способ определения расхода сточных вод и устройство для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ определения расхода сточных вод, заключающийся в периодическом контроле степени наполнения коллектора канализационной сети и определении суммарного расхода в заданный интервал времени по значениям мгновенного расхода, отличающийся тем, что при периодическом контроле степени наполнения коллектора зондируют расстояние до протекающего слоя воды датчиком уровня, формируют первый информационный импульс, соответствующий переднему фронту зондирующего сигнала, задержанного на время, пропорциональное значению свободного хода датчика уровня при полном наполнении коллектора, и второй информационный импульс, соответствующий заднему фронту зондирующего сигнала, формируют последовательности стандартных импульсов с периодом следования, соответствующим отношению времени зондирования при нулевом наполнении коллектора и количества стандартных импульсов формируемой последовательности, равного числу выбранных линейных участков графика зависимости относительного расхода от степени наполнения коллектора и с началом отсчета от первого информационного импульса, формируют первый информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между вторым информационным импульсом последовательности стандартных импульсов, включая при этом в состав данной последовательности дополнительный импульс, соответствующий наполнению, равному 0,95 от внутреннего диаметра коллектора канализационной сети, и формируемый от первого информационного импульса, причем при опережении по времени формирования дополнительным импульсом второго информационного импульса формируют вторую последовательность стандартных импульсов с началом отсчета от второго информационного импульса, а первый информационный сигнал формируют длительностью, равной интервалу времени между первым стандартным импульсом первой последовательности и последним импульсом второй последовательности стандартных импульсов, при определении значений мгновенного расхода формируют второй информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между импульсом из последовательности стандартных импульсов, формируемым первым после формирования второго информационного импульса, и тем же стандартным импульсом, задержанным на время, пропорциональное значению угла наклона соответствующего данному импульсу линейного участка графика зависимости относительного расхода от степени наполнения коллектора, при определении суммарного расхода посредством мультипликации первого информационного сигнала формируют третий информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между передними фронтами сигналов первого и максимального порядка мультипликации, заполняют третий информационный сигнал счетными импульсами и суммируют их со счетными импульсами предыдущих циклов измерения значений мгновенного расхода, при этом в процессе мультипликации первого информационного сигнала текущего цикла измерения значений мгновенного расхода формируют промежуточный сигнал для зондирования и формирования первых двух информационных сигналов для последующего цикла измерения и одновременно с процессом заполнения счетными импульсами третьего информационного сигнала текущего цикла измерения значений мгновенного расхода осуществляют мультипликацию первого информационного сигнала последующего цикла измерения, причем за передний фронт третьего информационного сигнала последующего цикла измерения принимают задний фронт третьего информационного сигнала текущего цикла измерения.

2. Устройство для определения расхода сточных вод, содержащее датчик уровня и вторичный прибор, отличающееся тем, что в него введен двигатель постоянного тока, а датчик уровня включает двухкамерный корпус, в первой камере которого установлены подшипники, объединенные по внутреннему диаметру втулкой с ведомым колесом ременной передачи от ведущего колеса двигателя постоянного тока, полый поршень с защитным чехлом, вставленный направляющими в пазы второй камеры корпуса, ползун с пазами для направляющих первой камеры корпуса, выполненный в виде стержня, связанного резьбовым соединением с втулкой и снабженного по крайней мере двумя ограничителями пространственного положения поршня с микровыключателями, расстояние между верхним и нижним из которых выбрано из условия возможности обеспечения заданной величины свободного хода ползуна вдоль поршня, и блок управления датчиком уровня, подключенный к двигателю постоянного тока и микровыключателям, установленным на верхнем и нижнем ограничителях пространственного положения поршня с возможностью их срабатывания при крайних положениях ползуна относительно поршня.

3. Устройство для определения расхода сточных вод, содержащее датчик уровня и вторичный прибор, отличающееся тем, что в него введен двигатель постоянного тока, а датчик уровня включает корпус, внутри которого установлены подшипники, соединенные по внутреннему диаметру втулкой с ведомым колесом ременной передачи от ведущего колеса двигателя постоянного тока, полый поршень с защитным чехлом, ползун, выполненный в виде стержня, связанного резьбовым соединением с втулкой и снабженного ограничителем пространственного положения поршня с микровыключателями, и блок управления датчиком уровня, подключенный к двигателю постоянного тока и микровыключателям ограничителя, при этом линейный размер поршня равен величине свободного хода ползуна, ограничитель размещен внутри поршня и снабжен пружинами для удержания поршня в среднем положении относительно ограничителя, микровыключатели которого установлены с возможностью срабатывания в крайних относительно поршня положениях ползуна.

