專利名稱：一種槽體流量檢測板式智能裝置的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種槽體污水流量檢測板式智能裝置的使用方法，屬于自動化檢測 技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種用于污水流量檢測的傳感器。二、 背景技術(shù)目前國內(nèi)外在污水流量檢測方面采用的技術(shù)和產(chǎn)品不少，根據(jù)不同的測 量條件和測量目的，目前采用的污水流量計主要有以下幾種壓差式流量計、 容積式流量計、轉(zhuǎn)子式流量計、水輪式流量計、電磁式流量計、超聲波式流量 計、明渠流量計等。以下分別作一簡單介紹-1. 壓差式流量計壓差式流量計也叫水頭式速度流量計，是通過測量水頭差來間接測出流 速。屬于這一類流量計的主要裝置有文丘里流量計、孔板流量計和皮托管流量 計。2. 容積式流量計容積式流量計是在穩(wěn)定流條件下，高精度測量流量的儀器，其特點(diǎn)是有一 個或多個移動的容積部件裝在流道上，用于測試流量。屬于這一類的流量計有 往復(fù)活塞式流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計、旋轉(zhuǎn)葉片流量計和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤式流量計。3. 轉(zhuǎn)子式流量計轉(zhuǎn)子式流量計是一種截面積變化的流量計，它由一個錐形豎直管和浮子構(gòu) 成。液體從下而入，帶動浮子上升。浮子用來指示流量，它比流體重，當(dāng)流體 流過錐形管時，浮子上升直到浮子的重力和液體的浮力相平衡時為止。根據(jù)浮 子的力平衡公式計算出體積流量。轉(zhuǎn)子流量計僅用于清潔的液體，且只能測較 小流量。4. 水輪式流量計水輪式流量計的運(yùn)行類似于一個水輪，葉輪裝在一個有流體流過的工作塞 中，由液體沖擊葉片表面帶動葉輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動可以直接帶動一個記錄器, 記錄工作室內(nèi)流量增量。
5. 電磁式流量計電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體流量 的儀表。電磁流量計有一系列優(yōu)良特性，可以解決其它流量計不易應(yīng)用的問題， 如臟污流、腐蝕流的測量。七八十年代電磁流量計在技術(shù)上有重大突破，使它 成為應(yīng)用廣泛的一類流量計，在流量儀表中其使用量百分比不斷上升。6. 超聲波流量計超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量 流量的儀表。根據(jù)對信號檢測的原理，超聲流量計可分為傳播速度差法(直接 時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、 空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設(shè)置 任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計， 特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，近年來也是發(fā)展迅速的流量計之7. 明渠流量計以非滿水狀態(tài)流通的水路，即具有自由水面的水路叫做明渠(open channel)。測量明渠中水流流量的裝置稱作明渠流量計。明渠流量計除圓形外， 還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。明渠流量計的應(yīng)用場所有城市供水引 水渠、火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)水排放以及水 利工程和農(nóng)業(yè)灌溉渠道。能夠檢測污水流量的技術(shù)不少，但是由于這些現(xiàn)有技術(shù)受使用條件等方面 的限制，使它們的使用范圍受到了很大局限。