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造紙廠排放檢測化工(gōng)汙水流量計選型的電路設計方案

點擊次數:2694 發(fā)布時間:2021-08-19 07:33:36
摘要:針對造紙廠排(pái)汙計量中經常出現測量精度低、傳感探頭(tóu)易受腐(fǔ)蝕和測試結果不(bú)夠穩定等問題,提出了一種適合於(yú)造紙廠排汙管道中測流的化工汙水流量(liàng)計選(xuǎn)型的電路設計方法,通過對其進(jìn)行測試和分析,發現應用*小二乘法對該化工汙水(shuǐ)流量計選型實測數據值進行直線(xiàn)擬合後,當(dāng)可測流量範圍控製在0~150m³·s-1之內,其數據值非線(xiàn)性誤差範(fàn)圍在0.5%以內。表(biǎo)明該排汙管化工汙(wū)水流(liú)量計選型的技術指標已處於國內外同類產品(pǐn)的**水平。
化工汙水流量計選型由於其測量靈活方便和靈敏度(dù)高,化工汙水流量計選型由於其測量(liàng)靈活方便和靈敏度高,在(zài)工業上常用以計量各類流(liú)體的流量,如(rú):水流(liú)、礦漿流等介(jiè)質。在各(gè)類造紙廠汙水排放流量的(de)計量漿流等介質。在各類(lèi)造紙廠汙水排放流量(liàng)的計量中,化工汙水流(liú)量計選型被廣泛地(dì)應用。在實際應用中也暴中,化工汙水流量計選型被廣泛(fàn)地(dì)應用。在實際應用中也暴露出一些缺點(diǎn),例如,傳(chuán)感探頭易受腐蝕、測(cè)試結果露出一些缺點,如,傳感探頭易(yì)受腐蝕、測試結果不夠穩定(dìng)以及傳輸信號易受外磁場幹擾等(děng)不夠穩定以及傳輸信號易受外磁場幹擾等。
針對這些問題,本文提出了一種適合造(zào)紙廠排汙管道中這些問題,本文提出了一種適合造紙廠排汙管道中測汙水流量的化工汙水流量計選型電路。通過用它來對汙(wū)水流量控製在0~150m0~150m³·s-1範(fàn)圍之內進行測試,所(suǒ)得範圍之內進行測試,所(suǒ)得到的實測(cè)數據應用*小二乘法進行直線擬合,來判到的實測數據應用(yòng)*小(xiǎo)二乘法進行直線(xiàn)擬合,來判斷其(qí)數值誤差範圍。
1.1 設計思路
本化工汙(wū)水(shuǐ)流(liú)量計選型(xíng)設計的目的是為了滿(mǎn)足口徑小本化工汙水(shuǐ)流量(liàng)計選型設計的目(mù)的是(shì)為了(le)滿足(zú)口徑小於(yú)100英寸的直通管道中流速的測量,其探頭的要英(yīng)寸的直通管(guǎn)道(dào)中流速的測量,其探頭的要求是呈流線型、小巧靈活,而且安(ān)裝方便。當探頭插入(rù)時對流體的影(yǐng)響可以忽略不計,近似地認為是無入時對流體的影響可以忽略不計,近似(sì)地認為是無阻流狀態。通過充分調研,並參考國內外同類產品阻流(liú)狀態。通過充分調研,並(bìng)參考國內外同類產(chǎn)品的(de)技術性能指標(biāo),在直徑為100mm鐵(tiě)管或PVC塑料管中(zhōng)做測試,並(bìng)通過(guò)現(xiàn)場流速逐點分布測量,獲取多組不同狀態下(xià)的平均流速,將所得到的數據經取多組不同狀態(tài)下的平(píng)均流速,將所得到的(de)數據經*小二乘(chéng)法進行直線擬合,用計算機模擬來確定回(huí)*小二乘法進行直線擬合,用(yòng)計(jì)算機模擬來確定回歸(guī)方程係數,進而(ér)測量出不同狀態下的流量值。
