明渠流量传感器

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。

一、便携式明渠流速/流量仪概述MGG/KL-DCB型便携式明渠流速仪/流量计是一种专为水文监测、农业灌溉、江河流量监测、工业污水、 市政给排水、水政水资源等行业流速/流量测量的一种便携式测量仪表，该流速仪采用了特殊的超微功耗设计方案，全数字信号处理技术，使得仪表测量更加稳定可 靠，测量精度高，可广泛用于水文、水利、农灌、给排水等需要经常移动测量而且现场又无电源的场合。二、便携式明渠流速/流量仪特点微功耗设计，二节3.6V锂电池，连续工作3年。仪表可同时显示流速、瞬时流速、累积总量、水位等多项测量参数。测量传感器无可动部件，不会产生缠绕、堵塞，长期可靠连续工作。显示器采用高清晰背光源LCD显示器，全汉字菜单显示，操作简单，使用方便。各种信号输出型式：脉冲输出、RS-232、RS-485、GSM/GPRS远程无限通讯等可选。数据保存功能，最多可保存1000组数据，而且数据存贮时间间隔可任意设置以及数据查询。功能强大，仪表可做流速计使用，也可做明渠流量计使用（接入水位信号或输入水位深度，再将渠道或河道的断面数据输入即可实现流量测量）；可作便携式仪表使用，也可做固定式仪表使用。可满足不同断面的明渠、暗渠、河道的流速和流量的测量。三、便携式明渠流速/流量仪主要技术参数测量精度：±1.0%。供电方式：3.6V内置锂电池2节，连续工作时间为3年。通讯方式：RS-232、RS-485，GSM无线数据远传（可选）。测量范围：流速测量0.01m/s～10m/s，渠宽≤20m，渠深≤20m，边坡系数0～10。显示方式：LCD大屏幕液晶显示器，全中文显示，可显示流速、瞬时流量、累积总量、水位等测量数据。输出信号：脉冲输出0.00001～1m³/P，可任意设置（无源光耦输出）；频率输出1～1000Hz，可任意设置。四、便携式电磁流速/流量计外型尺寸显示仪外型尺寸：127×114×80（mm）流速传感器外形尺寸：Ø32×390流速插杆长度：常规1000mm×节数（流速杆长也可根据用户要求制作）电磁流量仪一、电磁流速仪概述MGG/KL型电磁流速仪是一种专为水文监测、江河流量监测、农业灌 溉、市政给排水、工业污水、水政水资源等行业流速测量的一种测量仪表，该流速仪采用了特殊的微功耗设计方案，全数字信号处理技术，使得仪表测量更加稳定可 靠，测量精度高，流速仪广泛用于水文、水利、农灌、给排水等需要连续测量的场合。二、电磁流速仪特点流速仪的测量传感器无可动部件，不会产生缠绕、堵塞，长期可靠连续工作。流速仪显示器采用高清晰背光源LCD显示器，全汉字菜单显示，操作简单，使用方便。仪表可同时显示流速、瞬时流速、累积总量、水位等多项测量参数。功能强大，仪表可做流速计使用，也可做明渠流量计使用（接入水位信号或输入水位深度，再将渠道或河道的断面数据输入即可实现流量测量）；可作便携式仪表使用，也可做固定式仪表使用。可满足不同断面的明渠、暗渠、河道的流速和流量的测量。各种信号输出型式：脉冲输出、RS-232、RS-485、GSM/GPRS远程无限通讯等可选。数据保存功能，最多可保存1000组数据，而且数据存贮时间间隔可任意设置以及数据查询。