比如污水排放多在下水道中排放， 需在下水道出口處檢測，然而現(xiàn)有的檢測設(shè)備都難以適應(yīng)在下水道內(nèi)安裝和運(yùn) 行，安裝空間狹小、泥沙污物、供電難、維護(hù)難等，特別是在荒野之中，無人 看護(hù)的情況下儀器設(shè)備更難以保證安全正常運(yùn)行。目前在工業(yè)應(yīng)用和城市下水 排放監(jiān)控管理仍難以實(shí)現(xiàn)自動化。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，污水排放監(jiān)測控制已是現(xiàn)代化建建設(shè)中的重要 組成部分，建材、化工、礦山、冶金、水利、電力等多方面的工業(yè)自動化建設(shè) 中都急待需要解決準(zhǔn)確、可靠的污水排放自動化檢測技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種槽體污水流量檢測板式智能裝置的使用方法的目的在于1、 解決現(xiàn)有技術(shù)不能解決的問題，如傳感器穩(wěn)定性、可靠性和惡劣 條件下使用的廣泛適應(yīng)性。2、 擴(kuò)大適用范圍，解決安裝方便、使用維護(hù)方便的問題。使之在無 人看護(hù)職守的荒野、下水道出口，在含泥沙、污物的液流中可靠運(yùn)行。3、 降低造價，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)的，可直接采樣的普及 通用的數(shù)字污水流量傳感器。本發(fā)明一種槽體污水流量檢測板式智能裝置，其特征在于該裝置是由明 渠流量槽、板式智能傳感器兩大部分組成，其明渠流量槽是按照明渠流體力學(xué) 伯努利原理的基本規(guī)律設(shè)計，槽體由喉道上游具有水平底面的均勻收縮段9、 具有下降坡度底面和側(cè)面寬度狹窄且互相平行的喉道段13和下游具有上升坡 度底面的均勻擴(kuò)散段10三部分組成；在收縮段側(cè)壁上開一個燕尾槽14，使板 式智能傳感器11可嵌入槽中；其板式智能傳感器分兩大部分， 一部分是信號 檢測部分18，另一部分是智能數(shù)據(jù)處理部分19和無線數(shù)據(jù)變送部分17;其信號檢測部分是以感應(yīng)式檢測理論而設(shè)計的數(shù)字檢測電路所組成的點(diǎn)陣檢測板 構(gòu)成的，無線數(shù)據(jù)變送部分由數(shù)據(jù)逐點(diǎn)檢索、統(tǒng)計，由雙向通訊的無線收發(fā)送 摸塊進(jìn)行信號變送的電器組件組成，板式智能傳感器11內(nèi)部電路板置于支撐骨架21上，支撐骨架用絕緣材料制成，支撐骨架的正面固定有若干塊傳感器 芯片電路板，每塊傳感器芯片電路板中由信號取樣電路和點(diǎn)陣取樣感應(yīng)點(diǎn)15 構(gòu)成，傳感器芯片電路板都固定于支撐骨架21背面上，點(diǎn)陣取樣感應(yīng)點(diǎn)15縱 向分辨率為1毫米或按使用要求制造點(diǎn)陣取樣感應(yīng)點(diǎn)15由耐腐蝕材料制成， 板式智能傳感器11內(nèi)部芯片電路板與引線端子、信號元、外殼用絕緣填充材 料澆鑄后成為一個固態(tài)方型板式傳感器。本發(fā)明一種槽體污水流量檢測板式智能裝置的制備，其特征在于I、明渠流量槽的設(shè)計與制備A、 按照流體力學(xué)的基本規(guī)律設(shè)計一種特定的水流槽體(巴歇爾槽)，使流量與渠寬、流速、時間成為一個固定的函數(shù)關(guān)系，可變量只有水位；B、 數(shù)學(xué)模型是矩形截面的巴歇爾槽遵守以下公式