1.2 化工汙水流量計選型原(yuán)理
化工汙水流量計選型(xíng)的原理是基於電(diàn)磁感應定律。當導電流體流過化工汙水流(liú)量計選型磁場時,在與流速和(hé)磁(cí)場兩電(diàn)流體流過化工汙水流量計選型磁(cí)場時,在與流速和磁場兩者相垂直的方向就(jiù)會產生(shēng)與平均流速(sù)呈正比的感者相垂直的方向就(jiù)會產生與平均流速呈正比的感應電動勢。
如圖1所示,某一時刻由一對勵某一時刻由一對(duì)勵磁線圈產生(shēng)的磁感磁線圈(quān)產生的磁感應強度B,方向向上,流入液體(tǐ)的速上,流(liú)入液體的速(sù)度為v,管的直徑管為D,兩*的距離為Le,兩*間電動勢(shì),兩(liǎng)*間電動勢ε正比於磁感應強度正比於磁感應強度B、流速v和兩*間的距離Le,即:
ε=kBvLe   (1)
式中,k為(wéi)比(bǐ)例(lì)係數。流量為比例係數。流量Qv與管(guǎn)的直徑D之間的關係為:
Qv=(D/2)2v   (2)
因此流量
式中K是與管直徑D、兩*間距Le有關的常量。感(gǎn)應電動勢ε不受流體的溫度、壓(yā)力、密度、電不受流體的溫度、壓力、密度、電(diàn)導(dǎo)率(高於某閾值)變化的影響,因此化(huà)工汙水流量計選型在各種類型的流量計中有著較強的明顯優勢(shì)和(hé)廣泛各種類型的流量計中(zhōng)有著較強的明顯優勢和廣泛的適用性。
1.3 係統硬件部分
1.3.1 方框圖
裝(zhuāng)置采用模塊(裝置采用模(mó)塊(STM32F217STM32F217)來控(kòng)製電磁流量)來控製化工汙水流量計選型的工作,包括產生勵磁脈衝方波(bō)信號、接收從探頭計的工作,包括產生勵磁脈衝方波信號、接收從探(tàn)頭送來(lái)的反映流量大小的微弱電信號、輸出送來的反映流量大小的微弱電信號、輸出4~20mA電流信號供指示儀表用,模塊附帶有各類接口電路電(diàn)流信號供指示儀表用,模塊附帶有各類接口電路(RS232、高速USB接口等)。裝置包括:接(jiē)口等)。裝置包括:IC1單片機、IC2前置放大器、IC3A/DIC3A/D轉換器、IC4電壓(yā)轉電(diàn)流模塊(kuài)、IC5勵磁線圈的驅(qū)動模磁(cí)線圈的驅動模塊電路、IC6電壓轉換模塊,以壓轉(zhuǎn)換模塊,以及USB快速接口電路、IC9芯片與(yǔ)周圍元件組片與周圍元件組成的RS232接口等電路。方框口等電(diàn)路。方框(kuàng)圖如圖2所示。
1.3.2 傳感器
傳感器采用了流線型設(shè)計,要(yào)求表(biǎo)麵做工(gōng)精傳(chuán)感器采用了流線型設計,要求表麵做工精致,保證其工作在無(wú)阻(zǔ)流狀(zhuàng)態(tài)下(xià),以(yǐ)確保測(cè)量的精致,保證其工作在無阻流狀態下(xià),以確保測量的精度。采用1英寸不鏽鋼管為探頭殼(ké)體,勵(lì)磁線包采英寸(cùn)不鏽鋼管為探頭殼體,勵磁線包采用Φ0.06mm銅線在軟磁鋼芯上進行繞製,繞好後銅線在軟磁鋼芯上進行繞製,繞好後將其密封在一個呈(chéng)流線型半球的將其密封在一個呈流線型半球的ABS塑料殼內,上(shàng)麵鑲嵌一對不鏽鋼(gāng)電*,它與勵磁線(xiàn)圈相連上麵鑲嵌一對不鏽鋼電*,它與勵磁線圈相(xiàng)連。為避免探頭(tóu)內感應發射信號引起的幹擾,對信號發為避免探頭內感(gǎn)應(yīng)發射信號引起的幹擾,對信號發射引線、電(diàn)*引線等做了(le)全麵屏蔽處理。