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что вторичный прибор выполнен в виде электронного блока формирования выходного сигнала, подключенного входом и выходом соответственно к выходу блока управления датчиком уровня и к входу индикатора результатов измерения и состоящего из первого, второго и третьего электронных блоков: блока формирования информационных импульсов, блока формирования информационных временных интервалов и блока формирования информационных сигналов, при этом первый вход первого электронного блока подключен к выходу блока управления датчиком уровня, второй вход, объединенный с вторым входом третьего электронного блока, к первому выходу второго электронного блока, первый выход первого блока соединен с вторым входом второго блока, второй выход с первым входом третьего электронного блока, третий, объединенный с вторым выходом второго блока, с четвертым входом третьего электронного блока, четвертый выход с третьим входом третьего электронного блока, пятый выход с первым входом второго электронного блока, первый выход третьего блока подключен к второму входу блока управления датчиком уровня, а второй выход третьего электронного блока к индикатору результатов измерения.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в блок формирования информационных импульсов включены девять электронных ключей, вентиль, одновибратор, дифференцирующая цепочка, четыре линии временной задержки и четыре диода, причем выход и запирающий вход первого электронного ключа через дифференцирующую цепочку, второй диод и третью линию временной задержки подключены к возбуждающему входу одновибратора, выход дифференцирующей цепочки через первый диод к объединенным входам второго и третьего электронных ключей, вход первой линии временной задержки объединен с входом третьей линии временной задержки и с запирающим входом седьмого электронного ключа, который одновременно с одновибратором, четвертой линией временной задержки и третьим диодом образует контур автоциркуляции стандартных импульсов, подключенный к объединенным входам пятого и шестого электронных ключей, выход пятого электронного ключа, его запирающий вход и отпирающий выход шестого электронного ключа соединены с входом восьмого и входом девятого электронных ключей, выход третьего электронного ключа подключен к входу вентиля, выход которого, а также отпирающий вход восьмого и запирающий вход девятого электронных ключей через четвертый диод соединены с возбуждающим входом одновибратора, выход первой линии временной задержки подключен к отпирающему входу второго электронного ключа, запирающему входу третьего электронного ключа и к входу второй линии временной задержки, при этом вход первого электронного ключа, соединенный со своим отпирающим входом, является первым входом блока формирования информационных импульсов, отпирающие входы третьего и девятого электронных ключей и запирающий вход седьмого электронного ключа - вторым входом этого блока, выход первого диода является первым выходом блока, объединенные выходы второго и восьмого электронных ключей, подключенные к своим запирающим входам и отпирающему входу четвертого электронного ключа, - вторым выходом блока, выход второй линии временной задержки третьим выходом блока, выход четвертого электронного ключа, подключенный к своему запирающему входу четвертым выходом блока, а объединенный выход шестого и девятого электронных ключей, подключенный к входу четвертого электронного ключа, является пятым выходом данного блока.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в блок формирования информационных временных интервалов включены схема коммутации стандартных импульсов, схема блокировки стандартных импульсов, составленные из электронных ключей, и схема корректировки временных интервалов между стандартными импульсами, составленная из линий временных задержек, количество которых, а также количество электронных ключей первых двух схем соответствует количеству заданных линейных участков кривой зависимости расхода сточных вод от степени наполнения коллектора, при этом в схеме коммутации выход каждого предыдущего электронного ключа подключен к своему запирающему входу и отпирающему входу последующего ключа, а выход последнего электронного ключа к отпирающему входу первого электронного ключа схемы, в схеме блокировки вход каждого электронного ключа подключен к выходу соответствующего ключа схемы коммутации, в схеме корректировки вход каждой линии временной задержки подключен к выходу соответствующего электронного ключа схемы блокировки, при этом объединенные входы электронных ключей схемы коммутации являются первым входом блока формирования информационных временных интервалов, объединенные отпирающие входы электронных ключей схемы блокировки вторым входом этого блока, выход последнего электронного ключа схемы коммутации первым выходом блока, а объединенные выходы линий временных задержек схемы коррекции являются вторым выходом данного блока.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в состав блока формирования информационных сигналов включены два триггера, восемь электронных ключей, два генератора счетных импульсов, два ждущих мультивибраторов, три счетчика импульсов и два диода, причем объединенные входы первого и второго электронных ключей блока соединены с выходом первого триггера, их выходы с установочным входом соответственно первого и второго ждущих мультивибраторов, объединенные входы третьего и четвертого электронных ключей соединены с выходом второго триггера, их выходы с установочным входом соответственно первого и второго генераторов счетных импульсов, входы пятого, шестого, седьмого и восьмого электронных ключей подключены к выходу соответственно первого и второго ждущих мультивибраторов, первого и второго генераторов счетных импульсов, выход пятого электронного ключа подключен к входу первого счетчика импульсов, выход шестого электронного ключа к входу второго счетчика импульсов, объединенные выходы седьмого и восьмого электронных ключей к входу третьего счетчика импульсов, выход первого счетчика импульсов соединен с запирающими входами пятого и седьмого электронных ключей и отпирающими входами шестого и восьмого электронных ключей, выход второго счетчика импульсов с запирающими входами шестого и восьмого электронных ключей и отпирающими входами пятого и седьмого электронных ключей, промежуточный выход первого счетчика импульсов подключен к запирающим входам первого и третьего электронных ключей и отпирающим входам второго и четвертого электронных ключей, промежуточный выход второго счетчика импульсов к запирающим входам второго и четвертого электронных ключей и отпирающим входам первого и третьего электронных ключей, при этом установочные входы первого триггера являются соответственно первым и вторым входами блока формирования информационных сигналов, установочные входы второго триггера - соответственно третьим и четвертым входами блока, промежуточные выходы первого и второго счетчиков импульсов, соединенные через первый и второй диоды, являются первым выходом блока, а выход третьего счетчика импульсов вторым выходом данного блока.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в состав блока формирования информационных сигналов дополнительно введена схема удержания седьмого электронного ключа в закрытом состоянии, составленная из четырех диодов, при этом попарно объединенные выходы первого и третьего, второго и четвертого диодов схемы удержания соединены соответственно с запирающим и отпирающим входами седьмого электронного ключа, вход первого диода подключен к выходу первого счетчика импульсов, вход второго диода к выходу второго счетчика импульсов, вход третьего диода к выходу первого электронного ключа схемы коммутации блока формирования информационных временных интервалов, к первому выходу которого подключен вход четвертого диода схемы удержания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения расхода бытовых и производственных сточных жидкостей в самоточных канализационных сетях.