式中，c、為取決于接近流速的流速系數(shù)，c。為取決于受摩擦和渦流影響的 流量系數(shù)，b為水流槽的寬度，h為水位，在特定的水流槽體中b、 G,a均為常數(shù)，只要測得水位，即可算出流量；II、 板式智能傳感器的制備分為兩部分進(jìn)行， 一部分是電路芯片的制備，另 一部分是結(jié)構(gòu)外殼的制備，A、 電路芯片部份的制備，首先選用絕緣材料板制成支撐骨架21，作為點(diǎn)陣 取樣感應(yīng)點(diǎn)15和無線數(shù)據(jù)變送部分17的依托板，支撐骨架21用環(huán)氧樹脂板或其它 絕緣材料板做成，而后在依托板的正面固定若干塊對水位檢測的點(diǎn)陣取樣感應(yīng)點(diǎn) 15，詳見結(jié)構(gòu)圖圖4、圖5，點(diǎn)陣取樣感應(yīng)點(diǎn)15由非磁耐腐導(dǎo)體材料制成，縱向 取樣感應(yīng)點(diǎn)分辨率為l毫米，依托板的背面固定有若干塊傳感器芯片電路板，其 它檢測電路和數(shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計、變送的電路塊根據(jù)安裝條件穿插固定在依托板的 背面，以此電路板實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號的檢測、變送功能；B、 結(jié)構(gòu)外殼用可塑性絕緣材料制成，最后將電路芯片部份與內(nèi)部電路和 結(jié)構(gòu)外殼一起用可塑防水性絕緣材料澆鑄成固態(tài)方形、圓形、板式或棒式傳感 器；C、 引線端子用接插式引線端子，該接插件，在接插緊固好后無需做其它 防水處理。III、 將板式智能傳感器11嵌入I所制備的明渠流量槽的檢測取樣部位上 開啟的燕尾槽14中。上述支撐骨架21用環(huán)氧樹脂板制成，取樣感應(yīng)點(diǎn)15由非磁、耐腐、導(dǎo)體 材料制成，外殼用環(huán)氧樹脂、塑料或可塑絕緣材料澆鑄而成；引線端子是用塑 料、環(huán)氧樹脂、其它絕緣材料或具有防水全封閉能力的多芯電器接插件制成； 電路芯片部份與結(jié)構(gòu)外殼經(jīng)澆鑄后成為一個固態(tài)實(shí)體，板式智能傳感器11的 外型尺寸根據(jù)不同規(guī)格的明渠流量槽設(shè)計。上述一種槽體污水流量檢測板式智能裝置的使用方法，其特征在于第一、 首先將機(jī)內(nèi)電池供電的供電電路20或外接電源接通，激勵電源設(shè)計在9一6伏 范圍內(nèi)供電，由恒壓電路對激勵電源進(jìn)行恒壓處理，通訊采取定時和呼喚式待 機(jī)休眠式工作狀態(tài)，以此減小信號輸送中的損耗，進(jìn)一步提高通訊待機(jī)時間和 遠(yuǎn)傳能力；第二、將板式智能傳感器11垂直安裝于水槽檢測部位的燕尾槽14 中，當(dāng)水位上下變化時，相應(yīng)的水面靠近某個傳感元電路，該電路產(chǎn)生觸發(fā)性 翻轉(zhuǎn)，輸出信號由"1 "變?yōu)?0"，當(dāng)物料面離開某個傳感元時輸出信號由"O" 變?yōu)?1 "，以此保證若干個傳感元電路組成一個水位神經(jīng)面；第三、再經(jīng)過 微處理器對各取樣感應(yīng)點(diǎn)15進(jìn)行逐點(diǎn)檢索、數(shù)字統(tǒng)計、數(shù)字變送、無線通訊， 從而實(shí)現(xiàn)釆樣、處理、變送，全數(shù)字化的流量檢測。 發(fā)明的主要用途及優(yōu)點(diǎn)1、 用途用于城市環(huán)保、礦山、冶金、建材、電力、化工等工礦企業(yè)的 水流量自動化檢測、控制和管理。2、 優(yōu)點(diǎn)a、 檢測信號具有不受溫度、氣壓等環(huán)境條件影響。b、 測量誤差小，穩(wěn)定可靠。c、 接觸式，具有不怕泥沙、污物粘連。d、 安裝、使用、維護(hù)方便。不受安裝條件所限制，適用于無人看管的荒 野明渠、下水道出口的流量計量。四

圖1為槽式流量檢測智能傳感器原理圖中的標(biāo)號為1、恒壓電路2、電源電路3、無線發(fā)送電路4、智能檢 測與變送電路5、檢測信號元電路6、信號取樣電路 圖2槽式流量檢測智能傳感器整體結(jié)構(gòu)中的標(biāo)號為7、水路8、整流部9、收縮段10、擴(kuò)散段11、板式智能傳感器 12、槽頂13、喉道圖3為槽式流量檢測智能傳感器分體結(jié)構(gòu)中標(biāo)號為7、水路8、整流部9、收縮段10、擴(kuò)散段11、板式智能傳感器 12、槽頂13、喉道 14、燕尾插槽圖4為板式智能傳感器11正面中標(biāo)號為15、點(diǎn)陣取樣感應(yīng)點(diǎn)圖5為板式智能傳感器側(cè)剖面中標(biāo)號為15、點(diǎn)陣式取樣感應(yīng)點(diǎn)16、信號發(fā)送模塊17、信號發(fā)送天線 18、信號檢測電路 19、智能數(shù)據(jù)處理電路20、供電電路21、支撐骨架 五具體實(shí)施方式
