容積式流量測量方法
2023-06-21 07:51:26
專利名稱：容積式流量測量方法
技術領域：
本發明涉及一種容積式流量測量方法，適用於有一個或多個固定容積池，並有一個或多個泵從中抽取流動介質，通過校準泵流量曲線並測量液位，一系列補償修正，而精確測量流入和流出的流量的容積式流量測量方法。
背景技術：
在城市給排水和某些工業中間液體、廢液排放中，通常需要知道液體流量，由此產生了對流量測量的需要，目前比較常用的有電磁流量計和超聲波流量計。電磁流量計是利用水在管道中的切割磁場，產生感應電勢，其大小與切割速度成正比原理，測量出水的平均流速，從而達到測量的目的。超聲波流量計利用水的流速改變超聲波的傳輸速度或頻率特性，通過檢測出超聲波傳輸速度的時差或頻差，從而反映出水的平均流速，達到流量水計量的目的。這兩種流量測量儀表優點是，精度高，抗幹擾能力較強；但是價格貴，對現場的安裝條件要求比較高，現場標定需要由專業人員和專業設備進行，對操作人員要求高，維護成本高。而在城市給排水的中間環節和某些工業中間液體、廢液排放中，對流量的計量精度往往要求不高，其要求測量流量更多是管理或統計上的需要，而不是精確計量的需要。在這種情況下，使用專業流量測量儀表就不僅超出客戶的需要，而且所費不菲。容積式液體流量測量方法是為這一類需要開發的，測量精度小於5％，不需要使用任何專用流量測量設備，實施成本相對採用專業流量測量儀表大為降低。特別適用於城市泵站、某些工業中間液體、過程液體排放的流量測量。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有容積式流量測量中用電磁流量計和超聲波流量計的價格貴，對現場的安裝條件要求比較高，現場標定需要由專業人員和專業設備進行，對操作人員要求高，維護成本高的缺點，提供一種不需要任何專用流量測量設備，只要通過泵流量的校正及一系列補償修正就能精確測量瞬時流量和累積流量的容積式流量測量方法。
本發明的技術方案是一種容積式流量測量方法，其特點是用於有一個或多個固定容積池，並有一個或多個泵從中抽取流動介質，通過校準泵流量曲線並測量液位，從而可以精確測量流入和流出的流量，其具體步驟為1、測量容積池的容積給出容積池橫截面積和高度的函數關係S(h)，測量容積池的容積；2、泵揚程與流量曲線的校準待容積池內液體液位達到最高工作液位，關閉進水閥門，開任意一個泵抽取液體，直到達到最低工作液位，然後關泵並打開進水閥門，記錄從關閉閥門到打開閥門這一段時間的液位、泵工作電流和電壓數據，由液位的變化間接得出泵的瞬時流量，通過多項式擬合得出泵揚程與流量曲線，有多個泵的按照上述過程逐一操作；3、泵功率與流量曲線的校準使用步驟2中測量的泵工作時電壓和電流，得出泵的瞬時功率，亦通過多項式擬合出泵功率和流量曲線，有多個泵的按照上述過程逐一操作；4、流量的計算(1)根據步驟2、3得出的泵揚程——流量曲線和泵功率——流量曲線；(2)準確測量液位值，得到瞬時揚程，根據瞬時揚程，由泵揚程——流量曲線獲得該揚程下每個泵的瞬時流量；(3)瞬時流量還要經過泵功率——流量曲線的修正具體的方法是根據測量得到的瞬時泵工作電流和電壓算出其瞬時功率，由瞬時功率和功率——流量曲線可以獲得泵功率——流量修正值，再用這個值修正經泵揚程——流量曲線獲得的瞬時流量，總瞬時流出流量等於多個泵的瞬時流量的相加；總瞬時流出流量為 其中n為泵的臺數，F(h)是泵的揚程和流量擬合曲線，ΔFi為第i臺泵的功率——流量修正值，p(i)是第i臺泵的狀態，工作時取1，
否則為0，fout瞬時為求出的總瞬時流出流量；泵功率——流量修正值ΔFi本質上反映了功率的微小變化對真實流量的影響，該修正可以提高瞬時流量的準確性，彌補了根據揚程——流量曲線獲得瞬時流量誤差較大的缺點，其函數形式為ΔFi＝f(ΔPi) (2)其中ΔPi為實際瞬時功率偏離泵功率——流量曲線的程度，函數f是根據實驗獲得的經驗函數關係；總瞬時流入流量為 其中n為泵的臺數，S(h)是容積池的截面積和高度的函數，h1和h2是間隔一個採樣周期所測量的先後液位值，dt是採樣周期，fin瞬時為求出的瞬時流入流量；累積流出流量為 其中t1和t2是開始時間和結束時間，dt是採樣周期，f累積為求出的累積流出流量。