Известны способы определения расхода сточных вод, основанные на измерении перепада давления протекающей жидкости, образующегося при местном сужении потока или при повороте потока в колене [1]

Недостатком первой группы известных способов является непостоянство гидравлических параметров реализующих способы устройств из-за их чувствительности к загрязнениям сточных вод. Основной недостаток второй группы способов заключается в том, что устройства для их реализации не нормированы и, кроме того, они требуют дополнительных приспособлений для проведения периодической прочистки отверстий отбора давления.

Наиболее приемлемым способом определения расхода сточных вод является способ, основанный на измерении уровня протекающего слоя воды и заключающийся в периодическом контроле степени наполнения коллектора канализационной сети и определении путем расчета суммарного расхода за выбранный интервал времени по значениям мгновенного расхода, отсчитываемым по градуировочному графику зависимости расхода от наполнения коллектора [2]

Для осуществления способа при проведении кратковременных измерений применяются простейшие устройства типа водомерных линеек. Систематические измерения рекомендуется производить посредством известных, например ультразвуковых датчиков уровня со вторичным прибором, отражающим значения высоты протекающей жидкости на диаграмной ленте. Полученные данные обрабатываются, составляется таблица изменения уровня в течение всего времени измерений. Далее по градуировочному графику находят значение расхода.

Недостаток известного способа заключается в том, что из трех параметров потока протекающей жидкости: уровня, мгновенного расхода и суммарного расхода, определение значений двух последних связано с большой трудоемкостью и, как следствие, с субъективными погрешностями.

Задачей изобретения является снижение трудоемкости измерений.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе определения расхода сточных вод, основанном на измерении уровня протекающего слоя воды и заключающемся в периодическом контроле степени наполнения коллектора канализационной сети и определении суммарного расхода за выбранный интервал времени по значениям мгновенного расхода, при контроле степени наполнения коллектора зондируют расстояние до протекающего слоя воды, формируют первый информационный импульс, соответствующий переднему фронту зондирующего сигнала, задержанного на время, пропорциональное значению свободного хода датчика уровня при полном наполнении коллектора, и второй информационный импульс, соответствующий заднему фронту зондирующего сигнала; организуют формирование последовательности стандартных импульсов с периодом следования, соответствующим отношению значения времени зондирования при нулевом наполнении коллектора и количества стандартных импульсов формируемой последовательности, равного числу выбранных линейных участков графика зависимости относительного расхода от степени наполнения коллектора и с началом отсчета от первого информационного импульса; формируют первый информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между вторым информационным импульсом и последним импульсом последовательности стандартных импульсов, при этом в состав данной последовательности включают дополнительный импульс, соответствующий наполнению, равному 0,95 от внутреннего диаметра коллектора канализационной сети и формируемый от первого информационного импульса; причем при опережении по времени формирования дополнительным импульсом второго информационного импульса организуют формирование второй последовательности стандартных импульсов с началом отсчета от второго информационного импульса, а первый информационный сигнал формируют длительностью, равной интервалу времени между первым стандартным импульсом первой последовательности и последним импульсом второй последовательности стандартных импульсов; при определении значений мгновенного расхода формируют второй информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между импульсом из последовательности стандартных импульсов, формируемым первым после формирования второго информационного импульса, и тем же стандартным импульсом, задержанным на время, пропорциональное значению угла наклона соответствующего данному импульсу линейного участка графика зависимости относительного расхода от степени наполнения коллектора, и используют второй информационный сигнал для автоматической коррекции частоты следования счетных импульсов; при определении суммарного расхода посредством мультипликации первого информационного сигнала формируют третий информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между передними фронтами сигналов первого и максимального порядка мультипликации, заполняют третий информационный сигнал счетными импульсами и суммируют их со счетными импульсами предыдущих циклов измерения, при этом в процессе мультипликации первого информационного сигнала текущего цикла измерения вырабатывают промежуточный сигнал, на основании которого производят операции зондирования и формирования первых двух информационных сигналов для следующего цикла измерения, и параллельно процессу заполнения счетными импульсами третьего информационного сигнала текущего цикла измерения организуют мультипликацию первого информационного сигнала следующего цикла измерения, причем за передний фронт третьего информационного сигнала следующего цикла измерения принимают задний фронт третьего информационного сигнала текущего цикла измерения.

