CN1322936A - 非接触测压式明渠污水流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触测压式明渠污水流量计,包括:水位感测单元,其特点是:水位感测单元是一个气控组合,利用吹气等压原理由测量管测出检测点的水底压力的差压信号,并送至水面上的差压传感器的输入端,间接测压,经计算得到水位深度和污水流量,排除了污水表面的各种干扰对测量精度的影响,避免了传感器由于长期浸泡在污水中的各种弊端,延长了传感器的使用寿命,减少了维护工作量和维护费用,易于制造,操作方便。

Description

非接触测压式明渠污水流量计

本发明涉及一种明渠污水流量计，属于环境监测用电子测控装备，具体说是一种非接触测压式明渠污水流量计。

明渠污水流量的测量是环境监测项目之一，目前，国内外广泛采用的测量方法是基于堰槽上游水位与流量呈单值关系的原理，即流量与水位存在一定的经验关系式，通过测量堰槽上游水位，经过计算即可得到污水流量，因此，明渠污水流量计实际上是带有计算功能的水位计，在本实用新型作出以前测量水位的方法有两种形式：超声波式和压力传感器式。前者属于非接触测量，由于堰槽上游水面波动、杂物、温度等因素对超声波的反射及传播速度有很大影响，导致液位测量数据不准，因此，在实际中使用较少。

后者属于采用静压法测量水位的压力式流量计，是将压力传感器置于与堰槽上游水体连通的“静水井”底部，以测量静水井的水位等效于测量堰槽上游水位，这种方法由于压力的测量比较直接，价格也相对低廉，因此，获得了推广。这种方法同样存在着不可忽视的弊病，因为，对于绝大多数污水而言，都具有一定的腐蚀性，传感器置于水中，受污水腐蚀，使用寿命短，需频繁更换压力传感器，维护费用高，给用户增加了经济负担，并带来不便，对此用户反响很大。

本发明的目的是：针对现有技术存在的弊端而提供一种非接触测压式明渠污水流量计，采用的差压传感器置于堰槽之外进行测量，可根除因压力传感器置于水中易受污水腐蚀的弊病，延长传感器的使用寿命，减少频繁更换压力传感器给用户造成的不便，减轻用户的经济负担，且操作使用方便。

本发明的技术路线是利用吹气等压原理测出检测点的水底压力的差压信号，并送至置于堰槽之外的差压传感器输入端，间接测压，经计算机计算得到水位深度和污水流量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种非接触测压式明渠污水流量计，包括：水位感测单元、A/D转换器、计算机、操作键盘、显示屏、为电控部分提供工作电压的电源、用于安装各种元、器件的箱体，其特征在于：水位感测单元是一个气控组合，其中，作为水位探头用的测量管的一端透孔，另外一端与一气管密封连接，气管的另外一端与气体缓冲装置的一出气端连接，气体缓冲装置的进气端与流量传感器的出气端用气管连接，流量传感器的进气端与微型气泵的出气口用气管连接，流量传感器的电信号输出端通过导线与流量测控单元的信号输入端连接，流量测控单元的输出与微型气泵的输入相连，气体缓冲装置的另一出气端与差压传感器的正压气嘴用气管连接，差压传感器的负压气嘴接大气，差压传感器的电信号输出端用导线连接到前置放大器的输入端，前置放大器的输出电信号连接到A/D转换器的输入端口。

所述的流量测控单元，含PID调节电路和电压调节电路，PID调节电路的信号输入端与流量传感器的电信号输出端连接，电压调节电路的输出连接到微型气泵的电源端口。

所述的前置放大器是具有平滑滤波电路的差动放大器。

所述的水位探头用测量管安装在堰槽上方的支架上，其水下的出气口高出堰槽槽底一定高度，且出气口背对水流方向。

所述的计算机配置有打印机接口、打印机、调制解调器。

所述的气体缓冲器、流量传感器、流量测控单元、差压传感器、前置放大器、微型气泵连同A/D转换器、计算机、调制解调器、为电控部分提供工作电压的电源均安装在一箱体内，显示屏、操作键盘、打印机接口安装在该箱体的面板上，箱体的外侧板上安装有气路接口、电源进线插座，调制解调器连线端子。

本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：利用吹气等压原理实现了堰槽上游水位高度的非接触测量，排除了污水表面的各种干扰对测量精度的影响，避免了传感器及其连接电缆由于长期浸泡在污水中的各种弊端，延长了传感器的使用寿命，减少了维护工作量和维护费用，而且与传统的接触式传感器测压法相比，增加的成本极少，易于制造，操作方便。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明实施例的原理图；

图2是本发明实施例的流量测控单元的电路图；

图3是本发明实施例的前置放大器的电路图；

图4是本发明实施例的箱体外部结构图；

图5是接触式传感器测压法的原理图。

图5是这种压力式流量计的原理图，水位感测单元16中的传感器18直接置于污水明渠堰槽17的底部，传感器18的供电及输出导线通过防水电缆与水面上的放大器19和电源14连接，放大器19的输出信号通过A/D转换器7变换成数字量送入计算机8，计算机8根据此数字信号及键盘12输入的参数或命令进行计算、处理，然后将结果通过打印机接口9连接的打印机10、显示屏13输出，也可以通过调制解调器11经市话网接受上位机发送来的命令，将测量结果和有关信息传输到上位机。这种方法虽然直接，但传感器18及其连接电缆由于污水的侵袭会很快损坏。

图1中水位感测单元16为本发明的创新设计部分，它是一个气控组合，微型气泵1的出口气流经过流量计2后，通过气体缓冲装置4，一方面进入其末端接近堰槽17底部的测量管15，然后从管的末端逸出气泡。另一方面进入差压传感器5，由流体力学可知，差压传感器5感受的压力由两部分叠加：

