徑流泥沙含量實時測量裝置制造方法
【專利摘要】一種徑流泥沙含量實時測量裝置，屬于測量【技術領域】，采用測量桶、稱重傳感器、放水管、電動閥、液位傳感器、控制器和處理器構成，測量桶放置在稱重傳感器上，電動閥安裝在桶底的放水管上，液位傳感器安裝在測量桶上方，處理器通過控制器分別連接稱重傳感器、電動閥和液位傳感器。設定測量桶內的最高和最低水位及電動閥開閥、關閥時間；將渾水連續導入測量桶內，實時測量桶內水位高度及重量，并且將得到的數值通過控制器傳送至處理器；當水位上升至最高水位時，電動閥打開，測量桶內的水排出，當水位降低至最低水位時，電動閥關閉；處理器對獲得和設定的參數進行處理，得到桶中徑流泥沙的重量。本實用新型能夠準確地測量出不同土質的徑流泥沙含量，而且能夠實現在線測量。
【專利說明】徑流泥沙含量實時測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于測量【技術領域】，具體涉及一種測量泥沙含量的裝置，以及利用這樣裝置測量徑流總量的方法。
【背景技術】
[0002]目前測量徑流泥沙含量所采用方法有兩種，一種是采用直接測量法，如烘干法又稱稱重法，即取一定量的樣品，測量其原重和烘干后的重量，從而確定泥水中的含沙量，但由于烘干法需對待測樣品進行烘干，而烘干溫度一般為105°，加熱需11個小時左右，高溫與長期加熱會造成土壤中有機質被碳化，而使測量的含沙量偏小，對烘干溫度和加熱時間的要求也使得整個測量過程費時費力。在野外人們使用烘干法現場測量含沙量時所采用的酒精燃干法會使所測含沙量產生較大誤差，并且不能實現實時在線檢測。另一種方法是間接測量法，如電容法、激光法、Y射線法等，但受溫度、泥沙顆粒等影響，其測量誤差較大，尤其是在泥沙濃度很大或很小時，難于實現準確測量。本課題組曾于2011年申請過實用新型專利《泥水中泥沙含量測量裝置》(專利號為ZL201120215645.9)，但在實際使用過程中發現，當渾水中的泥沙含量大于3%時，其測量精度大幅度下降，原因是:原來采用一個壓力傳感器測量液位，和一個超聲波傳感器測量液位，利用兩個液位差值計算出渾水中的泥沙含量，但是，當渾水中的泥沙太多時，泥沙覆蓋了壓力傳感器的測量面，是測量精度大幅度下降。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種徑流泥沙含量實時測量裝置。
[0004]發明同時提供了利用這種裝置的測量方法。
[0005]本發明解決的技術問題的方案是采用測量桶、稱重傳感器、放水管、電動閥、液位傳感器、控制器和處理器構成徑流泥沙含量實時測量裝置，測量桶通過下支架放置在稱重傳感器上，放水管連接測量桶底部，電動閥安裝在放水管上，測量桶上沿固定有上支架，液位傳感器通過上支架安裝在測量桶上方，液位傳感器的濾波管在測量桶內，控制器分別連接稱重傳感器、電動閥和液位傳感器，處理器連接控制器。測量桶上方有將渾水匯集并注入測量桶內的水槽。
[0006]在測量桶上沿有一圈外翻邊，這樣能夠能將地保持測量桶盛水后不產生形變。
[0007]本發明通過以下步驟完成徑流泥沙含量的測量:
[0008]1、通過控制器設定測量桶內的最高水位」A ,最低水位A ,設定電動閥開閥時間6，關閥時間『；測量出測量桶的桶底面積力水槽至測量桶的桶底的高度;
[0009]2、通過水槽將匯集的渾水連續導入測量桶內，通過液位傳感器實時測量桶內水位高度，通過稱重傳感器實時測量桶內水的重量，并且將得到的數值通過控制器傳送至處理器；
[0010]3、當水位上升至最高水位時，控制器指令電動閥打開，測量桶內的水通過放水管排出，當水位降低至最低水位年時，控制器指令電動閥關閉；
[0011]4、處理器對獲得和設定的參數進行處理，得到桶中徑流泥沙的重量為:
[0012]W1 =(W1 — Ηβ(\ — σ%)ρ2)
Pi — Ρ%
[0013]W1:測定桶中徑流泥沙的重量(Kg)
[0014]W1:當前桶中的有效渾水測量重量(Kg)
[0015]桶的底面積為公，由液位傳感器實時測出的桶中的渾水水位A ,由稱重傳感器測出渾水的重量,P渾水中泥沙的比重為q，清水的比重為巧，C為水中空氣含量，其中'、^ C均可通過現有技術測定；
[0016]及實測過程中總的徑流量Q&為:
[0017]
Q& = nS{Hk -H1) + SHe + —(^ + ?3)
i I
[0018]Hk:設定的桶內最1?水位1?度；
[0019]hl:設定的桶內最低水位1?度；
[0020]即在實測過程中二Hk、Hcmki = H1,當達到Hc的上下限值時，裝置下部的電動閥自動開關；
[0021]?:流入實測桶中水量所用的時間，計算機處理器自動記錄；