При этом в устройстве для осуществления способа определения расхода сточных вод, включающем датчик уровня и вторичный прибор, датчик уровня построен по электромеханическому принципу и содержит двухкамерный корпус, в первой камере которого установлены подшипники, объединенные по внутреннему диаметру втулкой с ведомым колесом ременной передачи от ведущего колеса двигателя постоянного тока; полый поршень с защитным чехлом, вставленный направляющими в пазы второй камеры корпуса; ползун с пазами для направляющих первой камеры корпуса, выполненный в виде стержня, имеющего резьбовое соединение с втулкой и снабженного двумя или более ограничителями пространственного положения поршня, расстояние между верхним и нижним из которых выбрано с возможностью обеспечения наперед заданной величины свободного хода ползуна вдоль поршня; и блок управления работой датчика, подключенный посредством кабеля к двигателю постоянного тока и к микровыключателям, установленным на верхнем и нижнем ограничителях пространственного положения поршня с возможностью их срабатывания при крайних положениях ползуна относительно поршня. Для канализационных сетей с минимальным диаметром труб линейный размер поршня датчика уровня выбирается равным значению свободного хода ползуна, ползун снабжен одним ограничителем пространственного положения поршня, размещенным внутри последнего и снабженным пружинами для удержания поршня в среднем положении относительно ограничителя, микровыключатели которого установлены с возможностью срабатывания при крайних положениях ползуна относительно поршня.

Вторичный прибор устройства выполнен в виде электронного блока формирования выходного сигнала, подключенного своими входом и выходом соответственно к выходу блока управления работой датчика и ко входу индикатора результатов измерения и составленного из первого, второго и третьего электронных блоков: блока формирования информационных импульсов, блока формирования информационных временных интервалов и блока формирования информационных сигналов; при этом первый вход первого электронного блока подключен к выходу блока управления работой датчика, второй вход, объединенный со вторым входом третьего блока, к первому выходу второго электронного блока, первый выход первого блока соединен со вторым входом второго блока, второй выход с первым входом третьего электронного блока, третий выход, объединенный со вторым выходом второго блока, с четвертым входом третьего блока, четвертый выход с третьим входом третьего блока, пятый выход с первым входом второго блока, первый выход третьего блока подключен ко второму входу блока управления работой датчика уровня, второй выход третьего блока к индикатору результатов измерения. В состав блока формирования информационных импульсов включены девять электронных ключей, вентиль, одновибратор, дифференцирующая цепочка, четыре линии временной задержки и четыре диода; причем выход и запирающий вход первого электронного ключа через дифференцирующую цепочку, второй диод и третью линию временной задержки подключены к возбуждающему входу одновибратора, выход дифференцирующей цепочки через первый диод к объединенным входам второго и третьего электронных ключей, вход первой линии временной задержки объединен со входом третьей линии временной задержки и с запирающим входом седьмого электронного ключа, который совместно с одновибратором, четвертой линией временной задержки и третьим диодом образует контур автоциркуляции стандартных импульсов, подключенный к объединенным входам пятого и шестого электронных ключей; выход пятого электронного ключа, его запирающий вход и отпирающий вход шестого электронного ключа соединены со входом восьмого и входом девятого электронных ключей, выход третьего электронного ключа подключен ко входу вентиля, выход которого, а также отпирающий вход восьмого и запирающий вход девятого электронных ключей через четвертый диод соединены с возбуждающим входом одновибратора, выход первой линии временной задержки подключен к отпирающему входу второго ключа, к запирающему входу третьего электронного ключа и ко входу второй линии временно задержки; при этом вход первого электронного ключа, соединенный со своим отпирающим входом, является первым входом блока формирования информационных импульсов, отпирающие входы третьего и девятого электронных ключей и запирающий вход седьмого электронного ключа вторым входом блока, выход первого диода является первым выходом блока, объединенные выходы второго и восьмого электронных ключей, подключенные к своим запирающим входам и к отпирающему входу четвертого электронного ключа вторым выходом блока, выход второй линии временной задержки третьим выходом блока, выход четвертого электронного ключа, подключенный к своему запирающему входу четвертым выходом блока, а объединенный выход шестого и девятого электронных ключей, подключенный ко входу четвертого электронного ключа является пятым выходом данного блока.

