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针对产业污水流量的测量问题而研发超声波污水流量计

作者: 来源: 公布时候:2018-04-02 09:56:08

择要:针对产业污水流量的测量问题,提出一种基于超声波的污水流量测量体例。经由过程对污水流量的测量道理的阐发,设想出了以新型单片机PIC16C73为核心的流量测量体系。实际表白,该测量体系布局简朴,测量精确度高,功耗低,适应性强,能在卑劣环境中事情。
 目前,产业污水一般经明渠排放,其流量测量包含打仗式和非打仗式两年夜类,此中打仗式测量因为存在传感器受腐蚀,易被异物环抱纠缠和破坏等问题,其利用遭到很年夜范围,而非打仗式测量技术跟着电子器件敏捷生长,将具有更年夜的利用潜力。针对此环境,研制开辟了基于超声波的污水流量测量体系,其特性耐腐蚀、易装置,电路简朴可靠,毛病率低,测量精确度高。
1、污水流量测量基来源根底理:
 在污水排放口装置标准水堰槽(三角堰、矩形堰、巴歇尔槽等),操纵装置在槽顶的超声波换能器向水面发射脉冲并接管反射波道理来测量液位高度。其污水测量道理图如图1所示。超声波在某环境温度下传播速率关系式为Vθ=331.5+0.607θ,(1)式中 θ为环境温度。

污水测量原理图
图1 污水测量道理图


 按照发射波与反射波的时候差和声波传播速率获得堰槽到液面的高度关系式为H1=12Vθt,(2)式中 Vθ是超声波在氛围中某温度θ℃时的传播速率;t是回波时候。由图1可知液位高度关系式为H=L-H1,(3)式中 L是超声波换能器距堰槽底的高度。瞬时流量Qi关系式为Qi=CH,(4)式中 C为堰槽参数。累计流量Qm关系式为Qm=QiΔt,(5)式中 Δt为采样间隔时候。超声波传感器把测得液位旌旗灯号式(3)经由过程调制解调器传送给上位机,上位机经由过程公式(4)、式(5)措置后,便可获得瞬时流量和累积流量数据显现。

2、测量体系的设想:
 该体系以PIC16C73单片机为核心,由超声波发射领受电路、旌旗灯号措置电路、555振荡电路、测温电路、调制解调电路构成。体系布局框图如图2所示。

系统结构框图
图2 体系布局框图


 超声波产生和发射电路是由PIC16C73[1]单片机IO口连接555振荡器[2]使能端来节制超声波的发射,经由过程555振荡器产生35~40kHz脉冲旌旗灯号作为发射鼓励旌旗灯号,发射一束超声波,同时启动定时器1开端计数,当超声波遇测污水液面反射后又被接管换能器接管,颠末旌旗灯号措置集成电路CX20106/A措置后,把转换后脉冲旌旗灯号送到单片机捕获输入端,一旦到了该旌旗灯号上升沿时,CPU产生间断,此时TMR1存放器的值存入捕获器中,该值就是回波计数值,从而可以计较出回波时候。
   超声波领受和旌旗灯号措置电路是该流量计设想的关头技术。因为发射旌旗灯号打仗液体大要时会呈现漫反射征象,乃至领遭到的旌旗灯号仅是反射旌旗灯号一部分,旌旗灯号比较微小,同时又存在旌旗灯号失真环境,并且旌旗灯号措置电路请求有必然通频带宽,别的,考虑本钱及功耗,采取具有电压增益高、抗滋扰才气强、低功耗等长处的领受措置集成电路CX20106/A[4]。它外部由前置放年夜电路、限幅电路、带通滤波、检波、积分和比较电路等部分构成。首要机能目标:带通滤波器的频次范围为30~60kHz、电压增益:年夜于74dB、低电压供电(V+=5V)、低功耗(V+=5V时,典范功耗为9mW)。如图3所示,该电路布局简朴,避免了因电路设想复杂性而引发的体系偏差,机能不变,进步了测量的精确度。

信号处理电路原理图
图3 旌旗灯号措置电路道理图


  调制解调电路采取FSK调制解调器MSM7512B,传送速率为1200BPS,经由过程德律风线,将现场测得数据传送给上位机,由上位机措置、显现。测温电路采取电流输入型温度传感器AD590,进行环境温度测量,并把输入的电流转换成电压送给PIC16C73单片机A/D输入输入通道,进行A/D转换,实现温度测量,修改声速。

3、尝试及成果阐发:
 因为超声波传播速率直接影响发射波与反射波的时候差的测量,从而影响液位测量成果。尝试表白,超声波传播速率会受环境温度、气压等影响。其转变规律为:温度转变1℃,声速转变约为0.17%;气压每转变0.1kPa,声速约转变0.05%,可见声速受温度影响zui明显。是以,将超声波换能器牢固标有刻度1m量程水箱顶端,经由过程空调和加温的体例改变环境温度,获得不合的液位高度,其成果如表1所示。

实验数据
表1 尝试数据


 将上述数据应用zui小二乘法进行直线拟合得Vθ=331.5+0.607θ,并对这些数据阐发和验算得知声速与环境温度根基成线性关系,液位高度检测偏差2mm,由此可知,超声波流量计检测精确度0.2%。工程实际证明,如许测量精确度已比较高,足以满足产业排放污水流量检测精确度请求。

4、结束语:
  该流量计采取了高机能微节制器PIC16C73,处理污水液位测量精确度问题,并且设想的硬件电路布局简朴、体积小、功耗低、活络度高、机能不变,已成功利用环保部分监测范畴。利用环境表白,该体系能不变精确跟踪水面转变,可靠性好,装置简练,本钱低,具有较好的奉行利用价值。

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