求1所述的压力流量计的设置方法，其特征是压力变送器安装在输流管道的侧部位置。

3.由权利要求1所述的压力流量计的设置方法，其特征是所述校准仪表为超声波流量计。

4.由权利要求1所述的压力流量计的设置方法，其特征是在水泵的壳体的顶部现有的连通孔直接安装压力变送器。

5.一种利用压力变送器测量水流量的流量计装置，其特征是包括压力变送器、信号转换电路、数模转换电路、微处理器及其附设的存储器、外设组成，压力变送器安装在管道内，压力变送器输出连至信号转换电路，并通过数模转换电路连至微处理器的数据输入口，微处理器的数据输出口连至外设。