一種槽體流量檢測板式智能裝置的製備的製作方法
2023-10-05 18:09:34
專利名稱：一種槽體流量檢測板式智能裝置的製備的製作方法
技術領域：
本發明一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備屬於自動化檢測技術 領域，具體而言是一種用於汙水流量檢測的傳感器。二、 背景技術目前國內外在汙水流量檢測方面採用的技術和產品不少，根據不同的測 量條件和測量目的，目前採用的汙水流量計主要有以下幾種壓差式流量計、 容積式流量計、轉子式流量計、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。屬於這一類流量計的主要裝置有文丘裡流量計、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定流條件下，高精度測量流量的儀器，其特點是有一 個或多個移動的容積部件裝在流道上，用於測試流量。屬於這一類的流量計有 往復活塞式流量計、旋轉活塞式流量計、旋轉葉片流量計和旋轉轉盤式流量計。3. 轉子式流量計轉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 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。根據浮 子的力平衡公式計算出體積流量。轉子流量計僅用於清潔的液體，且只能測較 小流量。4. 水輪式流量計水輪式流量計的運行類似於一個水輪，葉輪裝在一個有流體流過的工作塞 中，由液體衝擊葉片表面帶動葉輪轉動，轉子的轉動可以直接帶動一個記錄器， 記錄工作室內流量增量。 5. 電磁式流量計電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律製成的一種測量導電性液體流量 的儀表。電磁流量計有一系列優良特性，可以解決其它流量計不易應用的問題， 如髒汙流、腐蝕流的測量。七八十年代電磁流量計在技術上有重大突破，使它 成為應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(或超聲脈衝)的作用以測量 流量的儀表。根據對信號檢測的原理，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、都卜勒法、互相關法、 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置 任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適於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點，近年來也是發展迅速的流量計之7. 明渠流量計以非滿水狀態流通的水路，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。明渠流量計的應用場所有城市供水引 水渠、火電廠引水和排水渠、汙水治理流入和排放渠、工礦企業水排放以及水 利工程和農業灌溉渠道。能夠檢測汙水流量的技術不少，但是由於這些現有技術受使用條件等方面 的限制，使它們的使用範圍受到了很大局限。比如汙水排放多在下水道中排放， 需在下水道出口處檢測，然而現有的檢測設備都難以適應在下水道內安裝和運 行，安裝空間狹小、泥沙汙物、供電難、維護難等，特別是在荒野之中，無人 看護的情況下儀器設備更難以保證安全正常運行。目前在工業應用和城市下水 排放監控管理仍難以實現自動化。隨著科學技術的迅猛發展，汙水排放監測控制已是現代化建建設中的重要 組成部分，建材、化工、礦山、冶金、水利、電力等多方面的工業自動化建設 中都急待需要解決準確、可靠的汙水排放自動化檢測技術。三
發明內容
本發明一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備的目的在於-1、 解決現有技術不能解決的問題，如傳感器穩定性、可靠性和惡劣條件 下使用的廣泛適應性。2、 擴大適用範圍，解決安裝方便、使用維護方便的問題。使之在無人看 護職守的荒野、下水道出口，在含泥沙、汙物的液流中可靠運行。3、 降低造價，提供一種結構簡單，適應性強的，可直接採樣的普及通用的數字汙水流量傳感器。本發明一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置，其特徵在於該裝置是由明 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 伯努利原理的基本規律設計，槽體由喉道上遊具有水平底面的均勻收縮段9、具有下降坡度底面和側面寬度狹窄且互相平行的喉道段13和下遊具有上升坡度底面的均勻擴散段10三部分組成；在收縮段側面開一個燕尾槽14，使板式智能傳感器ll可嵌入槽中；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，另一部分是智能數據處理部分19和無線數據變送部分17;其信 號檢測部分18是以感應式檢測理論而設計的數字檢測電路所組成的點陣檢測 板構成的，無線數據變送部分17由數據逐點檢索、統計，由雙向通訊的無線 收發送摸塊進行信號變送的電器組件組成，板式智能傳感器11內部電路板置 於支撐骨架21上，支撐骨架21用絕緣材料製成，支撐骨架21的正面固定有 若干塊傳感器晶片電路板，每塊傳感器晶片電路板中由信號取樣電路和點陣取 樣感應點15構成，傳感器晶片電路板都固定於支撐骨架21背面上，點陣取樣 感應點15縱向解析度為1毫米或按使用要求製造點陣取樣感應點15由耐腐蝕 材料製成，板式智能傳感器11內部晶片電路板與引線端子、信號元、外殼用 絕緣填充材料澆鑄後成為一個固態方型板式傳感器。本發明一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備，其特徵在於-I、明渠流量槽的設計與製備A、 按照流體力學的基本規律設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關係，可變量只有 水位；B、 數學模型是矩形截面的巴歇爾槽遵守以下公式