В состав блока формирования информационных временных интервалов включены: схема коммутации стандартных импульсов, схема блокировки стандартных импульсов, составленные из электронных ключей, и схема корректировки временных интервалов между стандартными импульсами, составленная из линий временной задержки, количество которых, а также количество электронных ключей первых двух схем соответствует количеству наперед выбранных линейных участков кривой зависимости расхода сточных вод от степени наполнения коллектора; при этом в схеме коммутации выход каждого очередного электронного ключа подключен к своему запирающему входу и к отпирающему входу последующего ключа, а выход последнего электронного ключа к отпирающему входу первого электронного ключа схемы, в схеме блокировки вход каждого электронного ключа подключен к выходу соответствующего ключа схемы коммутации, в схеме корректировки вход каждой линии временной задержки подключен к выходу соответствующего электронного ключа схемы блокировки; при этом объединенные входы электронных ключей схемы коммутации являются первым входом блока формирования информационных временных интервалов, объединенные отпирающие входы электронных ключей схемы блокировки вторым входом блока, выход последнего электронного ключа схемы коммутации первым выходом блока, а объединенные выходы линий временных задержек схемы коррекции являются вторым выходом данного блока. В состав блока формирования информационных сигналов включены два триггера, восемь электронных ключей, два генератора счетных импульсов, два ждущих мультивибратора, три счетчика импульсов и два диода; причем объединенные входы первого и второго электронных ключей соединены с выходом первого триггера, их выходы с установочным входом соответственно первого и второго ждущего мультивибратора, объединенные входы третьего и четвертого электронных ключей соединены с выходом второго триггера, их выходы с установочным входом соответственно первого и второго генератора счетных импульсов; входы пятого, шестого, седьмого и восьмого электронных ключей подключены к выходу соответственно первого и второго ждущего мультивибратора, первого и второго генератора счетных импульсов, выход пятого электронного ключа подключен ко входу первого счетчика импульсов, выход шестого электронного ключа ко входу второго счетчика импульсов, объединенные выходы седьмого и восьмого электронных ключей ко входу третьего счетчика импульсов; выход первого счетчика соединен с запирающими входами пятого и седьмого электронных ключей и с отпирающими входами шестого и восьмого электронных ключей, выход второго счетчика с запирающими входами шестого и восьмого электронных ключей и с отпирающими входами пятого и седьмого электронных ключей; промежуточный выход первого счетчика импульсов подключен к запирающим входам первого и третьего электронных ключей и к отпирающим входам второго и четвертого электронных ключей, промежуточный выход второго счетчика импульсов к запирающим входам второго и четвертого электронных ключей и к отпирающим входам первого и третьего электронных ключей; при этом установочные входы "1" и "О" первого триггера являются соответственно первым и вторым входом блока формирования информационных сигналов, установочные входы "1" и "О" второго триггера соответственно третьим и четвертым входом блока, промежуточные выходы первого и второго счетчиков, объединенные через первый и второй диоды, являются первым выходом блока, а выход третьего счетчика импульсов вторым выходом данного блока. Для коллекторов канализационной сети, не обеспечивающей плавного изменения расхода за контролируемый интервал времени, в состав блока формирования информационных сигналов дополнительно включена схема удержания седьмого электронного ключа в закрытом состоянии, составленная из четырех диодов; при этом попарно объединенные выходы первого и третьего, второго и четвертого диодов схемы удержания соединены соответственно с запирающим и отпирающим входом седьмого электронного ключа, вход первого диода подключен к выходу первого счетчика импульсов, вход второго диода к выходу второго счетчика импульсов, вход третьего диода к выходу первого электронного ключа схемы коммутации блока формирования информационных временных интервалов, к первому выходу которого подключен вход четвертого диода схемы удержания.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 схема электронного блока формирования выходного сигнала устройства; на фиг. 3 и 4 схема работы устройства; на фиг. 5 представлены график А зависимости относительного расхода и диаграмма В зависимости относительной частоты следования счетных импульсов от степени наполнения коллектора канализационной сети; на фиг. 6 изображено устройство для канализационных сетей с минимальным диаметром труб; на фиг. 7 приведена дополнительная схема удержания блока формирования информационных сигналов.

Устройство для осуществления способа определения расхода сточных вод содержит датчик 1 уровня с двигателем постоянного тока 2, блок 3 управления работой датчика и вторичный прибор в составе электронного блока 4 формирования выходного сигнала и индикатора 5 результатов измерения (фиг. 1). Датчик уровня выполнен в виде двухкамерного корпуса, первая камера 6 которого с размещенными в ней подшипниками 7 и втулкой 8 имеет цилиндрическую форму, вторая камера 9 может иметь как цилиндрическую, так и иную конфигурацию. Внутри корпуса расположены ползун 10 и поршень 11 с защитным чехлом 12. Ползун 10 с резьбой 13 снабжен двумя или более ограничителями 14, 15 и 16 пространственного положения поршня. Внутри ограничителей 14 и 16 установлены микровыключатели 17 и 18, подключенные к блоку 3 через кабель 19. Вал двигателя 2 и ведомое колесо втулки 8 соединены ремнем 20. Корпус устройства жестко закреплен на коллекторе 21 канализационной сети с внутренним диаметром d. h высота протекающего слоя воды, l₀ величина свободного хода ползуна 10 вдоль поршня 11, L₀ конструктивный параметр датчика 1, вторая камера 9 корпуса которого имеет пазы для направляющих поршня 11 (на фиг. 1 не показаны). Пазами снабжен также ползун 10, направляющие для которого могут быть выполнены на перегородках первой камеры 6.

Для канализационных сетей с минимальным значением d ползун 10 снабжен лишь одним ограничителем 22, защитный чехол закреплен гайкой 23, а поршень 11 имеет нежесткую связь с ползуном 10 через пружины 24 и 25 (фиг. 6).

