双巴管流量计

明渠流量计是在非满管状敞开渠道中测量自由表面自然流的流量仪表，在生产和生活产生的废水污水排放量计量中应用广泛。当前，准确计量污水、废水排放量，是实现节能减排的重要环节之一。传统的接触式明渠流量计与 污水介质直接接触，在长期使用后导致传感器结垢或腐蚀，影响测量的准确性。超声波明渠流量计，采用非接触测量方式，避免被测介质对传感器的腐蚀，提高了测 量的可靠性，尤其适合对污水流量的测量，但是液位面的波动影响了测量精度。同时污水排放口一般位于厂外，环境较差，缺少外部电源。针对以上问题，本文提出了一种双路低功耗明渠流量计设计方法，采用2个超声波传感器测量流量槽内不同位置的液位，通过MSP430单片机计算出当前的流量。1、测量原理明渠流量的测量，一般采用流量槽装置，常见的有文丘里槽、巴歇尔槽。巴歇尔槽是由文丘里槽改进而成，在精度及实用性等方面，比文丘里槽要好些，而且能使流体在槽内流动速度加快，使流体中的固体颗粒不易沉淀和堆积。因此，常采用巴歇尔槽测量明渠流量。1.1、巴歇尔槽的结构http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203081.png图1巴歇尔槽结构图巴歇尔槽的具体结构如图1所示，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。由于实验条件的限制和实际需要，选用喉道为0.051m的巴歇尔槽进行研究。1.2、流量测量原理巴歇尔槽流量的理论计算公式为：http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203082.png（1）式中，Cv是流速系数；Ce是取决于摩擦和涡流的系数；b是喉部宽度；h是巴歇尔水槽上游侧的测量液位。实际应用时准巴歇尔槽的流量测量经验公式为：http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203083.png（2）对于一定喉部宽度的槽，b为常量，令http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203084.png（3）http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203085.png（4）则有http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203086.png（5）由式（3）知，流量qv只与液位高度h有关。因此，只需采用超声波传感器测量出巴歇尔槽的液位高度，通过单片机就可以计算出通过槽内的流量。2、系统设计整体电路结构包括两个超声波传感器、信号处理模块、单片机、液晶显示模块、电源模块以及通信模块（如图2所示）。http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203087.png图2明渠超声波流量计整体设计框图微处理机采用选择了TI公司的MSP430F413单片机作为核心，通过16位AD7705芯片采集2路超声波传感器信号，得到液位h1，h2，因此槽的液位高度为http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203088.png由式（5）计算出流量，同时计算累积流量。液晶显示模块采用液晶双列显示屏幕，同时显示瞬时流量和累积流量。总线通讯接口采用CAN总线通讯接口（如图3所示），与远程管理计算机的数据传输，实现对瞬时流量、累积流量、液位及仪表工作状态等参数的监控。http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/62203089.png图3明渠超声波流量计CAN总线接口电路电源模块采用双电源驱动。当外接电源时，系统由外接电源供电。当外接电源断开时，仪表内置电池自动开始给供电。3、实验研究http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/622030810.png图4实验装置示意图实验校准装置在中国计量学院水流量实验室进行（如图4所示），在超声波明渠流量计的直管段上游较长距离处，安装一个0.2级的电磁流量计，作为实验的标准表，用来对超声波明渠流量计进行校准。实验数据如表1所示，实际流量表示标准表的流量显示值，显示流量为明渠流量计显示的流量值，从表1中可以看出瞬时流量最大误差在2％以内。http://mq.llybw.com/up_files/image/Article/2013/11/26/622030811.png4、结束语本文提出了一种双路低功耗明渠流量计设计方法。实验结果表明，流量精度明显优于《国家环境保护行业标准》中超声波明渠污水流量计相关指标。系统实际工作电流为40mA，静态电流为10μA，能够采用电池供电。

对于测量各种煤气的流量计，一般管径都比较大，所以选用插入式靶式流量计比较合适，性价比较高，安装也较为简单，下面就如何安装和调试加以详细说明。插入式靶式流量计由安装短管，插入式靶式流量计等部分组成，安装短管出厂时与流量计的法兰用螺丝固定在一起。安装的过程就是将这个短管焊接在靶式管线上，然后将流量计插入此短管，用螺丝固定即可。需要注意的时，短管的安装方向决定了靶式流量计靶片是否与靶式管线垂直，只有靶式流量计的靶片和靶式管线垂直时，才能保证测量的准确性。另外流量计可以安装在某一段可拆卸的靶式管道上，这样就可以在地面完成短管焊接后，在将此管道与靶式管线连接，因为煤气易爆，不可在管线上开孔焊接。焊接好后的短管如下图所示，下图为400MM靶式管道。http://www.homkom.com/images/image/20130904125164796479.jpg