式中，a為取決於接近流速的流速係數，a為取決於受摩擦和渦流影響的 流量係數，b為水流槽的寬度，h為水位，在特定的水流槽體中b、 a、a均為常 數，只要測得水位，即可算出流量；n、板式智能傳感器的製備分為兩部分進行， 一部分是電路晶片的製備，另 一部分是結構外殼的製備，A、 電路晶片部份的製備，首先選用絕緣材料板製成支撐骨架21，作為點陣 取樣感應點15和無線數據變送部分17的依託板，支撐骨架21用環氧樹脂板或其它絕緣材料板做成，而後在依託板的正面固定若干塊對水位檢測的點陣取樣感應點15，詳見結構圖圖4、圖5，點陣取樣感應點15由非磁耐腐導體材料製成，縱向 取樣感應點解析度為l毫米，依託板的背面固定有若干塊傳感器晶片電路板，其 它檢測電路和數據檢索、統計、變送的電路塊根據安裝條件穿插固定在依託板的 背面，以此電路板實現數位化信號的檢測、變送功能；B、 結構外殼用可塑性絕緣材料製成，最後將電路晶片部份與內部電路和 結構外殼一起用可塑防水性絕緣材料澆鑄成固態方形、圓形、板式或棒式傳感叫益；c、引線端子用接插式引線端子，該接插件，在接插緊固好後無需做其它防水處理。III、將板式智能傳感器11嵌入I所製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用環氧樹脂板製成，取樣感應點15由非磁、耐腐、導體 材料製成，外殼用環氧樹脂、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製成； 電路晶片部份與結構外殼經澆鑄後成為一個固態實體，板式智能傳感器11的 外型尺寸根據不同規格的明渠流量槽設計。上述一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的使用方法，其特徵在於第一、 首先將機內電池供電的供電電路20或外接電源接通，激勵電源設計在9一6伏 範圍內供電，由恆壓電路對激勵電源進行恆壓處理，通訊採取定時和呼喚式待 機休眠式工作狀態，以此減小信號輸送中的損耗，進一步提高通訊待機時間和式智能傳感器11垂直安裝於水槽檢測部位的燕尾槽14 中，當水位上下變化時，相應的水面靠近某個傳感元電路，該電路產生觸發性 翻轉，輸出信號由"1 "變為"0"，當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面；第三、再經過 微處理器對各取樣感應點15進行逐點檢索、數字統計、數字變送、無線通訊， 從而實現採樣、處理、變送，全數位化的流量檢測。發明本發明一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備的主要用途及優 點在於1、 用途用於城市環保、礦山、冶金、建材、電力、化工等工礦企業的 水流量自動化檢測、控制和管理。2、 優點a、 檢測信號具有不受溫度、氣壓等環境條件影響。b、 測量誤差小，穩定可靠。c、 接觸式，具有不怕泥沙、汙物粘連。d、 安裝、使用、維護方便。不受安裝條件所限制，適用於無人看管的荒 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號為1、恆壓電路2、電源電路 3、無線發送電路 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構中的標號為7、水路8、整流部9、收縮段10、擴散段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構中標號為7、水路8、整流部9、收縮段10、擴散段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正面中標號為15、點陣取樣感應點圖5為板式智能傳感器側剖面圖
圖中標號為15、點陣式取樣感應點16、信號發送模塊17、信號發送天線18、信號檢測電路 19、智能數據處理電路20、供電電路21、支撐骨架 五具體實施方式