Электронный блок 4 формирования выходного сигнала составлен из трех блоков: блока 26 формирования информационных импульсов, блока 27 формирования информационных временных интервалов и блока 28 формирования информационных сигналов (фиг. 2). В состав блока 26 включены электронные ключи 29-37, инвертор 38, одновибратор 39, дифференцирующая цепочка 40, линии 41-44 временных задержек и диоды 45-48. В состав блока 27 включены схема коммутации стандартных импульсов (электронные ключи 49-58), схема блокировки стандартных импульсов (электронные ключи 59-68) и схема корректировки временных интервалов между стандартными импульсами (линии 69-78 временных задержек). В состав блока 28 включены триггеры 79 и 80, электронные ключи 81-88, ждущие мультивибраторы 89 и 90, генераторы 91 и 92 счетных импульсов, счетчики 93-95 и диоды 96, 97. Взаимосвязи элементов схемы блока 4 показаны на фиг. 2. При этом первым и вторым входом блока 26 являются соответственно вход ключа 29 и объединенные отпирающие входы ключей 31, 37 с запирающим входом ключа 35, а с первого по пятый выход данного блока соответственно выход диода 45, объединенный выход ключей 30 и 36, выход линии 42 временной задержки, выход ключа 32 и объединенный выход ключей 34 и 37. Первым и вторым входом блока 27 являются соответственно объединенный вход ключей 49-58 и объединенный отпирающий вход ключей 59-68, выходами блока 27, первым и вторым соответственно выход ключа 58 и объединенный выход линий 69-78 временных задержек. Входами блока 28, с первого по четвертый, являются соответственно установочный вход "1" триггера 79, установочный вход "0" триггера 79, установочный вход "1" триггера 80 и установочный вход "0" триггера 80, а первым и вторым выходами данного блока являются объединенный выход диодов 96, 97 и выход счетчика 95.

Последовательность нумерации элементов схемы блоков 26, 27 и 28 соответствует последовательности их порядковых номеров, указанных в формуле изобретения.

Способ заключается в следующем.

Операции зондирования. В исходном положении ползуна 10 кнопки микровыключателя 17 прижаты перегородкой между первой и второй камерами 6 и 9 корпуса датчика 1 уровня (фиг. 1). С поступлением управляющего сигнала 124 (позиция 98 на фиг. 3) с блока 3 запитывается двигатель 2 постоянного тока, вал которого соединен ремнем 20 с ведомым колесом втулки 8. Ползун 10, связанный с втулкой 8 резьбой 13, начинает движение вдоль направляющих первой камеры 6. Поршень 11, свободно висящий на ограничителе 14, под действием силы тяжести опускается внутрь коллектора 21 перпендикулярно границы воздух-вода. Достигнув данной границы, поршень 11 останавливается. Ползун 10, удерживая поршень 11 в вертикальном положении ограничителями 14-16, продолжает смещаться вниз до момента достижения ограничителем 16 дна поршня 11. В данный момент времени срабатывает микровыключатель 18. Двигатель 2 останавливается. Кроме того, при срабатывании микровыключателя 18 блоком 3 меняется полярность питания двигателя 2, в результате чего ползун 10 возвращается в исходное состояние, при котором поршень 11 находится в крайнем верхнем положении и удерживается в нем до очередного управляющего сигнала 124 с блока 3.

На основе последовательного срабатывания микровыключателей 17 и 18 блоком 3 вырабатывается зондирующий сигнал 125 (позиция 98 на фиг. 3) длительностью (T_x+ _o), где Т_х интервал времени возвращения поршня 11 от границы воздух-вода в исходное состояние, _o время смещения ползуна 10 относительно поршня 11.

Операция формирования информационных импульсов. Зондирующий сигнал 125 с выхода блока 3 направляется на первый вход блока 26 формирования первого и второго информационных импульсов 127 и 128 (фиг. 3). Пройдя открытый управляющим сигналом 124 электронный ключ 29, сигнал 125 запирает его за собой и дифференцируется цепочкой 40 (фиг. 2). Импульс 126 (позиция 99 на фиг. 3), соответствующий переднему фронту зондирующего сигнала 125, через диод 46 поступает на вход линий 41 и 43 временной задержки и на отпирающий вход ключа 35, а соответствующий заднему фронту сигнала 125 второй информационный импульс 128 направляется через диод 45 на объединенный вход электронных ключей 30 и 31. Параметр _o линии 43, формирующей первый информационный импульс 127 (позиция 100), выбирается равным отношению значений свободного хода l₀ ограничителя 16 с микровыключателем 18 до дна поршня 11 и скорости линейного смещения ползуна 10. Свободный ход l₀ датчика 1 предусмотрен с целью обеспечения процесса формирования блоком 4 выходного сигнала при высоте h протекающего слоя воды, равной внутреннему диаметру d коллектора 21, то есть при полном наполнении канализационной сети, при котором от попадания воды в корпус датчика 1 уровня предохраняет защитный чехол 12.

Операция формирования последовательности стандартных импульсов. Последовательность стандартных импульсов 129-138 (позиция 101) формируется контуром автоциркуляции, составленным из одновибратора 39, линии 44 временной задержки, электронного ключа 35 и диода 47. Процесс автоциркуляции начинается с момента поступления первого информационного импульса 127 на возбуждающий вход одновибратора 39 и заканчивается с импульсом 138, запирающим ключ 35 через схему коммутации блока 27. Интервал времени T₀ между импульсами 127 и 138 выбирается равным времени зондирования при нулевом наполнении коллектора 21. Исходя из этого количество стандартных импульсов и их период следования определяется числом заранее выбранных линейных участков кривой А графика зависимости относительного расхода от степени наполнения (фиг. 5):

g/g_п f(h/d),

где g расход сточных вод;

g_п расход при полном наполнении коллектора;

h высота протекающего слоя воды;

d внутренний диаметр коллектора.

На фиг. 5 кривая А разбита на десять основных линейных участков, чередующихся через каждые 0,1 h/d и один дополнительный (переходной) участок для уровня 0,9-0,95 от диаметра d. Поэтому время ₁ задержки линией 44 циркулирующих импульсов 129-138 формируемой последовательности соответствует значению 0,1 Т₀.

