明渠排放废水流量测量

　　一、前言

　　工业的高速发展,使“三废”的处理越来越重要。尤其是废水的污染,将影响整个流域的生态环境和人们的生活质量。随着人们生活水平和环境意识的提高,各种废水都应根据《污水综合排放标准》(GB8768-1996)进行处理后达标排放。由于生活污水、医院污水一般没有建立废水处理池,都直接用明渠排放,因此,只能随排随处理。如采用紫外线杀菌、根据流量大小定时定量加药等。而对其流量大小进行测量能使污水的处理更科学更经济,使处理过程能连续地、自动地、实时地实现。流量测量一般采用电容式、超声式、激光式、流质体积式、浮子式传感装置等。

　　二、测量设计思想和基本原理

　　明渠堰式流量计在国外使用很广泛。但在我国大多仍采用人工测量液位高度估算水流量,无法连续测量,不能获得流速和瞬时流量,测量结果较粗糙。传统的流质体积式转子流量计虽然能满足污水流量测量准确度,但排污水中因含有各种杂质会使测量仪表阻塞,因此不适用。

　　堰是在明渠水道中设置一块挡板,将水头抬高。在堰板上再开一个槽口(堰孔),常用的槽口形状有梯形堰、三角形堰、矩形堰等。水从所开槽口流下,只要测出堰板上流水位,即可算出水流量。由于液面测量在水面上进行,免去了传感器被杂物阻塞的烦恼。但上述形状堰孔中流量Q与液面高度h的基本关系式为Q∝h3/2,三角形堰孔高达h5/2。这样既占用单片机内存又延长测量时间,动态响应较迟缓。下面介绍采用抛物线形槽口,,原理图如图1所示。

　　堰孔抛物线方程为,污水高度h,设在任意水深位置y,宽度为2x处考虑微小水深变化dy,则该部分面积为2xdy(图1中阴影处)。该部分的水流速度根据伯努利方程可知，故通过此抛物线截面的总流量Q为:

　　将抛物线转换为x=,则

　　积分推算结果为:

　　上述公式为理论推导公式,但在实际使用中由于堰孔侧面收缩和水密度、粘度等的影响,总流量一般应考虑乘以流量系数C0,则

　　式(4)中C=πC0/16。为提高测量准确度,应根据现场条件进行实际测量,确定一个合理的流量系数C(实际程序中有一个流量系数C的参数表)。

　　三、测量硬件装置的组成

　　硬件装置主要由主机部分和传感器部分组成。主机部分使用80c51单片机,内含4kBROM;外围芯片有运算放大器、A/D转换器等实现输入信号的转换;输出由译码器/驱动器和LED数字显示器构成8位数码显示;具备微型打印机接口,可打印输出相应的数据;备有掉电保护措施,当电源故障时,用3.6V可充电电池保存RAM中数据。