關於地下汙水管道流量計的設計原理

摘要：介紹了一種地下汙水流量計的設計。采用超聲波傳感器，利用單片機進行數據采集與處理，並提出了抑製幹擾的方法。
1、明渠汙水流量（liàng）測量的基本方法
工（gōng）業汙水一般經（jīng）明渠（qú）排放，其流量測量（liàng）的一般方法是在汙水排放口安裝特殊結構的測量槽，通過測量槽的液位（wèi）即可計算出瞬時流量，進而算（suàn）出累計流量。可見明渠流量測量的關鍵是液位的測量（liàng）。以常見的巴歇爾槽為例，其流量的計算公式如下：
Q=1.541*H1.538*10—3/60
Q——瞬時流量(m³/s)，H——液位(mm)。
2、超聲波傳感器的基本特性
常見的液位傳感器（qì）有磁浮筒式、壓力式等，磁浮筒式（shì）傳感器（qì）要（yào）安裝在被測介質中，長時間使用易被腐蝕（shí），而壓力傳感器輸出線性較差且成本較高。超聲波傳感器的特（tè）點是使（shǐ）用時與液（yè）麵脫（tuō）離接（jiē）觸，無腐蝕問題，且價格低廉。超聲波傳感器由控製卡及換能器構（gòu）成，如圖I。

其外部特性（xìng）如圖2所示（shì）。其（qí）工作原理是，每當在“控製信號”端加一（yī）正脈衝(寬度0.2ms)，控製卡便通過（guò）換能器發一束超聲波，當超聲波遇被測（cè）汙水反射後又被換能（néng）器接收，控製卡便通過“邏輯輸出”端輸出一“返回脈衝”。通過（guò）計量“控製信號”到“返回（huí）脈衝”之間的時間T便可按下（xià）式計算出換能（néng）器（qì）距被測汙水表麵的距（jù）離H，由於安裝時換能器固定在汙水的上方(高度不變)，因（yīn）此，換能器距汙水底部的距離HO(其（qí）值已知（zhī）)減去H即為汙水（shuǐ）液（yè）位H1。

H=I/(2*V*T)

Hl=HO—H

其中：V=344m/s為聲波的傳播速度，T為聲波（bō）傳輸時間。可見，我（wǒ）們可通過單片機測出T，進而算出H1。

3、流量計的工作原理

根據超聲波傳感器的特性，采用單片機作為整（zhěng）個流量計的控製器，係統的硬件原理圖如下：

圖3中，單片機8031、74373和2764組成單片機核心電（diàn）路，8255為顯示電路接口，DSl220為不揮發RAM，用其存儲（chǔ）流量可保證斷電後（hòu）流量不丟失。工作時8031每隔一個采樣周期先（xiān）啟動定時器T1，然後通過PIO引腳向控製卡發（fā）控製信號，換能器發一聲波經被（bèi）測汙水反射由換能（néng）器接收，控製卡的邏輯（jí）輸出端輸出一脈衝，脈衝信號經過或門（mén）進入INTO腳，引起（qǐ）中斷請求。在中斷服務程序中從定時器中取出定時值，計算出對應的（de）液位（wèi）。由於傳感器在發出聲波後，在4MS以內會產生無用的盲（máng）區脈衝，所以在P10向控製卡發控製脈衝的同時，通過P11引腳發一個4ms的高電平封（fēng）鎖信號，防止“盲（máng）區脈衝”通過或門進入INTO引腳。
由於汙水表麵有各種漂（piāo）浮物，會產生“漂浮物（wù）幹擾”，使液位產生誤（wù）差（chà），因此在軟件設計中必（bì）須采用相（xiàng）應抗幹擾措（cuò）施（shī）。考慮（lǜ）液位變化（huà）慢的（de）特點，在軟件設計中采用“限速濾波”。利用8031的（de）定時器（qì）TO獲得lOOms定時基準（zhǔn），再獲得3s的采樣周期，每（měi）隔一個采樣周期獲得一個采樣Hi，每次獲得采樣值後都對其進憲“限速濾波”。設*近三次采（cǎi）樣值分別為H1、H2、H3，本次濾波值為Hn，上次濾波值為Hn-I，則濾波算法如（rú）下：
若|H3一（yī）Hn一（yī）1|≤△H，則Hn=H3；
若|H3一H2|≤△H，且|H2一H1|≤△H，則（zé）Hn=H3
否則，Hn=Hn-1。
其中AH為根據（jù）實際（jì）情況經實驗確定的液位變化值。此算法經實踐證明可有效濾除“漂浮物幹擾”。803I的定時器TI作為對超聲波往返時間的計時器，每個計數值代表2ms。限於篇幅，控（kòng）製程序就不在此給出。
4、結束語
采用超聲波傳感器的地下汙水管道流量計（jì）經現場實際運行性能良好，在精度、穩定性等（děng）主要技術指（zhǐ）標方麵均達到設計要求。