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超声波污水流量计的设计
超声波污水流量计的设计
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*H
1.53B
*10
-3
/60
Q——
瞬时流量(
m
3/
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
1
。
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
—
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
—“
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,
DS1220
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
—
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
—
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
PIO
向控制卡发控制脉冲的同时,通过
P11
脚发一个
4ms
的高电平封锁信号,超声波污水流量计的设计
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
100ms
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*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- Hn- 1 |≤
△
H
,则
Hn=H3
;
若
| H3- H2 |≤
△
H
,且
| H2- H1 |≤
△
H
,则
Hn=H3
否则,
Hn=Hn- 1
。
其中
△
H
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
”
。
8031
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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