本發明的有益效果是，應用本方法測量流量，在長期使用條件下的仍有較高的測量精度，當測量精度下降時，可以方便地重新校準泵的揚程和流量曲線，不需要使用任何額外的測量設備，對現場的條件要求低，對操作人員無額外的技術要求，這會極大的方便使用者。採用任何一個流量測量設備，其流量測量精度的驗證都需要在廠家特定設備條件下進行驗證，本發明的流量精度驗證和泵校準過程同步，在完成校準的同時，就可以知道其累積流量測量精度，在使用過程中的任何時間都可以進行校準和驗證。本發明的顯著特徵就是使得流量校準、測量和驗證的過程簡化，大大節約了採購專用流量測量設備的費用，同時測量的程序可以方便的集成在泵的自動監控系統中，維護簡單。
圖1為實施本方法的裝置連接圖；圖2為泵揚程和流量擬合曲線圖；圖3為泵功率和流量擬合曲線圖。
具體實施例方式
本發明涉及到對有一個或多個連通的容積池，其容積是可以測量的，可得到高度和橫截面的關係；有一個或多個進流管道並置有閥門，並有一個或多個潛水泵從中抽取流動介質，一個或多個出流管道，一個或多個液位計、閥門。液位計和泵通過輸入/輸出接口和可編邏輯控制器(PLC)或單片機相連接。通過出流管道排出流動介質，通過一套對潛水泵流量曲線校準的過程並測量液位，從而可以比較精確測量流入和流出的流量的過程。
具體實施的測量裝置由圖1所示，一個容積池為泵坑1，泵坑中有數臺泵2(示例為4臺)，泵坑進水處有進水閥門3，液位計4安裝在泵坑上部，閥門、液位計和泵通過輸入/輸出接口和可編邏輯控制器(PLC)或單片機連接用於流量測量。
例如對一個有4臺泵的泵站而言，具體的實施方式如下1.按本發明方法的第一步需進行如下準備工作
2.泵的校準按照步驟(2、3)所給定的過程，對所有泵逐臺進行校準，每臺泵校準後，系統會根據採集的數據自動進行擬合計算並給出泵的揚程——流量曲線和泵功率——流量曲線，數據採集的採樣率範圍界於10-1000毫秒，即每秒採集數據1-100次。
擬合方法採用多項式擬合，具體過程如下H＝a1F2+b1F+c1(5)P＝a2F2+b2F+c2式中H為揚程，F為瞬時流量，P為瞬時功率，a1，b1，c1，a2，b2，c2為待求的曲線參數。對揚程——流量曲線，用最小二乘法原理，回歸係數a1，b1，c1可由求解正規方程組而獲得(i=1nFi4)a1+(i=1nFi3)b1+(i=1nFi2)c1=i=1nHiFi2]]>(i=1nFi3)a1+(i=1nFi2)b1+(i=1nFi)c1=i=1nHiFi---(6)]]>(i=1nFi2)a1+(i=1nFi)b1+nc1=i=1nHi]]>式中n是採樣的點數，Fi和Hi是第i個採樣點的瞬時流量和揚程。
擬合的結果如圖2所示。
採用同樣的方法可以求得泵功率——流量曲線，見圖3。
經過以上校準過程，可以獲得泵真實的揚程——流量和功率——流量曲線。有了這些特性曲線，可以在給定揚程時，反過來計算泵的瞬時流量。
在長期運行條件下，泵葉片磨損或機械性能會逐漸發生變化，使得泵的特性曲線偏移；當泵經過維護或修理，其安裝條件或機械性能也會發生變化，使得泵的特性曲線偏移；當流動介質的溫度或平均密度發生變化，也會使得泵的揚程和流量曲線偏移。這些偏移都會影響測量的精度。為了提高長期使用條件下的測量精度，可以定期或當出現上述情況時，應重新校準泵的特性曲線。
3.流量計算按本方法步驟(4)中公式1-4所給定的方法，可以求得每臺泵的瞬時流量和累計流量，也可以求得總流入流量和流出流量。根據大量的現場實驗，本方法測得的瞬時流量和累積流量精度完全可以控制在5％以內。
4.流量計算精確度驗證過程待容積池內液體液位達到最高工作液位，關閉進水閥門，開任意一個泵抽取液體，直到達到最低工作液位，然後關泵並打開進水閥門。記錄從關閉閥門到打開閥門這一段時間的時鐘、液位、泵工作電流和電壓數據，通過本方法計算得出累積流量，比較容積池實際液位的變化，比較上述兩個結果，從而可以驗證本方法的測量精度。