阿牛巴流量计精度的因素及解决方法：阿牛巴流量计(又称笛形阿牛巴流量计)是根据皮托管测速原理发展起来的一种新型差压流量检测元件，它输出为差压信号，与测量差压的仪表配套使用，可准确测量圆形管道、矩形管道中的多种液体、气体和蒸汽(过热蒸汽和饱和蒸汽)的流量，并以其压力损失小、安装方便等优点逐渐取代孔板和其它检测元件，在电力、石油、化工、轻纺、冶金等工业中得到广泛应用，最重要的是阿牛巴流量计非常好地解决了其它流量计在大口径管道测量上的许多问题。但阿牛巴流量计从设计、制造到安装使用，都要求十分严格，只要其中一个环节稍加不慎，就可造成很大误差。 G"dS+,Q #QwP~Z Qv＝K×π/4×D2(2ΔP/р)1/2 6k{2 +P V]OmfPve 式中：Qv—流经测量管的流体流量m3/h； )~4II.`%^ D—测量管内径mm。 K;?,FlH 由式(2)可以看出，阿牛巴流量计系统的实质是对差压△P 的测量，其测量原理如图2 所示，这是所有差压式流量计的共同特性，技术是通用的，即采用差压变送器把△P 转换成相应的机械信号或电信号。[/align][align=center][v7^i_d [/align][align=left]2 影响流量计精度的因素和解决措施 FuG4F ①阿牛巴流量计的差压式检测杆上各取压孔处的流速是不同的，各取压孔之间存在一定的压力差，这样，各取压孔之间就有介质流动，流动介质中的杂物就会产生埋积，形成堵塞，时间一长就会造成差压损失。目前阿牛巴制造厂虽然声称传感器的抗堵塞问题已能解决，但由于各生产工艺的特殊情况，笔者还是建议加装必要的附属设备如杂物过滤装置等，以确保仪表正常工作。 uzmk6G v ②从流量的基本公式可知，只要有效地测出检测杆的输出差压△P，就可测出流体的流量值。长期以来检测杆背压检测孔一直只用一个测孔，人们认为检测杆检测孔按规范要求已处于位势流中，而位势流的前题是管道横截面上各点静压均相等，没有横向流动，从这个角度来看，一个背压检测孔已足够。为了防止流体的流量在检测过程中阻塞背压检测孔，可采用多孔的背压取压，这已经开始应用在检测杆流量传感器上。 LZJA4?C ③流量系数K 不稳定，造成流量不稳定。对圆形截面的检测杆来说，当雷诺数Re 处于105至106之间时，流量系数K 不稳定，它的稳定区域是在雷诺数Re106。这主要是由于圆形截面的阻力件自身存在着“阻力危机”而引起的。流体流经圆管因分离点不同而导致圆管在迎流流体时引起的压力分布不同，从而引起流量系数K 的变化。采用菱形截面的检测杆可以克服圆形截面这一不稳定区。菱形截面无论雷诺数的数值Re 是多少，其分离点都是确定不变的，从而较好地解决了检测杆流量传感器在检测液体、气(汽)体流量时不稳定区的困难。 1wzqGmjmt ④阿牛巴流量计根据皮托管测速原理，通过测总静压来推算流量，常用于大口径管道液、气(汽)体流量测量，它产生差压一般都比较小，最小可能只有20Pa～30Pa，为此要尽量避免使用长的引压管，选用高精确度的微差压变送器，如霍尼韦尔、EJA 差压变送器等，最好的方案是采用检测杆、三阀组、差压变送器一体化的直接安装方式，如LG-A 系列一体化智能型阿牛巴流量计，不但可以减少使用引压管而引起的泄漏，还可补偿受温度、压力的变化而变动的差压信号失真等问题。 CTt vyr @2pu^k^ 3 选型和安装 8`4_T(I ① 应足够重视流量仪表结构和工作原理,特别是一件新颖的仪表,使用前要充分的了解它的结构和工作原理,才能对其进行正确的安装，并对使用过程中出现的问题作出准确的判断和排除，杜绝盲目性。 ##Z_QB(; ^F:k3,_[ ② 注重流量仪表的维护保养，是提高仪表的使用寿命和准确度的重要措施，仪表维护及技术人员一定要养成良好的操作习惯。