電磁流量計與自流道流量測量系統合作的設計應用

    我們三暢儀表在這里向大家介紹一種新的自流道輸水流量計量方法,該方法與電磁流量計一起使用效果非常非常好。本文討論了兩者的組成,工作原理,技術特點和應用設計實現。

一.引言
    天津市引灤工程潮白河泵站自流道于1987年建成使用后,大大縮短了泵站的開機時間,全年基本上由自流道向市內輸水,為了保證輸水數據的準確性,需要實時監測自流道的輸水流量。
    多年以來，傳統的自流道輸水流量的計量是通過人工定時讀取流道進、出口處水尺得到水位值，然后通過查有關自流道形狀、流態等參數對應的曲線取修正參數后，再通過計算算出流量的方法獲得，這種方法不僅費時費力，不能連續或實時計量，而且其準確性也受到天氣、人為因素等影響。
    為了提高測量精度，消除人為影響，我們設計了電磁流量計，下文將介紹系統的組成，工作原理和技術實現。

二.系統組成
    電磁流量計是通過水位采集系統連續測量自流道進口和出口處的水位值，將所測得的水位值送入流量數據處理系統，計算出實時的流量值。

圖1是測量系統示意圖。

    聲學探頭安裝在自流道進口和出口的支架上，通過電纜將信號傳至安裝在泵站主探室的水位采集系統，計算出各測點的水位值，再通過電纜送至安裝在管理處辦公樓水調科的流量數據處理系統，并依據進口水位、出口水位經數據計算處理得出流量、系統內的半導體存儲器自動存貯水位和流量參數，主探系統將處理結果送出顯示并打印，各項參數還可以由標準的RS-232C串行接口送入計算機中，用計算機建立起數據庫并進行計算機后處理。
    儀器包括聲學探頭及外保護管、水位采集系統、流量數據處理系統、大屏幕顯示部分、打印機及RS-232C通訊接口。

三.系統設計與實現
1.水位采集系統
（1）水位測量工作原理
    水位測量原理如圖2所示，由收發共用聲學探頭發射一聲脈沖，經聲管傳聲L聲程遇水界面產生反射，反射波（下稱回波），又經L聲程由同一聲學探頭接收，只要測得聲波（由發射至接收到回波）在空氣中的傳播時間t及現場聲速c，就可測算出聲學探頭發射面至水面的距離。
 
    在設計上采用自校準技術對聲速進行補償，即在連接聲學探頭的地衣節聲管（稱此聲管為校準管）的已知距離L0處開有一校準用小圓孔。聲學探頭發射的聲脈沖首先遇小孔這一界面產生反射回波，這一回波傳播的聲程2L0為已知，傳播時間t0可測出。

（2）水位采集系統的組成
    水位測量是應用空氣聲學回聲測距原理，將聲學探頭安裝在自流道進口和出口處，通過電纜將信號傳至水位采集系統，采集并輸出進口和出口處的水位值。
    水位采集系統由聲學探頭，聲路總成、外保護管總成、水位采集主機系統、顯示及電源組成、水位采集系統通過RS-232C接口與流量數據處理系統相連。
（3）水位測量數據的輸出
    用空氣回聲測距方法測量到水位值后，水位采集系統通過標準RS-232C串口與流量數據處理系統相連，傳送測量數據。
    數據是從安裝在泵站主控室的水位采集系統傳輸至安裝管理處辦公樓水調科的流量數據處理系統，電纜距離較長，所以選用低速率異步串行通訊方式，通訊協議具體為：
    傳輸速率：300波特
    幀數據：8位
    起始位：1位
    停止位：1位
    奇偶較驗：1位
    傳輸數據格式為：SaaaabbbbY

2.流量數據處理系統
（1）電磁流量計算原理
    電磁流量計量是依據實時測量的水位值，考慮到自流道的形狀，不同流態的影響求得自流道精確的水位流量關系式，計算出相應的流量值。
（2）流量數據處理系統的組成
    流量數據處理系統通過RS-232C接口與水位采集系統相連，接收到水位值后，依照公式（4）計算出實時輸水流量。
    流量數據處理系統完成輸水計量的主控，數據處理、流量輸出、數據存儲（包括月、日、時、進口水位、出口水位、流量值6個參數的正點值。系統存儲容量為32K字節，可存儲兩個月的數據）、向大屏幕顯示傳送數據（進口水位、出口水位、流量值）。
    流量數據處理系統由主控、時鐘、數據處理存儲、顯示、RS-232C通過接口組成，外圍連接打印機及大屏幕數據顯示。
（3）流量數據的輸出
    流量數據處理系統完成輸水計量的數據處理，分別以3種方式輸出，即打印輸出，向大屏幕顯示輸出和內存數據RS-232C串行口輸出。

四、結束語
    自流道流量測量系統自從與電磁流量計兩者一起使用并連續運行至今，兩者儀器工作穩定可靠，水位測量與水尺比測，流量測量與原測量方法比測，均達到滿意的效果，用此新方法測算出的流量數據滿足流量計量的精度要求，達到了設計指標要求。自流道流量測量系統性能先進，實現了自流道輸水水流量計量完全自動化的目的，是明渠輸水計量的理想系統，它的推廣使用將產生明顯的經濟效益和社會效益。