1.3.3 單片機控製電路
IC1(STM32F217)單片機處理電路是采用(yòng)先)單片(piàn)機處理電路是(shì)采用先進的Cortex-M4內核,浮點運算(suàn)能力強,運行速度內核,浮點(diǎn)運(yùn)算能力強,運行速度高,DSP處理指令強大,具有更多的存儲空間(1M的片上閃存、196K的內(nèi)嵌SRAM),以及靈活(huó)的外),以及靈活的外部存儲器接口FSMC,還帶有多種外設接口(照(zhào)相機接(jiē)口、高速(sù)USB接口、更快的(de)通信接口和溫度傳感(gǎn)器接口等),在其內部可以完(wán)成器接口等(děng)),在其內部可以完成FFT、各類(lèi)濾波、信 、各類(lèi)濾波、信號壓(yā)縮和識別處理。具有多重總線並行處理能力,號(hào)壓縮和識別處理。具有多重總線並行處理能力,輸入外(wài)接以太網、高速度USB、兩路(lù)通用DMA;輸出音頻(pín)信號的(de)同時,還能驅動液晶顯示屏。設計的出音頻信號的同時,還能驅動液晶顯示屏。設(shè)計的芯片電路具有超低功耗,當主頻為芯片(piàn)電路具有超低功耗,當主頻為168MHz情況下,工作電流為38.6mA。
1.3.4 特殊電路設計
(1)勵磁信號與驅動電(diàn)路
由於探頭尺寸較小(xiǎo),所產生的勵磁電流(liú)很弱,由於(yú)探頭尺寸較小(xiǎo),所產生的勵磁電流(liú)很弱,要處理這樣的(de)信號(hào),則後續的(de)放大電路要有足(zú)夠高要處理這樣的信號,則後續的放大電(diàn)路要有足夠高的輸入阻抗和較大(dà)的增益,來保證傳感器的靈敏度的輸入阻抗和較大的增益,來保證傳感器的(de)靈敏度及抗幹擾性;為了防止交流及抗幹擾性;為了防(fáng)止交(jiāo)流50Hz的工頻幹擾,選的工頻(pín)幹擾(rǎo),選用方波(bō)電流作為勵磁電流,其頻(pín)率選用用方波電流作(zuò)為勵磁電流,其頻率選用12.5Hz,它是1/4的(de)工(gōng)頻頻率,這樣可有效地抑製工頻(pín)幹擾。勵磁(cí)信號在單片機(jī)內部生成,從*勵磁信號在單片機內部生成,從(cóng)*26腳輸出12.5Hz方波信號,接到(dào)勵磁線圈的驅動模塊電路方波信(xìn)號(hào),接到勵磁線圈的驅動模塊電路IC5(LMD18200T LMD18200T)的3腳(jiǎo)信號,它的內部(bù)采用腳信號,它的內部采用H橋式驅動,送出勵磁(cí)電流加到其橋式驅動,送出勵磁(cí)電流(liú)加(jiā)到其2腳和10腳之(zhī)間的勵磁線圈(quān)上。在勵磁線圈L上(shàng)形成20~30mA方波電流,它與(yǔ)控製(zhì)方波電壓同步。使流體運動切割波電(diàn)流,它與控製方波電壓同步。使流體運動切割磁力線產生的方波(bō)電壓與勵磁電流完全保持同步, 磁力線產生的方波電壓與勵磁電流(liú)完全保持同步,這樣也便於在接收放大電路中信號的同步解調。電(diàn)路如圖3所示。
