造紙廠（chǎng）排放檢測化（huà）工汙水流量計（jì）選（xuǎn）型（xíng）的電路設計方案

摘要：針（zhēn）對造紙廠排（pái）汙計量中（zhōng）經常出現（xiàn）測量精度低、傳感探頭易受（shòu）腐蝕和（hé）測（cè）試結（jié）果不夠穩定等問題，提出了（le）一種適合於造紙廠排汙（wū）管道中測流的化工汙水流量計選（xuǎn）型的（de）電路設計（jì）方法，通過對其進行測試和分析，發（fā）現應用（yòng）*小（xiǎo）二乘法對（duì）該化工汙水流量計選（xuǎn）型實測數據值（zhí）進行直（zhí）線擬合後，當可測流（liú）量範圍控製在0～150m³·s-1之內，其數據值（zhí）非線性誤差範圍在（zài）0.5%以內。表明該排汙管化工汙水流量（liàng）計選（xuǎn）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（líng）活方便（biàn）和靈敏度高，化工汙水流量計選型由於其測量靈活方便和靈敏度高，在工業上常用以計量各類流（liú）體（tǐ）的流量，如：水流、礦漿流等介質。在各類造（zào）紙（zhǐ）廠汙水排放流量的計量漿流等介質。在各類造紙廠汙（wū）水排放流量的計量中，化（huà）工汙水流量計選型被廣泛（fàn）地應用。在實際應用中也暴（bào）中，化工汙水流量計選型被廣泛地應用（yòng）。在實際應用中也暴露出一些缺點，例如，傳感（gǎn）探頭易受（shòu）腐蝕、測試結果露出一些缺點，如，傳感探頭易受腐蝕、測試結果（guǒ）不夠（gòu）穩定以及傳輸信（xìn）號易受外磁場（chǎng）幹擾等不夠穩定以及傳輸信號易受外磁場幹擾等（děng）。
針（zhēn）對這些問題，本文提出了一種適合造紙廠排汙管道中這些問題，本文提出了一種適合造（zào）紙（zhǐ）廠排汙管道中測汙水流量（liàng）的化工汙水流量計選型電路。通過用它來對汙水流量控製在0～150m0～150m³·s-1範圍之（zhī）內進行測試，所得（dé）範圍之內進行測試，所得到的實測數據應用*小二乘法進行直線擬合，來判到（dào）的實（shí）測數據應用*小二乘法進行直線擬合，來判斷其數值誤差範圍。
1.1 設計思路
本化工汙水流量計（jì）選型設計的目的是為了滿足口徑小本化工汙水流量計選型設計的目的是為了滿足口（kǒu）徑小於（yú）100英寸的直通管道中（zhōng）流速（sù）的（de）測（cè）量，其（qí）探頭的（de）要英寸的直通管道中流速的測量，其探（tàn）頭的要求是呈（chéng）流線型、小巧靈活，而且安裝方便。當探頭插入時對流體的影響可以忽略不計，近似地認為是無入時對流體的影響可以忽略不計，近似地認為是無阻流狀態。通（tōng）過充分（fèn）調研，並參考國內外同類產品阻流狀態。通（tōng）過充分調（diào）研，並參考國內外同類產品的技術性能指標，在（zài）直徑為100mm鐵管或PVC塑（sù）料管中做測試，並通過現場流速逐點（diǎn）分布測量，獲取多組不同狀態下的平（píng）均流速，將所得到的數據經（jīng）取（qǔ）多組不同狀態下的平（píng）均流速，將所得到的數據經*小二乘法進行直（zhí）線擬合，用計算機模擬來確定回*小二乘法進行直線擬（nǐ）合，用計算機模擬來確定回歸方程係數，進而測（cè）量出不同狀態下（xià）的流量值。
1.2 化工汙水（shuǐ）流量計選型原理
化工汙水流（liú）量計選型的原理是基於電磁感應定律。當導電流體流過化工汙水流量計（jì）選型磁（cí）場時，在與流速（sù）和磁場兩電流體流過化工汙水流（liú）量計選型磁場時，在與流速和磁場兩者相垂直的方（fāng）向就會產生與平均流（liú）速呈正比（bǐ）的感（gǎn）者相（xiàng）垂直的方（fāng）向就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勵磁線圈產生的磁感磁線圈產生的（de）磁感應強度B，方向向上，流入液體的速上，流入液體的速度為v，管的直徑管為（wéi）D，兩*的（de）距離為Le，兩*間（jiān）電（diàn）動勢，兩*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（liǎng）*間的距離Le，即：