實(shí)施方式l:為焦化廠設(shè)計的槽式流量檢測智能傳感器。是按照明渠流體 力學(xué)伯努利原理的基本規(guī)律設(shè)計巴歇爾槽，設(shè)計最大流量在250L/S的流量水 槽，水槽中流體液位變化在0.03m 0.60m之間。水槽用玻璃鋼制成，槽體由 喉道上游具有水平底面的均勻收縮段9、具有下降坡度底面和側(cè)面寬度狹窄且 互相平行的喉道段13和下游具有上升坡度底面的均勻擴(kuò)散段10三部分組成； 在收縮段距侯道段三分之二處部位開一個燕尾槽14，使板式智能傳感器11嵌 入槽中，其板式智能傳感器ll分兩大部分， 一部分是信號檢測部分18，另一 部分是智能數(shù)據(jù)處理部分19和無線數(shù)據(jù)變送部分17;其信號檢測部分18是 以感應(yīng)式檢測理論而設(shè)計的數(shù)字檢測電路所組成的點(diǎn)陣檢測板構(gòu)成的，無線數(shù) 據(jù)變送部分17由數(shù)據(jù)逐點(diǎn)檢索、統(tǒng)計，由雙向通訊的無線收發(fā)送摸塊進(jìn)行信 號變送的電器組件組成。該板式智能傳感器11內(nèi)部芯片骨架用環(huán)氧樹脂板做 成，板的正面安裝有78塊MFC7710 B檢測芯片、1塊MFC7720B信號處理芯片、 1塊nRF401無線發(fā)送電路板和1塊供電電路板，芯片的背面固定有600個取 樣感應(yīng)點(diǎn)。感應(yīng)點(diǎn)檢測的縱向分辨率為lmm，由鎳鉻合金制成。板式智能傳感 器11采用塑料外殼，內(nèi)部用環(huán)氧樹脂澆鑄而成，芯片與外殼經(jīng)澆鑄后成為一 個實(shí)體，結(jié)構(gòu)外殼用可塑性絕緣材料制成，最后將電路芯片部份與內(nèi)部電路和 結(jié)構(gòu)外殼一起用可塑防水性絕緣材料澆鑄成固態(tài)方形，引線端子用帶有水封的 接插式引線端子，該接插件，在接插緊固好后無需做其它防水處理。使用時首 先將機(jī)內(nèi)電池供電的供電電路20或外接電源接通，激勵電源設(shè)計在9一6伏范 圍內(nèi)供電，由恒壓電路對激勵電源進(jìn)行恒壓處理，通訊采取定時和呼喚式待機(jī) 休眠式工作狀態(tài)，以此減小信號輸送中的損耗，進(jìn)一步提高通訊待機(jī)時間和遠(yuǎn) 傳能力；接著將板式智能傳感器11垂直安裝于水槽檢測部位的燕尾槽14中， 當(dāng)水位上下變化時，相應(yīng)的水面靠近某個傳感元電路，該電路產(chǎn)生觸發(fā)性翻轉(zhuǎn)， 輸出信號由"1 "變?yōu)?0"，當(dāng)物料面離開某個傳感元時輸出信號由"0"變 為"1 "，以此保證若干個傳感元電路組成一個水位神經(jīng)面；然后再經(jīng)過微處 理器對各取樣感應(yīng)點(diǎn)15進(jìn)行逐點(diǎn)檢索、數(shù)字統(tǒng)計、數(shù)字變送、無線通訊，從 而實(shí)現(xiàn)采樣、處理、變送，全數(shù)字化的流量檢測。
實(shí)施方式2:為污水廠設(shè)計的槽式流量檢測智能傳感器。設(shè)計最大流量在4000L/S的流量水槽，水槽中流體液位變化在0.08m 0.80ra之間。水槽用玻 璃纖維不飽和聚酯復(fù)合材料制成，傳感器結(jié)構(gòu)外殼用可塑性絕緣材料制成，最 后將電路芯片部份與內(nèi)部電路和結(jié)構(gòu)外殼一起用可塑防水性絕緣材料澆鑄成 板式傳感器，板的正面安裝有100塊MFC7710 B檢測芯片、1塊MFC7720B信 號處理芯片、1塊nRF401無線發(fā)送電路板和1塊供電電路板。