權利要求
1.一種容積式流量測量方法，其特徵在於，有一個或多個固定容積池，並有一個或多個泵從中抽取流動介質，通過一套泵流量校準的過程並測量液位，從而可以精確測量流入和流出的流量，其具體步驟為(1)量容積池的容積給出容積池橫截面積和高度的函數關係S(h)，剔除掉容積池內所佔物體的體積，測量容積池的容積；(2)泵揚程與流量曲線的校準待容積池內液體液位達到最高工作液位，關閉進水閥門，開任意一個泵抽取液體，直到達到最低工作液位，然後關泵並打開進水閥門，採集從關閉閥門到打開閥門這一段時間的液位、泵工作電流和電壓數據，由液位的變化間接得出泵的瞬時流量，通過多項式擬合得出泵揚程與流量曲線，有多個泵的按照上述過程逐一操作；(3)泵功率與流量曲線的校準使用步驟2中測量的泵工作時電壓和電流，得出泵的瞬時功率，亦通過多項式擬合出泵功率和流量曲線，有多個泵的按照上述過程逐一操作；(4)流量的計算(1)根據步驟2、3得出的泵揚程——流量曲線和泵功率——流量曲線；(2)準確測量液位值，得到瞬時揚程，根據瞬時揚程，由泵揚程——流量曲線獲得該揚程下每個泵的瞬時流量；(3)瞬時流量還要經過泵功率——流量曲線的修正具體的方法是根據測量得到的瞬時泵工作電流和電壓算出其瞬時功率，由瞬時功率和功率一一流量曲線可以獲得泵功率——流量修正值，再用這個值修正經泵揚程——流量曲線獲得的瞬時流量，總瞬時流出流量等於多個泵的瞬時流量的相加；總瞬時流出流量為 其中n為泵的臺數，F(h)是泵的揚程和流量擬合曲線，ΔFi為第i臺泵的功率——流量修正值，p(i)是第i臺泵的狀態，工作時取1，否則為0，fout瞬時為求出的總瞬時流出流量；泵功率——流量修正值ΔFi本質上反映了功率的微小變化對真實流量的影響，該修正可以提高瞬時流量的準確性，彌補了根據揚程——流量曲線獲得瞬時流量誤差較大的缺點，其函數形式為ΔFi＝f(ΔPi) (2)其中ΔPi為實際瞬時功率偏離泵功率——流量曲線的程度，函數f是根據實驗獲得的經驗函數關係；總瞬時流入流量為 其中n為泵的臺數，S(h)是容積池的截面積和高度的函數，h1和h2是間隔一個採樣周期所測量的先後液位值，dt是採樣周期，fin瞬時為求出的瞬時流入流量；累積流出流量為 其中t1和t2是開始時間和結束時間，dt是採樣周期，f累積為求出的累積流出流量。
2.一種為實現容積式流量測量方法的裝置，它包括一個或多個連通的容積池，一個或多個進流管並置有進水閥門，一個或多個從容積池中抽取流動介質潛水泵，一個或多個流出管道，其特徵在於，裝置置有一個或多個液位計，液位計和泵通過輸入/輸出接口和可編邏輯控制器(PLC)或單片機相連接。
3.根據權利要求1所述的容積式流量測量方法，其特徵在於，所述的採集從關閉閥門到打開閥門這一段時間的液位、泵工作電流和電壓數據的採樣率範圍界於10-1000毫秒，即每秒採集數據1-100次。
全文摘要
本發明公開了一種容積式流量測量方法，特點是，適用於有一個或多個容積池，並有一個或多個泵從中抽取流動介質，通過校準泵流量曲線並測量液位，精確測量流入和流出的流量，其步驟為測量容積池的容積；泵揚程與流量曲線的校準；泵功率與流量曲線的校準；流量的計算；本發明的有益效果是，長期使用有較高精度，現場條件變化時，可重新校準泵的揚程和流量曲線，不需要使用任何額外的測量設備，對現場的條件及對操作人員要求低，本發明的流量精度驗證和泵校準過程同步，在使用過程中的任何時間都可以進行校準和驗證，使得流量校準、測量和驗證的過程簡化，大大節約了採購專用流量測量設備的費用，同時測量的程序可以方便的集成在泵的自動監控系統中，維護簡單。
文檔編號G01F11/00GK1645063SQ20051002336
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月14日 優先權日2005年1月14日
發明者範嶽峰 申請人:範嶽峰