ε=kBvLe   （1）

式中，k為比例係數。流量為比例係數。流量Qv與管的直（zhí）徑D之間的關係為：

Qv=(D/2)2v   （2）

因此流量

式中K是與管（guǎn）直徑D、兩*間距Le有關的常（cháng）量。感應電動勢ε不受流（liú）體的溫度、壓力、密度、電不受（shòu）流體的溫度、壓力、密度、電導率（高於（yú）某閾（yù）值）變化的影響，因（yīn）此化工汙水流（liú）量計選型（xíng）在各種類型的流量計中有（yǒu）著較強的明顯優勢和廣泛各種類型的流量計中有著較強的明顯優勢和廣泛的（de）適用性。
1.3 係統硬件部分
1.3.1 方框圖
裝置采用模塊（裝置采用模塊（STM32F217STM32F217）來控製電磁流量）來控製（zhì）化工汙水流量計選（xuǎn）型的工作，包括產生勵磁脈衝方波信號、接收從探頭計的（de）工作，包括產生勵磁脈衝方波信號、接收從探頭送來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（zhǐ）示儀表用，模塊附（fù）帶有各類接口電路電流信號供指示儀表用，模塊附帶有（yǒu）各類接口電路（RS232、高速USB接口等）。裝置包括：接口等）。裝置包括：IC1單片機、IC2前置放（fàng）大器、IC3A/DIC3A/D轉換器、IC4電壓轉電流模塊、IC5勵磁線圈（quān）的驅動模（mó）磁線圈的驅動模塊電路、IC6電壓轉換模塊，以壓轉換模塊，以及USB快速接口電路、IC9芯片與周圍元件組片與周圍元件組成的RS232接口等電路。方框口等電路。方框圖如圖2所示。

1.3.2 傳感器

傳感器采用了流線型設（shè）計，要求表麵做工精傳感器采用了流線型設計，要求表（biǎo）麵做工精致，保證（zhèng）其工作在無阻流狀態下，以確保測量的精致，保證其工作在無阻（zǔ）流狀態下，以確保測量的精度。采用1英寸不鏽鋼管為探頭殼體，勵磁線包采英寸不鏽鋼管為探頭殼體，勵（lì）磁線包采用Φ0.06mm銅線在軟磁鋼芯上進（jìn）行繞製，繞好後銅線在軟磁鋼芯上進行繞製，繞（rào）好後將其密封在一個呈流線型半球的將其密封在（zài）一個（gè）呈流線型半球的ABS塑料殼內（nèi），上麵鑲嵌一對不（bú）鏽鋼電*，它與勵磁線圈相連上麵鑲嵌一對不鏽鋼電*，它與（yǔ）勵磁線圈相連。為（wéi）避（bì）免探頭內感應發射信號引起的幹擾，對信號發為避（bì）免探頭內感應發射信號引起的幹擾，對信號發（fā）射引線、電*引線等做了全麵屏蔽處理。

1.3.3 單片機控製電路

IC1（STM32F217）單片機處理電路（lù）是采用先）單片機處理電路是采用先進（jìn）的Cortex-M4內（nèi）核，浮點運算能力強，運行速度內核，浮點運算能力強（qiáng），運（yùn）行速度高，DSP處理指（zhǐ）令強大，具有更多的存儲空間（1M的片上閃存、196K的內嵌SRAM），以及（jí）靈活的外），以及靈活的外部存儲器接口FSMC，還帶（dài）有多種外（wài）設接口（照相機接口、高速USB接口、更快的通信接口和溫度傳感器接口等），在其內部可以完成器接（jiē）口等），在其內部可以完成FFT、各類（lèi）濾（lǜ）波、信 、各類濾波、信號壓縮和識別處理。具有（yǒu）多（duō）重總線並（bìng）行處理（lǐ）能力，號壓縮（suō）和識別處理。具有多重總線並（bìng）行處理能力（lì），輸入外接以太網、高速度USB、兩路通用（yòng）DMA；輸出音頻信號的（de）同時，還能驅動液晶顯示（shì）屏。設計的出音頻信號的同時，還能驅動液晶顯示屏。設計（jì）的芯片電路具有超低功耗，當主頻為芯片電路（lù）具有超低功耗，當主頻為168MHz情（qíng）況下，工作電流為38.6mA。

