污水流量計(jì)測(cè)量原理及流量計(jì)算
測(cè)量污水流量的經(jīng)典方法有堰式和槽式等測(cè)量方法。這兩種方法分別利用特定的過(guò)水器具，在規(guī)定的測(cè)量點(diǎn)測(cè)量污水水位，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算出瞬時(shí)流量，并進(jìn)而得到累積流量。

堰式過(guò)水器具常用的是圖1所示的三角堰和矩形堰，將它插入污水之中即可使用。堰的上游測(cè)污水水位h與流量q是有確定關(guān)系的，在標(biāo)準(zhǔn)IS1438/1中這一關(guān)系是有函數(shù)表格給出的。也有一些學(xué)者提出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)于三角形堰較為的公式有：

從以上分析與比較可見(jiàn),筆者提出的經(jīng)驗(yàn)公式[式（3）〕的精度遠(yuǎn)高于湯姆森公式和斯特里克蘭公式,雖然它的形式復(fù)雜一些,但是對(duì)于含有單片機(jī)的智能化儀表而言是并不困難的。
槽式過(guò)水器具常用的是帕歇爾水槽,如圖2所示。

小型的一般用玻璃鋼或鐵板制成整體型的,大型的一般用混凝土在現(xiàn)場(chǎng)砌制。由于形狀復(fù)雜,比堰的價(jià)格貴,而且為了提高測(cè)量精度,要求量水槽的各部分尺寸準(zhǔn)確,它的優(yōu)點(diǎn)是:水位損失小（約為堰的1/4）,水中固態(tài)物質(zhì)不易沉淀堆積,帕歇爾水槽的流量計(jì)算公式為:

三、抗沾污電容式液位傳感器
實(shí)現(xiàn)污水流量計(jì)量.尋求一種適當(dāng)?shù)?、可靠的液位測(cè)量手段是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。由于污水流量測(cè)量經(jīng)常用于農(nóng)田灌溉用水、工礦企業(yè)排污以及污水處理裝置等,被測(cè)介質(zhì)中一般均含有懸浮物、漂浮物、油污等雜質(zhì),筆者充分考慮了這些特點(diǎn),研制了一種基于電量檢測(cè)原理的抗沾污性強(qiáng)的電容液位傳感器。
傳感器由探頭和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。

探頭采用了圖3所示結(jié)構(gòu),電容器的兩個(gè)極板是由兩個(gè)同心的內(nèi)外電極所構(gòu)成,其中內(nèi)電極是一根直徑為運(yùn)的銅棒,銅棒外面套有一個(gè)聚四氟乙烯套管,被用來(lái)構(gòu)成電容器極板間的電介質(zhì)層。包圍在聚四氟乙烯套管和不銹鋼保護(hù)套之間的被測(cè)水柱就是外電極,其電信號(hào)由不銹鋼保護(hù)套引出。
水位h的變化將引起內(nèi)外電極間電容量的變化,被測(cè)電容C的計(jì)算公式為:

探頭的等效電路如圖4所示,是Ch與電阻Rx的串聯(lián),Rx是被圍在聚四氟乙烯套管和不銹鋼保護(hù)套之間水柱的等效電阻。一般水有良好的導(dǎo)電性,R、很小可忽略不計(jì),但是當(dāng)聚四氟乙烯套管外表面或不銹鋼保護(hù)套上被不導(dǎo)電物質(zhì)所沾污,將會(huì)致使Rx增大,影響對(duì)Ch的測(cè)量。
為了克服等效電阻Rx的變化對(duì)水位測(cè)量精度的不利影響,筆者研制了基于電量檢測(cè)原理的電容值Ch測(cè)量電路,說(shuō)明如下:

可以看出,τ的大小僅影響電容器的充電速度,并不會(huì)影響充電過(guò)程達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)電容器極板上的電量Qo。而Q0=ChU.U為已知的所加電壓,故通過(guò)檢測(cè)充電過(guò)程達(dá)到穩(wěn)態(tài)后極板上累積的電荷量Qo。來(lái)確定被側(cè)電容值幾是不會(huì)受到Rx變化的影響。據(jù)此筆者研制成了電量檢測(cè)式電容/電流轉(zhuǎn)換電路,將被測(cè)電容值Q線(xiàn)性的轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào),傳輸給顯示儀表。對(duì)該電路的模擬實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)Rx從零變化到2×10Ω時(shí),Ch的大測(cè)量誤差為2%;在實(shí)際的油污沽污實(shí)驗(yàn)中,幾的測(cè)量誤差小于1%。上述結(jié)果說(shuō)明了該電容液位傳感器很好地克服了沾污所帶來(lái)的影響。
四、智能污水流量顯示儀
筆者以In8032單片機(jī)為核心,研制了一臺(tái)智能污水流量顯示儀,它接收來(lái)自上述電容液位傳感器的水位信號(hào),對(duì)其進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,數(shù)字濾波,利用式（3）或式（6）進(jìn)行流量計(jì)算,并進(jìn)而得到累積流量,由6位LCD顯示器給出瞬時(shí)流量和累積流量的顯示,由一按鍵進(jìn)行顯示內(nèi)容的選擇。

圖6給出了電路原理框圖,其中EEPROM用于存儲(chǔ)累積流量值,掉電時(shí)可確保數(shù)據(jù)不丟失,而且掉電時(shí)間幾乎可以無(wú)限長(zhǎng)（10年）,監(jiān)控定時(shí)器即俗稱(chēng)“看門(mén)狗”,當(dāng)程序跑飛或陷人死循環(huán)時(shí),可強(qiáng)制程序正常運(yùn)行。

將hn代入流量計(jì)算公式即可得到流量值,與原來(lái)的累積流量值進(jìn)行累加,即可得到當(dāng)前累積流量值。
五、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
筆者研制了一臺(tái)三角堰污水流量計(jì),在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)研究,表3和表4分別給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),其中第1列是用鋼尺對(duì)水位的實(shí)測(cè)值,第2列是ISO1438/1給出的對(duì)應(yīng)水位的標(biāo)準(zhǔn)流量值,第3列是流量計(jì)實(shí)測(cè)值,第4列是讀數(shù)相對(duì)誤差。
對(duì)于污水流量的測(cè)量,一般有5%的精度就可以了,從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn),該流量計(jì)是可以滿(mǎn)足使用要求的?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)比實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的誤差偏大,是由于在現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)的條件下,水面略有起伏不定,鋼尺讀數(shù)會(huì)引人一定的誤差。