明渠流量计在线检定/校准的方法及其装置

摘要

本发明公开了一种明渠流量计在线检定/校准的方法及其装置。装置包括由测控系统，流速仪，液位变送器，丝杆，导杆及支架。本发明结构简单，采用速度面积法测量明渠的流量，根据明渠结构参数，系统将自动选取测量特征点，经计算获得流量，与被测流量计的流量数据进行比对，从而达到检定或校准的目的。采用本发明解决了明渠流量计在投入运行后长期不能检定或校准及不能在线检定的现状，提高了明渠流量计的计量精度，有效的监控企业污水的排放量。

权利要求

1.明渠流量计在线检定/校准装置，其特征在于：它包括测控系统（1）、第一步进电机（2）、第一丝杆（4）、第二步进电机（3）、第二丝杆（5）、导轨（6）、流速仪（7）、液位变送器（8）及螺纹孔支架（9）；在明渠的两侧各安装一只可满足不同明渠水位高度、调节设备位置的螺纹孔支架（9）；由第一步进电机（2）与第一丝杆（4）通过联轴器构成的水平电机系统架设在两个螺纹孔支架之间，横跨在第一丝杆（4）上的滑板一侧安装有由第二步进电机（3）、第二丝杆（5）及导轨（6）通过联轴器构成的竖直电机系统，滑板另一侧安装有液位变送器（8），第二丝杆（5）上的滑板下方固定安装有流速仪（7）；测控系统（1）分别与第一步进电机、第二步进电机、流速仪（7）、液位变送器（8）信号连接，根据具体的明渠水位高度，测控系统（1）输出控制脉冲信号驱动第一步进电机和第二步进电机，通过步进电机不同转动的方向控制对应丝杆的运动行程方向，使得丝杆上的滑板进行各自相对应的运动，从而使流速仪（7）与液位变送器（8）移至相对应的特征点进行数据的测量，最后测控系统（1）将所测量得到的数据传送至上位机，上位机通过公式的计算得到流量，完成特征点的测量，将此流量与被测流量计的流量进行比较、分析得到被测流量计的检定/校准结果，具体是：采用速度面积法测量流量，将流速仪测量探头和液位变送器通过测控系统输出脉冲信

号控制，伸入明渠中，根据明渠结构参数，上位机系统将自动选取测量特征点，同时将流通截面分成面积相等的若干个元面积，然后流速仪测量出每一元面积的特征点流速，并以该特征点流速代表每一元面积的平均流速，按下式计算出污水的流量Q，然后与被测流量计计量的数据进行比较、分析获得被测流量计的检定/校准结果：其中vi为某个元面积上的特征点速度，Ai为明渠截面上分成的n个元面积。

说明书

明渠流量计在线检定/校准的方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明属于流体检测技术领域，涉及一种明渠流量计在线检定/校准的方法及其装置。

背景技术

[0002] 明渠流量计作为污水流量计量的仪表，广泛运用于工业、城市废水排放监测计量，多采用液位变送器结合流量槽(巴歇尔槽)和流量堰(薄壁堰)作为流量测量装置，其流量计量的精度取决于液位变送器的测量准确度和流量槽或流量堰的几何结构尺寸、加工精度以及流量积算公式。由于污水排放量测量准确性将直接影响到企业和社会的经济效益，因此必须对每个污染排放检测点安装符合要求的污水流量检测仪表。发达国家有着先进技术，明渠污水流量监测系统一次性完成之后可以使用多年，而国内由于各种各样的原因，企业安装的明渠流量计并没有很好地发挥其应有的作用，实际的污水计量以及明渠计量仪表的校准还存在较多的问题，主要体现在：(1)流量计安装后，由于老化、结垢、故障等原因，使得计量数据的准确性和可靠性降低，不符合国家计量法律法规和标准的要求；(2)由于检测技术的限制，明渠污水流量计目前尚不能定期在线检定或校准，对不合格的设备不能及时发现和更新；(3)明渠流量计在污水计量中比较突出的问题是仪表在安装前进行检定或校准，投入使用后一般无法拆卸，也无法对其进行定期检定，监测获得的数据只是一个估计值，严重影响了社会效益。

[0003] 针对明渠流量计投入运行后长期不能检定或校准和无法在线检定的现状，发明了一种新型明渠流量计在线检定/校准的方法，并研制了在线检定/校准装置。利用该装置，可对明渠流量计进行现场在线实流检定或校准，从而提高了污水排放量计量数据的准确性，有利于国家节能减排的政策方针。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种明渠流量计在线检定/校准的方法及其装置，以提高流量计量精度，保证企业效益和社会公平。

