智能流量傳感器原理及應用

智能流量傳感器原理及應用

0礦井排水系統(tǒng)的排水能力好,但排水效果差。據(jù)有機的厚度,所有井水費一直是中國煤炭安全生產(chǎn)的一個主要問題。主要表現(xiàn)形式是井流量的突然增加，超過井排水系統(tǒng)的排水能力。因此,井下出水點的涌水量監(jiān)測被作為預防水害發(fā)生的一項非常重要的工作。然而,由于煤礦井下條件比較惡劣,水中雜物也比較多,容易造成淤積,使所選用傳感器不能正常工作。所以,有必要研制一種適合惡劣環(huán)境下排水流量測量的傳感器。1下游均勻擴散段巴歇爾槽(Parshallflume)簡稱P槽或巴氏槽,是一種明渠量水堰槽。巴歇爾槽為矩形橫斷面短喉道槽,由上游均勻收縮段、喉道段和喉道下游均勻擴散段3部分組成。根據(jù)喉道寬度尺寸(b)分為3種類型:小型槽、標準型槽和大型槽。小型槽:b=0.076m,0.152m,0.220m;標準型槽:b=0.25~2.4m;大型槽:b=3.05~15.24m.與其他明渠流量計比較,巴歇爾槽有以下顯著特點:水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉積,隨水流排出;水位抬高比堰小,僅為1/4,適用于不允許有大落差的渠道。顯然,巴歇爾槽很適合井下用于測量煤礦井下排水溝渠的流量。1.1渠的安裝注意事項進口收縮段要求底面嚴格水平,兩側(cè)邊墻與底面垂直與縱軸線成1:5的比值對稱收縮。喉道段兩側(cè)邊墻互相平行,喉道寬度(b)尺寸準確。為了預防超出設計標準的洪水漫溢,進口收縮段邊墻高度應增加0.35~0.50m超高。上下游翼墻長度取決于河渠的寬度,要求翼墻插入河渠兩岸的長度不得少于0.4~0.5m.安裝時應注意:(1)巴歇爾槽中心線應與行近渠中心線重合;(2)順直的行進渠槽長度應不小于5倍的行近渠寬度;(3)巴歇爾槽的進口和出口段應加以防護。上游護底長一般為4hmax(hmax為實測最大水頭值),下游護底長度為6hmax~8hmax;(4)堰體施工允許誤差:喉道寬度(b)允許相對偏差為寬度的0.2%,最大偏差值≤0.01m.喉道的水平長度允許相對偏差為水平長度的0.1%。堰高的允許相對偏差為設計堰高的1.0%,最大偏差值≤0.02m.另外,為了保證所測水位不受流動性的影響,在行近渠槽的一側(cè)建靜水井,由連通管與行近渠槽水流相通,用水位傳感器觀測靜水井中的水位,即巴氏槽中的水位。觀測位置在堰頂上游收縮段2/3處,如圖1所示。1.2水位與流量的關系標準巴歇爾槽具體結(jié)構(gòu)尺寸可參考JJG711—1990(明渠堰槽流量計試行檢定規(guī)程)。水位與流量的關系如下:Q=0.372b(3.28h)1.569a(1)式中:a=b0.026;b為喉道寬;Q為常數(shù);h為實測水頭。2電容式水位傳感器與地面兩網(wǎng)融合數(shù)據(jù)的采集智能流量傳感器主要由巴歇爾槽、電容式水位傳感器、溫度傳感器DS18B20、A/D轉(zhuǎn)換器AD7705、單片機P89LPC932及M-BUS總線通信接口電路等部分組成。電容式水位傳感器用于測量流經(jīng)巴歇爾槽行近渠槽的實測水頭h;溫度傳感器用于測量水的溫度;M-BUS總線通信接口電路用于智能流量傳感器與設置器或者監(jiān)測分站進行通信,并且通過M-BUS總線接口可以實現(xiàn)智能流量傳感器的遠程供電。工作流程如下:將巴歇爾槽安裝在煤礦井下的排水溝里,并在巴歇爾槽行進渠槽一側(cè)的靜水井水中放置水位傳感器和溫度傳感器DS18B20。然后,將它們連接到智能流量傳感器的數(shù)據(jù)采集板上,如圖2所示。電容式水位傳感器采用直流5V供電,輸出為0.5~4.5V直流信號。在(5±0.5)V的情況下,輸出雖然變化,但其線性、重復性和溫度系數(shù)不變。來自水位傳感器的模擬電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機并進行相關處理后,得到水頭高度h,然后單片機再根據(jù)式(1)計算出流量,并將得到的流量和DS18B20測得的水溫通過底層M-BUS總線送到監(jiān)測分站,監(jiān)測分站將來自底層的數(shù)據(jù)存儲。最后,監(jiān)測分站根據(jù)監(jiān)控中心計算機的命令,通過M-BUS總線將所存儲數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中心計算機進行處理。如果出現(xiàn)異常,如流量突然增長超過了警界線,監(jiān)控中心計算機就會報警,以提醒工作人員及時采取措施,以免發(fā)生不必要的災難。設置器用于對智能流量傳感器進行初始化或者相關參數(shù)(如地址、公式計算系數(shù)等)的修改。具體的流程圖如圖3所示。實踐證明:基于巴歇爾槽的智能流量傳感器在礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)中運行可靠、穩(wěn)定,測量準確,很好地起到了監(jiān)測煤礦井下排水流量的作用。3在其他渠道的排水系統(tǒng)的排放治理方面的應用基于巴歇爾槽的智能流量傳感器安裝簡單、通用性強、成本低、易維護,而且測量準確?？蓱糜诔鞘泄┧⒒痣姀S冷卻水引水和排