超声波流量计的应用.pdfVIP

第34卷第1O期 煤炭科学技术 2006年10月 超声波明渠流量计在井下排水监测系统中的应用 沈兆振，丁保华，管连俊 (中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221008) 摘 要：提出由帕歇尔槽和超声波液位计组成的超声波明渠流量计。设计 r一体化的、结合基于超 声波发送接收的测距模块、低功耗MSP430系列单片机的控制模块和RS485通信协议的通信模块的 超声波液位计，并实现明渠流量计在井下排水监测系统中的应用。 关键词：超声波；明渠；流量计；MSP430；RS485通信协议 中图分类号：TD744 文献标志码：B 文章编号：0253—2336 (2006)10—0008—04 Applicationofultrasonicflowmeterofwaterdrainageditch toundergroundminewaterdrainagesystem SHENZhao—zhen，DINGBao-hua，GUANLian—jun (SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou 221008，China) 目的。间接法在明渠流量测量中应用比较广泛。 1 概 述 间接法所用的量水器具分为堰式和槽式两大 在煤矿开采过程中，矿井水由井下排水泵提升 类，堰式量水器具最常用拘是三角堰和矩形堰。槽 至预沉调节池，自流进入吸水井。对进入吸水井中 式量水器具最常用的是帕歇尔槽，帕歇尔量水槽 由 的矿井水排水流量的实时监测能够得知井下工作状 上游收缩段 、喉道段和下簖扩散段3部分组成。收 态，对煤矿安全生产具有重要意义。 缩段的槽底向下游倾斜，扩散段槽底的倾斜方向与 目前井下排水流量为人工通过流量表测量获 喉道槽底相反，其结构如图1所示。帕歇尔槽安装 得。流量表不易读数，不能记忆累计流量，更重要 在渠道上要牢固，与渠道侧壁、渠底连结要紧密， 的是地面管理者不能及时得到信息。为此研制了超 不能漏水。使水流全部流经帕歇尔槽的计量部位， 声波明渠流量计。其玻璃钢 “测井”耐腐蚀、易 帕歇尔槽的计量部位是槽内喉道段。 安装、电路简单可靠、故障率低，整机测量精度 高，能够适用于各种环境。 2 超声波明渠流量计研制 明渠流量计由量水器具、液位传感器组成。安 装于井下测量现场，传感器通过电缆将测量数据传 输给地面的上位机。 2．1 工作原理 对明渠流量的测量方法主要有直接法和间接法 两大类。直接法 由于很难找出质点运动速度与明渠 中流体平均流速之间的关系，因此很少采用。间接 法是在明渠中安装量水器具，对被测流体形成约束 图1 帕歇尔槽 阻力．从而在器具的上下游形成与明渠横截面上平 测井与水槽的底部相通，其水位 和瞬时流量 均流速有关的液位差。如能保证量水器具下游出口 g也具有确定的关系。如果帕歇尔槽各部位尺寸严 处的液位不变，则量水器具的上游液位即可反映明 格按照文献 [1]的要求制作 ，流量按下式表达： 渠横截面上的平均流速，进而达到明渠流量测量的 g=kh (1) 8 第34卷第10期 煤炭科学技术