流量仪法测流的改进

流量仪法测流的改进

1测量结果的分析流量法测流是iec规则中推荐的流量法之一，是一种经典的测量方法。采用该方法测流时要按照IEC规程规定选择测量断面、进行测点布置并安装流速仪,在各测试工况下测量断面各测点的流速,然后用数值积分法计算流量。该方法的特点是:(1)理论完善,测试工艺成熟;(2)精度较高(误差±1.0~1.5%),精度容易控制;(3)重复性好,成果非常可靠。因此,每一种新的测流方法或装置在被正式认可之前几乎都要用流速仪法进行对比实测,以检验其测量精度。由于该方法要记录流速仪发出的脉冲和用积分计算流量,以前在测量时常采用光线示波器记录流速仪发出的脉冲,然后人工统计脉冲数计算流速,再根据各测点流速描图采用面积法计算流量,因此测量后的资料整理任务非常繁重,大大地限制了该方法在生产中的应用。为发挥流速仪法测流的优点,克服其人工计算工作量大的缺点,将现代计算机技术引入流速仪法测流中,运用计算机软、硬件技术就显得非常必要。2计脉冲数技术采用计算机硬件技术主要用来同步采集各测量点流速仪的脉冲信号,在规定的时段内累加计脉冲数。实现的方法包括采用基于微控制器的嵌入式处理系统或数据采集卡来实现。开发基于嵌入式处理器的系统,工作量大,开发周期较长,对开发人员的硬件要求也较高;而采用数据采集卡实现则较为简单,因此本系统采用开数据采集卡来实现,其框图如图1所示。2.1旋桨式流速仪流速仪可分为旋杯式和旋桨式两种形式。在国内水电厂和泵站通常采用旋桨式流速仪。旋桨式流速仪由旋桨、壳体、计数机构等部分组成,当旋桨转动一定的圈数时,计数机构接通一次。旋桨式流速仪的工作原理为:当水流作用于旋桨时,旋桨即产生回转运动,水流速度越快,旋桨转速越快,根据转速和流速之间函数关系可计算出流速。如重庆水文仪器厂的旋桨式LS25-3A型流速仪,它的测速范围为0~10m/s,当桨叶转动5圈,接触机构就接通一次。2.2流速仪接收点参数流速仪的使用很简单,只需要将电源和地线与旋桨式流速仪的两个信号端子相连,就可获得脉冲信号,该信号送入开关量采集卡进行脉冲计数。由于流速仪接点闭合波形不理想,存在抖动并产生毛刺,因此要用整形电路来消除毛刺。通过整形,获得上升沿和下降沿比较陡的矩形波。在现场往往流速仪布置位置至采集装置较远,用通常的线路传输易形成地环路,引起干扰。采用光电耦合器隔离,使两边不共地,可有效提高共模抑制比。2.3pci-133di板卡开关量采集卡插在PC机的PCI扩展槽里,PC机通过查询方式在规定时段内对它进行寻址访问,通过逻辑运算来判断是否有脉冲输入并累计脉冲数。系统可同步采集140个测点流速,通过技术比较,选用研祥工控的PCI-144DIO板卡,其主要特性如下:(1)即插即用的32位PCI总线;(2)144路TTL/DTL兼容数字量I/O;(3)数据传输类型:中断和可编程I/O;(4)输入信号:逻辑高:2.0V~5.25V;逻辑低:0.0V~0.80V;逻辑高电流:22.0μA;逻辑低电流:0.2mA;(5)I/O接口:50芯扁平插头;(6)传输速率500Kbytes/s(典型值);(7)功耗(无外部设备):+5V@1.3A(典型值)。3计算机软件技术在速度法测量中的应用计算机软件主要解决流量计算问题。流速仪的测流计算根据所选的测流断面不同可分为圆形测流断面和矩形测流断面两种方法。3.1vi、ri测流面的计算Qi=2π∫R0viridrQi=2π∫0Rviridr式中vi、ri——分别为支臂上各测点流速和各测点至圆心的距离;Qi——第i支臂的实测流量;R——测流断面半径。用上述计算公式分别计算出每个半径臂的流量,取它们的算术平均值作为实测流量。3.2b—矩形测流断面计算公式Q=∫h0dh∫b0vdbQ=∫0hdh∫0bvdb式中h——测流断面的高度或水的深度;b——测流断面的宽度。要实现上述流量计算,数学上方法很多,关键是要采用一种高精度的算法。通过理论推导并结合工程实例,编写出不同的算法程序进行计算,对计算结果进行比较,得出精度最高的方法是数值积分采用复化Simpson公式,插值采用三次样条插值。3.3系统的功能模块作为一个应用软件,要有友好的人机界面功能,在测试现场能方便地录入各流速仪的率定系数和测流断面参数,从而大大简化仪器的调试和测量工作。以Windows为基础的软件开发环境和开发工具中,微软公司的VB编程语言为Windows程序设计者提供了良好的编程环境,是一个良好的构筑该系统的软件平台,可以利用VB的可视性对象和设计各种对象的响应函数来完成系统提供的各种显示和操作。在本系统中,利用VB6.0设计系统的控制和显示界面,提供了良好的人机操作环境。系统的功能模块包括录入流速仪的率定系数、录入测流断面与测点参数、数据采集、流量计算、查询数据、打印,其主框图如图2所示。由于VB不支持对硬件的操作,它必须通过动态链接库来完成对I/O端口的访问。在应用程序中调用采集卡所带的动态链接库函数来完成对硬件端口的访问。整个应用程序对140路输入口的扫描时间大大小于流速仪发出的最窄的脉冲宽度(5ms),可以精确捕获到每一个脉冲。4流量测量及效率试验采用改进后的流速仪法测流对南水水电厂、长潭水电厂、东深供水工程(二期、四期)等进行了流量测量和效率试验,效果十分显著。试验时间由原来的3d缩短为1d,数据处理时间由原来的一两个月缩短为3~5d,测量误差控制在±1.5%以内,大大减少了资料整理工作量,减轻了工作强度,提高了流量测量试验的效率与质量。5流动流速在实际工程中的应用现代计算机技术引