[0005] 明渠流量计在线检定/校准的方法是采用速度面积法测量流量，将流速仪测量探头和液位变送器通过测控系统输出脉冲信号控制，伸入明渠中，根据明渠结构参数，上位机系统将自动选取测量特征点，同时将流通截面分成面积相等的若干个元面积，然后流速仪测量出每一元面积的特征点流速，并以该特征点流速代表每一元面积的平均流速，按下式计算出污水的流量Q，然后与被测流量计计量的数据进行比较、分析获得被测流量计的检定/校准结果：

[0006]

[0007] 其中vi为某个元面积上的特征点速度，Ai为明渠截面上分成的n个元面积。

[0008] 实现上述方法的装置，包括测控系统、第一步进电机、第一丝杆、第二步进电机、第二丝杆、导杆、流速仪、液位变送器及螺纹孔支架；在明渠的两侧各安装一只可满足不同明渠水位高度，调节设备位置的螺纹孔支架；由第一步进电机与第一丝杆通过联轴器构成的水平电机系统架设在两个螺纹孔支架之间，横跨在第一丝杆上的滑板一侧安装有由第二步进电机、第二丝杆及导轨通过联轴器构成的竖直电机系统，滑板另一侧安装有液位变送器，第二丝杆上的滑板下方的固定安装有流速仪；测控系统分别与第一步进电机、第二步进电机、流速仪、液位变送器信号连接，根据具体的明渠水位高度，测控系统输出控制脉冲信号驱动第一步进电机和第二步进电机，通过步进电机不同转动的方向控制对应丝杆的运动行程方向，使得丝杆上的滑板进行各自相对应的运动，从而使流速仪与液位变送器移至相对应的特征点进行数据的测量，最后测控系统将所测量得到的数据传送至上位机，上位机通过公式(1)的计算得到流量，完成特征点的测量，将此流量与被测流量计的流量进行比较、分析得到被测流量计的检定/校准结果。

[0009] 本发明的有益效果在于：本发明结构简单，采用速度面积法测量明渠的流量，根据明渠的宽度和流通截面的液位高度，系统将自动的选取测量点数量和位置，将数据经积算获得流量，与被测流量计的数据进行比对，从而达到检定和校准的目的。采用本发明解决了明渠污水流量计在投入运行后长期不能检定或校准和不能在线检定的现状，提高流量计的计量精度，有效的监控企业污水的排放量。

附图说明

[0010] 图1是明渠流量计检定装置结构示意图；

[0011] 图2是明渠流量计测速点的分布结构图；

[0012] 图3是明渠流量计测量步骤框图。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图进一步说明本发明技术内容。

[0014] 参照图1，明渠流量计在线检定/校准装置，包括测控系统1、步进电机2和3、丝杆4和5、导轨6、流速仪7、液位变送器8和支架9组成。在明渠的两侧各安装一只可满足不同明渠水位高度，调节设备位置的螺纹孔支架9；水平步进电机2与水平丝杆4通过联轴器构成的水平电机系统模块安装在支架的适当高度上，同时水平丝杆4上的滑板一侧安装有竖直电机3、丝杆5及导轨6通过联轴器构成的竖直电机系统模块，另一侧安有液位变送器8；竖直丝杆5上的滑板下方固定安装有流速仪7；测控系统1通过导线连接至步进电机2和3、流速仪7及液位变送器8，根据具体的明渠水位高度测控系统1输出控制脉冲信号驱动步进电机2和3，通过步进电机的不同转动方向控制丝杆的运动行程方向，使得丝杆上的滑板进行各自相对应的运动，从而流速仪和液位变送器移动至指定特征点，然后测控系统读取流速仪7和液位变送器8的数据；继而，测控系统1控制流速仪7和液位变送器8移至下一个特征点，测量液位和流速数据，直至测量完所有的特征点，最后测控系统1将所有特征点位置和流速的测量数据通过通讯线传送至上位机，上位机通过公式(1)，计算出流量，从而完成流量的测量，将此数据与被测流量计的流量进行比较、分析得到被测流量表的检定/校准结果。

[0015] 图2为测量系统的技术路线，在明渠截面上将流通截面分成n个小的元面积，在每个元面积上选取具有代表性的特征点，测量各特征点速度；以特征点速度作为各个元面积的平均速度；利用高精度液位变送器测量明渠流测量点的液面高度，结合明渠宽度，利用速度面积法建立流量测量积算模型，实现污水流量的在线测量。

[0016] 图3为根据不同的流速测量点的方法的一个实例。对于流速的测量的结果计算有多种方法，如垂直流速曲线法、一点二点法、三点法、四-六点法和积分法等。图例中举例了一二点法进行流速的测量，将渠道在宽度上分成n等分，每一等分的宽度为ΔL，则在面积A＝ΔL×H内的平均流速为：

[0017] 一点法：vm＝v0.6；

[0018] 两点法：vm＝(v0.2+v0.8)/2；

[0019] 则流量为：Q＝A×(vm1+vm2+......vmn)。