實施方式l:為焦化廠設計的槽式流量檢測智能傳感器。是按照明渠流體力學伯努利原理的基本規律設計巴歇爾槽，設計最大流量在250L/S的流量水 槽，水槽中流體液位變化在0.03m 0.60m之間。水槽用玻璃鋼製成，槽體由 喉道上遊具有水平底面的均勻收縮段9、具有下降坡度底面和側面寬度狹窄且 互相平行的喉道段13和下遊具有上升坡度底面的均勻擴散段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 部分是智能數據處理部分19和無線數據變送部分17;其信號檢測部分18是 以感應式檢測理論而設計的數字檢測電路所組成的點陣檢測板構成的，無線數 據變送部分17由數據逐點檢索、統計，由雙向通訊的無線收發送摸塊進行信 號變送的電器組件組成。該板式智能傳感器11內部晶片骨架用環氧樹脂板做 成，板的正面安裝有78塊MFC7710 B檢測晶片、1塊MFC7720B信號處理晶片、 1塊nRF401無線發送電路板和1塊供電電路板，晶片的背面固定有600個取 樣感應點。感應點檢測的縱向解析度為lmm，由鎳鉻合金製成。板式智能傳感 器11採用塑料外殼，內部用環氧樹脂澆鑄而成，晶片與外殼經澆鑄後成為一 個實體，結構外殼用可塑性絕緣材料製成，最後將電路晶片部份與內部電路和 結構外殼一起用可塑防水性絕緣材料澆鑄成固態方形，引線端子用帶有水封的 接插式引線端子，該接插件，在接插緊固好後無需做其它防水處理。使用時首 先將機內電池供電的供電電路20或外接電源接通，激勵電源設計在9一6伏範 圍內供電，由恆壓電路對激勵電源進行恆壓處理，通訊採取定時和呼喚式待機 休眠式工作狀態，以此減小信號輸送中的損耗，進一步提高通訊待機時間和遠 傳能力；接著將板式智能傳感器11垂直安裝於水槽檢測部位的燕尾槽14中， 當水位上下變化時，相應的水面靠近某個傳感元電路，該電路產生觸發性翻轉， 輸出信號由"1 "變為"0"，當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面；然後再經過微處 理器對各取樣感應點15進行逐點檢索、數字統計、數字變送、無線通訊，從
而實現採樣、處理、變送，全數位化的流量檢測。實施方式2:為汙水廠設計的槽式流量檢測智能傳感器。設計最大流量在4000L/S的流量水槽，水槽中流體液位變化在0.08m 0.80m之間。水槽用玻 璃纖維不飽和聚酯複合材料製成，傳感器結構外殼用可塑性絕緣材料製成，最 後將電路晶片部份與內部電路和結構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檢測晶片、1塊MFC7720B信 號處理晶片、1塊nRF401無線發送電路板和1塊供電電路板。晶片的背面固 定有800個取樣感應點，其它同實施方式l。實施方式3:為灌區設計的槽式流量檢測智能傳感器。設計最大流量在 93040L/S的流量水槽，水槽中流體液位變化在0. 09m l. 83m之間。水槽是按 照明渠流體力學伯努利原理的基本規律設計巴歇爾槽，用水泥築成。該板式智 能傳感器築在水槽收縮段測壁。傳感器內部晶片骨架用環氧樹脂板做成。板的 正面安裝有240塊MFC7710 B檢測晶片、1塊MFC7720B信號處理晶片、1塊 nRF401無線發送電路板和1塊供電電路板。晶片的背面固定有1900個取樣感 應點。感應點檢測的縱向解析度為lmra，由鎳鉻合金製成。安裝時水槽的中心 線與渠道的中心線重合，使水流進入巴歇爾槽不出現偏流。巴歇爾槽的上遊應 有大於5倍渠道寬的平直段，使水流能平穩進入巴歇爾槽。即沒有左右偏流， 也沒有渠道坡降形成的衝力，其它同實施方式l。實施方式4:為環保局設計的槽式流量檢測智能傳感器。設計最大流量在 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 璃鋼製成。該板式智能傳感器內部晶片骨架用環氧樹脂板做成。板的正面安裝 有4塊MFC7710 B檢測晶片、1塊MFC7720B信號處理晶片、1塊nRF401無線 發送電路板和1塊供電電路板。晶片的背面固定有30個取樣感應點。感應點 檢測的縱向解析度為lmm，由鎳鉻合金製成，其它同實施方式l。
權利要求
1、一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備，其特徵在於I、明渠流量槽的設計與製備A、按照流體力學的基本規律設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關係，可變量只有水位；B、數學模型是矩形截面的巴歇爾槽遵守以下公式
2、按照權利要求1所述的一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備，其特徵在於所述的支撐骨架(21)用環氧樹脂板製成，取樣感應點(15)由 非磁、耐腐、導體材料製成，外殼用環氧樹脂、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 器接插件製成；電路晶片部份與結構外殼經澆鑄後成為一個固態實體，板式智 能傳感器(11)的外型尺寸根據不同規格的明渠流量槽設計。
全文摘要
一種槽體汙水流量檢測板式智能裝置的製備，屬於自動化檢測技術領域，具體而言是一種用於汙水流量檢測的傳感器及製備。主要用於城市環保、礦山、冶金、建材、電力、化工等工礦企業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伯努利原理的基本規律設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)，另一部分是智能數據處理部分(19)和無線數據變送部分(17)組成；該檢測信號具有不受溫度、氣壓等環境條件影響。測量誤差小，穩定可靠。接觸式，具有不怕泥沙、汙物粘連。安裝、使用、維護方便。不受安裝條件所限制，適用於無人看管的荒野明渠、下水道出口的流量計量。
文檔編號G01F1/704GK101149283SQ20071013966
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月31日 優先權日2007年10月31日
發明者賈秀美, 珺 馬, 馬福昌 申請人:太原理工大學