1.3.4 特殊電路設計

（1）勵磁信號（hào）與（yǔ）驅動電路

由於探（tàn）頭尺寸較（jiào）小，所產生的勵磁電流很弱，由於探頭尺寸較（jiào）小，所產生的勵磁電流很弱，要處理這樣的信號，則（zé）後續的放大電路要有足夠高要處理這樣的信號，則後續的放大電路要有足夠高的輸入阻抗和較大的增益，來保證傳感器的靈敏度的輸入阻抗和較大的增益，來保證傳感器的靈敏度（dù）及抗幹（gàn）擾性；為了防止交流及抗幹（gàn）擾性；為了（le）防止交流50Hz的工頻幹擾，選的工頻（pín）幹擾，選用方波電流作為勵（lì）磁電流，其（qí）頻率選用用方波電流作為勵磁電流（liú），其（qí）頻率選用（yòng）12.5Hz，它（tā）是1/4的（de）工頻頻（pín）率，這樣可有效地抑製工頻幹（gàn）擾。勵磁信號在單片機內部生成，從*勵磁信號在單片機內部生成，從*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號，接到勵（lì）磁線圈的驅動模塊電路IC5（LMD18200T LMD18200T）的3腳信（xìn）號，它的內部采用腳（jiǎo）信號，它的內部采用H橋式驅（qū）動（dòng），送出勵磁電流加到其橋式驅動，送出勵磁電流加到其2腳和（hé）10腳之間的勵磁線圈上（shàng）。在（zài）勵磁線圈L上形成20～30mA方波電流，它與控製方波電壓同步。使流體運動切割波電流，它與控製方波電壓同步。使流體運動（dòng）切割磁力（lì）線產生（shēng）的方波電壓與勵（lì）磁電流完全保持同步（bù）， 磁力線產生（shēng）的方波電壓與勵磁電流完全保持同步，這樣也便於在接收放大電路中信號的同步（bù）解調。電路如圖3所示。

（2）傳感器放大電路

IC2（SL28617）放大（dà）器用於放大傳感器送來）放大器用（yòng）於放（fàng）大（dà）傳感器送來的反映流量大小的電（diàn）壓信（xìn）號（hào），圖中的反映流量大小的電壓信號，圖中Rin和Rfb是（shì）用來改變運算放大器（qì）增益的電阻。來改變運算放大器增益（yì）的電（diàn）阻。S1是勵磁信號源，R17、R18是輸（shū）入偏置電阻，運放（fàng）的是輸入偏置電阻，運放的9腳和16腳分別接電源±腳分別（bié）接電源±5V，接在運放IC2輸出端的IC3（ADS8320 ADS8320）是16位高速A/D轉換器（qì），其轉換速度可達16kHz/s，接在（zài）接收放大（dà）器與接在接收放大（dà）器與A/D轉換器之（zhī）間的IC12（ISL21090 ISL21090）是三端穩壓器。電路如圖）是三端穩壓器。電路如圖4所示。

（3）電壓轉電流（liú）模塊電路

IC4（AD420）是一塊電壓轉電流模塊，可將（jiāng）電壓信號轉換成電流信號輸出，輸出電流範圍是4～20mA或0～20mA，其後麵可以接模擬指示儀表。接（jiē）其後麵可以（yǐ）接模（mó）擬指示儀表。接在其輸出端的IC10（LM358）是運放，可將輸出電流轉換（huàn）成電壓輸出，電壓輸出範圍（wéi）流轉換成電（diàn）壓輸出，電壓輸出範圍0～10V。電路（lù）如（rú）圖5所示。

（4）USB快速接口和RS232接口電路

由Q1、R14、R15、R16、L3、D3、R8和R9等元件組成的電（diàn）路與單片機對（duì）應電路，組成等元件組（zǔ）成的電路與單片機對應電路，組成（chéng）USB快速接（jiē）口電路。快速接口電路。IC9（SP3232EEY）芯片與周圍元）芯片與周圍元件組成RS232接口電路。電路如圖6所示。

3、結束語
全麵介紹（shào）了一（yī）種用於造紙廠排放管道中檢測全麵介紹了一種用於造紙廠排放管道中檢測汙水流量的智能化化工汙水流量計選型電路的設（shè）計（jì）方案，以汙水流（liú）量的智能化（huà）化工汙水流量計選型電路的設計方案，以及（jí）測試方法和數（shù）據分析模型，具有很強的實用價值（zhí）。及測（cè）試方法和數據分析模型，具有很強的實用價值。通過在直徑為1英寸的PVC塑料（liào）管中進行試驗，並塑料管中進（jìn）行試驗，並經過現（xiàn）場流速逐點分布（bù）測量，獲取若幹組不同狀態經過現場流速逐點分布測量，獲（huò）取若幹組不同狀態下的平（píng）均流速，通過計（jì）算機模擬來確定回歸方程係下的平均流（liú）速，通（tōng）過計算機模擬來確定回歸（guī）方程（chéng）係數，進而（ér）來測量不同狀態下的流量值。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（wéi）控製在析表明，其可測流量範圍控製在（zài）0～150m³·h-1之內，其非線性誤差為其非線性誤差為0.5%。該款化工汙水流量計選型的技術性能。該款化工（gōng）汙水（shuǐ）流（liú）量計選型的技術性能指標已達到國內外同類產品的先（xiān）進水平。