芯片的背面固 定有800個取樣感應(yīng)點(diǎn)，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式3:為灌區(qū)設(shè)計的槽式流量檢測智能傳感器。設(shè)計最大流量在 93040L/S的流量水槽，水槽中流體液位變化在0.09m 1.83m之間。水槽是按 照明渠流體力學(xué)伯努利原理的基本規(guī)律設(shè)計巴歇爾槽，用水泥筑成。該板式智 能傳感器筑在水槽收縮段測壁。傳感器內(nèi)部芯片骨架用環(huán)氧樹脂板做成。板的 正面安裝有240塊MFC7710 B檢測芯片、1塊MFC7720B信號處理芯片、1塊 riRF401無線發(fā)送電路板和1塊供電電路板。芯片的背面固定有1900個取樣感 應(yīng)點(diǎn)。感應(yīng)點(diǎn)檢測的縱向分辨率為lmm，由鎳鉻合金制成。安裝時水槽的中心 線與渠道的中心線重合，使水流進(jìn)入巴歇爾槽不出現(xiàn)偏流。巴歇爾槽的上游應(yīng) 有大于5倍渠道寬的平直段，使水流能平穩(wěn)進(jìn)入巴歇爾槽。即沒有左右偏流， 也沒有渠道坡降形成的沖力，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式4:為環(huán)保局設(shè)計的槽式流量檢測智能傳感器。設(shè)計最大流量在 5.4L/S的流量水槽，水槽中流體液位變化在0.015m 0.21m之間。水槽用玻 璃鋼制成。該板式智能傳感器內(nèi)部芯片骨架用環(huán)氧樹脂板做成。板的正面安裝 有4塊MFC7710 B檢測芯片、1塊MFC7720B信號處理芯片、1塊nRF401無線 發(fā)送電路板和1塊供電電路板。芯片的背面固定有30個取樣感應(yīng)點(diǎn)。感應(yīng)點(diǎn) 檢測的縱向分辨率為lmin，由鎳鉻合金制成，其它同實(shí)施方式l。
權(quán)利要求
1、一種槽體污水流量檢測板式智能裝置的使用方法，其特征在于第一、首先將機(jī)內(nèi)電池供電的供電電路(20)或外接電源接通，激勵電源設(shè)計在9-6伏范圍內(nèi)供電，由恒壓電路對激勵電源進(jìn)行恒壓處理，通訊采取定時和呼喚式待機(jī)休眠式工作狀態(tài)，以此減小信號輸送中的損耗，進(jìn)一步提高通訊待機(jī)時間和遠(yuǎn)傳能力；第二、將板式智能傳感器(11)垂直安裝于水槽檢測部位的燕尾槽(14)中，當(dāng)水位上下變化時，相應(yīng)的水面靠近某個傳感元電路，該電路產(chǎn)生觸發(fā)性翻轉(zhuǎn)，輸出信號由“1”變?yōu)椤?”，當(dāng)物料面離開某個傳感元時輸出信號由“0”變?yōu)椤?”，以此保證若干個傳感元電路組成一個水位神經(jīng)面；第三、再經(jīng)過微處理器對各取樣感應(yīng)點(diǎn)(15)進(jìn)行逐點(diǎn)檢索、數(shù)字統(tǒng)計、數(shù)字變送、無線通訊，從而實(shí)現(xiàn)采樣、處理、變送，全數(shù)字化的流量檢測。
全文摘要
一種槽體污水流量檢測板式智能裝置的使用方法，屬于自動化檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種用于污水流量檢測的傳感器、制備和使用。主要用于城市環(huán)保、礦山、冶金、建材、電力、化工等工礦企業(yè)的水流量自動化檢測、控制和管理。該裝置是由明渠流量槽、板式智能傳感器兩大部分組成，其明渠流量槽是按照明渠流體力學(xué)伯努利原理的基本規(guī)律設(shè)計，其板式智能傳感器(11)分兩大部分，一部分是信號檢測部分(18)，另一部分是智能數(shù)據(jù)處理部分(19)和無線數(shù)據(jù)變送部分(17)組成；該檢測信號具有不受溫度、氣壓等環(huán)境條件影響。安裝、使用、維護(hù)方便。不受安裝條件所限制，適用于無人看管的荒野明渠、下水道出口的流量計量。
文檔編號G01F1/704GK101149282SQ20071013966
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者賈秀美, 珺 馬, 馬福昌 申請人:太原理工大學(xué)