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关于明渠污水流量计的设计原理

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关于明渠污水流量计的设计原理
点击次数: 发布时间:2018-03-13
摘要:介绍了一种明渠污水流量计的设计。采用超声波传感器,利用单片机进行数据采集与处理,并提出了抑制干扰的方法。
1、明渠污水流量测量的基本方法
工业污水一般经明渠排放,其流量测量的一般方法是在污水排放口安装特殊结构的测量槽,通过测量槽的液位即可计算出瞬时流量,进而算出累计流量。可见明渠流量测量的关键是液位的测量。以常见的巴歇尔槽为例,其流量的计算公式如下:
Q=1.541*H1.538*10—3/60
Q——瞬时流量(m³/s),H——液位(mm)。
2、超声波传感器的基本特性
常见的液位传感器有磁浮筒式、压力式等,磁浮筒式传感器要安装在被测介质中,长时间使用易被腐蚀,而压力传感器输出线性较差且成本较高。超声波传感器的特点是使用时与液面脱离接触,无腐蚀问题,且价格低廉。超声波传感器由控制卡及换能器构成,如图I。
其外部特性如图2所示。其工作原理是,每当在“控制信号”端加一正脉冲(宽度0.2ms),控制卡便通过换能器发一束超声波,当超声波遇被测污水反射后又被换能器接收,控制卡便通过“逻辑输出”端输出一“返回脉冲”。通过计量“控制信号”到“返回脉冲”之间的时间T便可按下式计算出换能器距被测污水表面的距离H,由于安装时换能器固定在污水的上方(高度不变),因此,换能器距污水底部的距离HO(其值已知)减去H即为污水液位H1。
H=I/(2*V*T)
Hl=HO—H
其中:V=344m/s为声波的传播速度,T为声波传输时间。可见,我们可通过单片机测出T,进而算出H1。
3、流量计的工作原理
根据超声波传感器的特性,采用单片机作为整个流量计的控制器,系统的硬件原理图如下:
图3中,单片机8031、74373和2764组成单片机核心电路,8255为显示电路接口,DSl220为不挥发RAM,用其存储流量可保证断电后流量不丢失。工作时8031每隔一个采样周期先启动定时器T1,然后通过PIO引脚向控制卡发控制信号,换能器发一声波经被测污水反射由换能器接收,控制卡的逻辑输出端输出一脉冲,脉冲信号经过或门进入INTO脚,引起中断请求。在中断服务程序中从定时器中取出定时值,计算出对应的液位。由于传感器在发出声波后,在4MS以内会产生无用的盲区脉冲,所以在P10向控制卡发控制脉冲的同时,通过P11引脚发一个4ms的高电平封锁信号,防止“盲区脉冲”通过或门进入INTO引脚。
由于污水表面有各种漂浮物,会产生“漂浮物干扰”,使液位产生误差,因此在软件设计中必须采用相应抗干扰措施。考虑液位变化慢的特点,在软件设计中采用“限速滤波”。利用8031的定时器TO获得lOOms定时基准,再获得3s的采样周期,每隔一个采样周期获得一个采样Hi,每次获得采样值后都对其进宪“限速滤波”。设最近三次采样值分别为H1、H2、H3,本次滤波值为Hn,上次滤波值为Hn-I,则滤波算法如下:
若|H3一Hn一1|≤△H,则Hn=H3;
若|H3一H2|≤△H,且|H2一H1|≤△H,则Hn=H3
否则,Hn=Hn-1。
其中AH为根据实际情况经实验确定的液位变化值。此算法经实践证明可有效滤除“漂浮物干扰”。803I的定时器TI作为对超声波往返时间的计时器,每个计数值代表2ms。限于篇幅,控制程序就不在此给出。
4、结束语
采用超声波传感器的明渠污水流量计经现场实际运行性能良好,在精度、稳定性等主要技术指标方面均达到设计要求。

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