P=Hγ+vR

式中，H-测量管15的末端至水面的高度，

γ-水的比重；

v-气流速度；

R-导气管路的阻力。

由于大气压力为定值，系统安装后管路长度已成定值，气流的流速很低且变化较小，压力损失vR可视为常数C。实验证明；当吹气流量在200ml/min-500ml/min范围内变化时，对测量结果的影响微乎其微，所以，装于仪表内的差压传感器5的输出信号即代表堰槽17底部测量管15的末端处的压力，即：P=Hγ。当水的比重γ=1，压力P在数值上就等于水位高度H，从而实现了差压传感器5不放在水中的水位测量，即：非接触测压式明渠污水流量测量方法。

参见图1，作为水位探头用的测量管15放置于堰槽17的污水中，水下的出气口背对水流方向，为了防止淤泥堆积所造成的测量误差，下端高出槽底H1。微型气泵1给气路部分供气，流量传感器2适时将微型气泵1吹气流量信号转化为电信号，流量测控单元3将流量传感器2传来的电信号放大，并适时控制微型气泵1，使其流量稳定在一定范围内。气体缓冲装置4连接流量传感器2、差压传感器5、测量管15，并消除气泡非连续冒出对差压传感器5压造成的干扰。差压传感器5的正压气嘴接缓冲装置4，负压气嘴接大气，适时监测气体缓冲装置4的气体和大气之间的压力差，并将其转化为电信号。前置放大器6将差压传感器5传来的电信号放大并经过滤波后，转化为标准的0-5V线性信号送入A/D转换器7。A/D转换器7将传来的信号进行模数变换并传入计算机8。计算机8主要完成对现场信号的实时采集，根据键盘12输入的指令和信息对A/D信号进行数据处理，将得出的测量结果送打印机10或显示屏13进行打印或显示，也可以通过调制解调器11经市话与上位机进行通讯。

参见图2，放大器A1、A2、A3、A4、A5及其偏置电路组成了所述的PID调节器，将流量传感器2的电信号进行放大后送给电压调节电路，电压调节电路的输出连接到微型气泵1的电源端口，通过调节供给微型气泵1电压的大小来控制气泵的出气量。

参见图3，放大器D2-1、D2-2、D2-3、D2-4及其偏置电路组成了所述的具有平滑滤波电路的差动放大器。

本发明从整机结构来说，由测量管15和主机两部分组成，参见图4，主机部分是一个箱体21，其内部安装着气体缓冲器4、流量传感器2、流量测控单元3、差压传感器5、前置放大器6、微型气泵1连同A/D转换器7、计算机8、调制解调器11、为电控部分提供工作电压的电源14，显示屏13、操作键盘12、打印机接口9、电源开关22安装在该箱体21的面板上，箱体21的外侧安装有气路接口25、备用气路接口24、电源进线插座23，调制解调器连线端子20，主机箱体21可以远离堰槽17安置。其中，调制解调器11、打印机10为用户可选项目。

Claims (6)

1、一种非接触测压式明渠污水流量计，包括：水位感测单元(16)、A/D转换器(7)、计算机(8)、操作键盘(12)、显示屏(13)、为电控部分提供工作电压的电源(14)、用于安装各种元、器件的箱体(21)，其特征在于：水位感测单元(16)是一个气控组合，其中，作为水位探头用的测量管(15)的一端透孔，另外一端与一气管密封连接，气管的另外一端与气体缓冲装置(4)的一出气端连接，气体缓冲装置(4)的进气端与流量传感器(2)的出气端用气管连接，流量传感器(2)的进气端与微型气泵(1)的出气口用气管连接，流量传感器(2)的电信号输出端通过导线与流量测控单元(3)的信号输入端连接，流量测控单元(3)的输出与微型气泵(1)的输入相连，气体缓冲装置(4)的另一出气端与差压传感器(5)的正压气嘴用气管连接，差压传感器(5)的负压气嘴接大气，差压传感器(5)的电信号输出端用导线连接到前置放大器(6)的输入端，前置放大器(6)的输出电信号连接到A/D转换器(7)的输入端口。

2、按照权利要求1所述的非接触测压式明渠污水流量计，其特征在于：流量测控单元(3)有PID调节电路和电压调节电路，PID调节电路的信号输入端与流量传感器(2)的电信号输出端连接，电压调节电路的输出连接到微型气泵(1)的电源端口。

3、按照权利要求1或2所述的非接触测压式明渠污水流量计，其特征在于：所述的前置放大器(6)是具有平滑滤波电路的差动放大器。

4、按照权利要求1或2所述的非接触测压式明渠污水流量计，其特征在于：所述的水位探头用测量管(15)安装在堰槽(17)上方的支架上，其水下的出气口高出堰槽(17)槽底一定高度，且出气口背对水流方向。

5、按照权利要求1所述的非接触测压式明渠污水流量计，其特征在于：所述的计算机配置有打印机接口(9)、打印机(10)、调制解调器(11)。

6、按照权利要求1或5所述的非接触测压式明渠污水流量计，其特征在于：所述的气体缓冲器(4)、流量传感器(2)、流量测控单元(3)、差压传感器(5)、前置放大器(6)、微型气泵(1)连同A/D转换器(7)、均安装在一箱体(21)内，显示屏(13)、操作键盘(12)、打印机接口(9)安装在该箱体(21)的面板上，箱体(21)的外侧板上安装有气路接口(25)、电源进线插座(23)、调制解调器连线端子(20)。

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