(2)傳感器放大電路
IC2(SL28617)放大器(qì)用於放大傳感器送來)放大器用(yòng)於放大傳感器(qì)送來的反映流量大小的電壓信號,圖中的反映流量大小的電壓信號,圖(tú)中Rin和Rfb是用來改(gǎi)變運算(suàn)放大器增益的電阻。來改變(biàn)運算放(fàng)大器增(zēng)益的電阻。S1是勵磁(cí)信號源,R17、R18是輸入偏置電阻,運(yùn)放的是輸入偏置電阻,運放的(de)9腳和16腳分別(bié)接電(diàn)源±腳分別接電源±5V,接(jiē)在運放IC2輸出端的IC3(ADS8320 ADS8320)是(shì)16位高速A/D轉換器,其(qí)轉換速度可(kě)達16kHz/s,接在接收放大器與接在接收放大器與A/D轉換器之間的IC12(ISL21090 ISL21090)是三端穩壓器。電路如圖)是三端(duān)穩壓器。電路如圖4所示。
(3)電壓轉電流模塊電路
IC4(AD420)是一塊電壓轉電(diàn)流模塊,可將電(diàn)壓信號轉換成電流信號輸出,輸出電流範圍是4~20mA或0~20mA,其後麵可以(yǐ)接模擬指示儀表。接其後麵可以接模擬指示儀表。接在其輸出端的IC10(LM358)是運放,可(kě)將輸出(chū)電流轉換成電壓輸出,電壓輸出範圍流(liú)轉換成電壓輸出,電壓輸出範圍0~10V。電路如圖5所示。
(4)USB快速接口和(hé)RS232接口電路
由Q1、R14、R15、R16、L3、D3、R8和R9等元件組成的電路與單片(piàn)機對應電(diàn)路,組成等元(yuán)件組成的電路與單片機對應電路,組(zǔ)成USB快速接口電路。快速接口電路。IC9(SP3232EEY)芯片與周圍元)芯(xīn)片與周圍元件組成RS232接口(kǒu)電路。電路如圖6所示。
3、結束語
全麵介(jiè)紹了一種用於造紙(zhǐ)廠排放(fàng)管道中檢(jiǎn)測全麵(miàn)介紹了一種用於造紙廠(chǎng)排放管道中檢測(cè)汙(wū)水流量的智(zhì)能化化工汙水(shuǐ)流(liú)量計選(xuǎn)型電路的設計方案,以汙水流量的智能化化工(gōng)汙水流量計選型電路的設計方案,以及測試(shì)方法和數(shù)據分析模型,具有很強的實用價值。及(jí)測(cè)試方法和數據分析(xī)模型(xíng),具有很強的實用(yòng)價值。通過(guò)在直徑為1英寸(cùn)的PVC塑料管中進行試驗,並塑料管中進行試驗,並經過現場流速逐點分布(bù)測量(liàng),獲取若幹組(zǔ)不同狀態(tài)經過現場流速逐點分布測量,獲取若(ruò)幹組不同狀態下的平均流速,通過計算機模(mó)擬來確定回歸方程係下的平均流速,通(tōng)過計算機模擬(nǐ)來確定(dìng)回歸方程係數,進而來測量不(bú)同狀態(tài)下的流量值(zhí)。測試結果(guǒ)分數,進而來測量不同狀態下的流量值。測試結果分析表明,其可測流量範圍控製在析(xī)表明,其可測流量範圍控製(zhì)在0~150m³·h-1之內,其非線性誤差為其非線(xiàn)性誤差(chà)為0.5%。該(gāi)款化工汙水(shuǐ)流量計選型的技術性能。該款化工汙水流量計選型的技術性能指標已達到國內外同類產(chǎn)品的先進水平。

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