Операция формирования первого информационного сигнала. Первый информационный сигнал 139 (позиция 102) длительностью T_h, соответствующей значению уровня h воды в коллекторе 21, формируется следующим образом. Дополнительный импульс 140 (позиция 103), являющийся первым информационным импульсом 127, задержанным линией 41 на время ₂, равное 0,5₁, отпирает ключ 30 и запирает находящийся в исходном состоянии электронный ключ 31. Второй информационный сигнал 128 (позиция 99) проходит ключ 30, запирает его за собой и поступает на установочный вход "1" первого триггера 79 блока 28. В состояние "0" триггер 79 возвращается импульсом 138 с выхода электронного ключа 58 блока 27, в который стандартные импульсы 129-138 направляются с объединенного выхода электронных ключей 34 и 37. При этом четные стандартные импульсы с выхода ключа 35 на вход схемы коммутации блока 27 проходят через ключ 34, нечетные через ключи 33 и 37, открытые в исходном состоянии. В результате воздействия импульсов 128 и 138 на установочные входы триггера 79 последним сформируется строб 139 длительностью T_h.

Операция формирования второй последовательности стандартных импульсов. Необходимость данной операции обусловлена тем, что пропускная способность коллекторов канализационной сети достигает максимума при наполнении h, равном 0,95 d (график А на фиг. 5). В связи с этим при увеличении уровня воды в пределах от 0,95 d до 1,0 d длительность первого информационного сигнала должна уменьшаться пропорционально снижению пропускной способности коллектора, что достигается следующим образом. Формируемый от первого информационного импульса 127 дополнительный импульс 140, предшествующий последовательности импульсов 129-138, соответствует наполнению, равному 0,95 от значения внутреннего диаметра коллектора 21. При опережении по времени формирования дополнительным импульсом 140 второго информационного импульса 128 (позиция 103) в работу включается открытый в исходном состоянии электронный ключ 31. Импульс 128 через ключ 31, инвертор 38 и диод 48 поступает на возбуждающий вход одновибратора 39, в результате чего контуром автоциркуляции сформируется вторая последовательность стандартных импульсов 141-150 (позиция 104). Импульсы данной последовательности через ключ 34 поступают на вход схемы коммутации блока 27, стандартные импульсы 129-138 первой последовательности на вход ключа 36, открытого дополнительным импульсом 140. Импульс 129 первой последовательности закрывает за собой ключ 36 и совместно со стандартным импульсом 150 второй последовательности воздействует на соответствующий вход первого триггера 79 блока 28, формируя информационный сигнал 151 (позиция 105).

Операция формирования второго информационного сигнала. Второй информационный сигнал 163 (позиция 112) предназначен для регулировки (корректировки) частоты следования счетных импульсов 164 (позиция 113) в зависимости от угла наклона соответствующего линейного участка графика А зависимости относительного расхода от степени наполнения коллектора. На фиг. 5 представлена диаграмма В, выражающая зависимость относительной частоты следования импульсов 164 от наполнения:

F_max/F_сл f (h/d), (2)

где F_сл частота следования счетных импульсов;

F_max максимальное значение F_сл.

С целью снижения погрешности измерения отрезок 0,9-1,0 оси h/d диаграммы В разбит на два участка: на основной (0,95-1,0), которому соответствует стандартный импульс 129 (141) и дополнительный (0,9-0,95), которому соответствует дополнительный импульс 140 последовательностей стандартных импульсов 129-138 и 141-150. Информационные временные интервалы T₁-Т₁₀ (позиции 108-111) для формирования второго информационного сигнала 163 вырабатываются схемой корректировки блока 27, составленной из линий 69-78 временных задержек, интервал Т₁₁ (позиция 110), соответствующий дополнительному участку диаграммы В линией 42 блока 26. Схема блокировки блока 27, составленная из ключей 59-68, предназначена для исключения процесса формирования информационных временных интервалов от стандартных импульсов, поступающих в блок 27 раньше времени формирования второго информационного импульса 128. Например, для случая, показанного на позициях 106-111 фигуры 3 первым схему блокировки проходит четвертый стандартный импульс 132, то есть импульсы 152-154 не формируются, так как отпирающие входы ключей 59-68 подключены ко входу ключей 30 и 31 блока 26 и отпираются вторым информационным импульсом 128. Импульс 156, соответствующий импульсу 132, задержанному на время Т₄, с выхода линий 69-78 (для позиции 103 импульс 152 с выхода линии 42) поступает на установочный вход "О" второго триггера 80 блока 28, переведенного в состояние "1" импульсом 132, поступающего в блок 28 с выхода ключа 32, отпирающий вход которого подключен к диоду 45, выделяющего второй информационный импульс 128. В результате воздействия на установочные входы триггера 80 импульса 132 (позиция 107) и импульса 156 (позиция 110) сформируется строб 163, который в зависимости от порядкового номера цикла измерения направляется на установочный вход генератора 91 и 92 и своей длительностью Т_F устанавливает значение частоты F_сл следования счетных импульсов 164 (позиция 113).

Операция формирования третьего информационного сигнала. Счетные импульсы 164 предназначены для заполнения третьего информационного сигнала (позиция 115 на фиг. 4) длительностью NT_h, пропорциональной длительности Т_h первого информационного сигнала 139 (позиция 114), умноженной на коэффициент N мультипликации. Процесс мультипликации для каждого нечетного цикла измерения производится ждущим мультивибратором 89, для каждого четного - ждущим мультивибратором 90, возбуждающие входы которых подключены к выходу триггера 79 через электронные ключи 81 и 82 блока 28 соответственно (фиг. 2). Выходы мультивибраторов 89 и 90 через ключи 85 и 86 подключены к счетчикам 93 и 94 одинаковой емкостью, определяющей значение коэффициента N мультипликации. При формировании сигнала максимального порядка мультипликации счетчиком 93 (94) вырабатывается импульс переполнения, который используется для поочередного отключения или подключения элементов 89-92 схемы блока 28 к счетчикам 93-95. С этой целью выходы счетчиков 93 и 94 соединены с соответствующими отпирающими и запирающими входами электронных ключей 85-88.

В исходном состоянии ключи 81, 83, 85 открыты, ключи 82, 84, 86 и 88 - закрыты. Исходное состояние электронного ключа 87 для каждого нечетного цикла измерения, кроме первого, должно быть состоянием ОТКРЫТО. Для первого цикла можно предусмотреть возможность удержания ключа 87 в закрытом состоянии до момента формирования заднего фронта первого информационного сигнала 139 (151), что позволит исключить погрешность ₁ (позиция 113) при заполнении третьего информационного сигнала (позиция 115) счетными импульсами 165 (позиция 116), вырабатываемыми для нечетных циклов измерения генератором 91. В схеме блока 28 на фиг. 3 этого не предусмотрено, так как она составлена для больших значений N, при которых влияние погрешности первого цикла на общий результат измерений можно не учитывать.

Операция формирования промежуточного сигнала. При проведении измерений за промежуточный сигнал принимается сигнал (N-n) порядка мультипликации, при формировании которого мультивибратором 89 (90) он выделяется счетчиком 93 (94) и направляется через диод 96 (97) в блок 3 управления работой датчика 1. На основании промежуточного сигнала параллельно операции заполнения счетными импульсами 165 третьего информационного сигнала текущего цикла измерения начинается следующий цикл (позиции 117-120): производится операция зондирования, формирование первых двух информационных сигналов и начинается процесс мультипликации первого информационного сигнала (сигналы 166-170 на позиции 119). При этом производится соответствующая коммутация электронных ключей 81-84, то есть перевод их в состояние, являющееся исходным для следующего цикла измерения. Коммутация ключей 85-88 производится сигналом N порядка мультипликации (позиция 115), с момента формирования которого начинается отсчет мультиплицированных сигналов следующего цикла измерения (позиция 119) и заполнение интервала времени NТ_h их формирования счетными импульсами 165 (позиция 120).

При формировании сигнала (N-n), изображенного на позиции 119, описанный процесс повторяется (позиции 121-123). Тем самым обеспечивается определение суммарного расхода сточных вод за выбранный интервал времени по значениям мгновенного расхода, соответствующим длительности первого информационного сигнала каждого из проведенных циклов измерения. При этом влияние погрешностей _i (₂ и ₃ на позициях 119 и 122) на общий результат измерений так же незначительно, как и погрешности ₁ первого цикла измерения.

Схема блока 28 на фиг. 2 составлена для случая равномерного движения установившегося потока жидкости с плавно изменяющимся расходом, при котором без существенного влияния на достоверность результатов измерения можно использовать большие значения коэффициента мультипликации первого информационного сигнала. В противном случае необходимо либо исключить первый цикл измерения из процесса определения суммарного расхода либо дополнить блок 28 схемой удержания ключа 87 в закрытом состоянии на время формирования первого информационного сигнала 139 (151).

На фиг. 7 приведен один из возможных вариантов построения дополнительной схемы блока 28, составленной из диодов 172-175, обеспечивающих удержание ключа 87 в закрытом состоянии: электронный ключ 87 запирается через диод 174 импульсом 129 (141), поступающим с выхода электронного ключа 49 блока 27 и возвращается в исходное состояние через диод 175 импульсом 138 (150) с первого выхода блока 27. Диоды 172 и 173 предназначены для исключения влияния импульсов 129 (141) и 138 (150) на состояние электронных ключей 85, 86 и 88 (фиг. 2).

Датчик уровня, изображенный на фиг. 1, предназначен для установки на подводящем коллекторе крупных канализационных насосных станций. Для станций с небольшим объемом бытовых и производственных сточных вод, коллекторы которых выполнены с минимально допустимым диаметром, предлагается конструкция датчика с однокамерным корпусом (фиг. 6). Линейный размер поршня 11 такого датчика 11 соответствует значению L₀ свободного хода ограничителя 22 ползуна 10 относительно поршня 11, удерживаемого пружинами 24 и 25 в среднем положении относительно ограничителя 22. Назначение пружины 24 обеспечение срабатывания микровыключателя 17 при смещении ползуна 10 из исходного состояния, пружины 25 исключение срабатывания микровыключателя 18 под действием пружины 24.

Таким образом, предлагаемый способ определения расхода сточных вод позволяет сократить трудоемкость и исключить субъективные ошибки за счет автоматизации всего процесса измерения.