[0022]?:放水次數，計算機處理器自動記錄；
[0023]I1:開閥時間，指從電動閥開始啟動至完全開啟所需時間，計算機自動記錄；
[0024]I2:關閥時間，指從電動閥開始關閉至完全關閉所需時間，計算機自動記錄；
[0025]H:放水時間，指從電動閥完全開啟放水至電動閥開始關閉結束放水所需時間，計算機處理器自動記錄。
[0026]在實際測量時，桶中的水位達到桶底O臨界點(如圖不圓桶底部)時，桶中已經有殘留渾水重量Δ, (.AW為固定值，人工率定，給定值)，則在初步測定泥沙重量的基礎上考慮去除桶中已有殘留渾水重量情況下桶中的實際有效泥沙重量為:
[0027]Wn = ^ (W1 -LW-HiSil — C%) P2)
Pi ~ Pi"
[0028]W:考慮去除桶中已有殘留渾水重量測定的桶中徑流泥沙的重量(Kg)；
[0029]除此之外，在實際測量時，由于有水的沖力，在計算有效泥沙重量時也應該減掉，
IJ
沖力為％ = QVp=Qp,^ , β為當前流量，Q =丄λ為流入當前實測桶中水量所用
?的時間為在當前實測桶中水位落差時的流速,H = He，P為渾水的密度，P=備
力重力加速度。
L0030」此時桶中的實際有效泥沙重量為:
[0031 ] Wm = ~[W1-AW-W2- HiSQ — C%) P2)]
Pi — Pi^
[0032]即Wm= A [W1-MV-Qp-J^gH — Ηβ(\-C%)p2)},
Pi — Pi
[0033]因此考慮去除Δ?Τ和％的影響最終測得的實際泥沙重量為:
qZj a
[0034]W = Wm = —^~[W1 -LW- p,j2g(He — Hc) — Ηβ{\ — C%),o2)}.P1-P21，
[0035]W為更準確的實際泥沙重量。
[0036]本方案采用了稱重傳感器，使泥沙含量不受限制。所采用的稱重傳感器和高精度液位傳感器對液體對徑流渾水的重量和體積進行測量，通過插值計算，能夠準確地測量出不同土質的徑流泥沙含量，而且能夠實現在線測量。
[0037]本發明在水土流失研究領域，快速準確地測定徑流泥水中的泥沙含量，在土地綜合治理與開發利用方面及污水處理領域有效監控，為地質災害(如泥石流)預測提供數據支持。能夠快速準確地測量出不同土質的徑流泥沙含量，實現在線連續測量，不受渾水的溫度等條件的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為測量的原理示意圖；
[0039]圖2為本發明裝置測量桶部分的剖視圖。
【具體實施方式】
[0040]例一、本發明裝置由測量桶1、稱重傳感器3、放水管4、電動閥5、液位傳感器7、控制器9和處理器10構成，測量桶I通過下支架2放置在稱重傳感器3上，放水管4連接測量桶底I部，電動閥5安裝在放水管4上，測量桶I上沿固定有上支架6，液位傳感器7通過上支架6安裝在測量桶I上方，液位傳感器7的濾波管8在測量桶I內，控制器9分別連接稱重傳感器3、電動閥5和液位傳感器7，處理器10連接控制器9。測量桶I上方有將渾水匯集并注入測量桶內的水槽。在測量桶I上沿有一圈外翻邊11。測量桶I底部與電動閥5之間的放水管4內是殘留渾水12。
[0041]本發明通過以下步驟完成徑流泥沙含量的測量:
[0042]1、通過控制器設定測量桶內的最高水位Hs，最低水位，設定電動閥開閥時間
4，關閥時間?2 ;測量出測量桶的桶底面積為J,水槽至測量桶的桶底的高度；
[0043]2、通過水槽將匯集的渾水連續導入測量桶內，通過液位傳感器實時測量桶內水位高度，通過稱重傳感器實時測量桶內水的重量，并且將得到的數值通過控制器傳送至處理器；
[0044]3、當水位上升至最高水位時，控制器指令電動閥打開，測量桶內的水通過放水管排出，當水位降低至最低水位巧時，控制器指令電動閥關閉；
[0045]4、處理器對獲得和設定的參數進行處理，得到桶中徑流泥沙的重量為:
[0046]W1 =...............................(W1 — Ηβ(? — C%)p2)
Λ _ Ρ%
[0047]W':測定桶中徑流泥沙的重量(Kg)
[0048]W1:當前桶中的有效渾水測量重量(Kg)
[0049]桶的底面積為S，由液位傳感器實時測出的桶中的渾水水位,由稱重傳感器測出渾水的重量,i,渾水中泥沙的比重為q ,清水的比重為，C為水中空氣含量，其中.q、P2、C均可通過現有技術測定；
[0050]及實測過程中總的徑流量Q&為:
[0051]
= -Η；) + BH, + 色ξ?^ + Q
II
[0052]':設定的桶內最高水位高度；
[0053]丑；:設定的桶內最低水位高度；
[0054]即在實測過程中=Zift、Zfiafc當達到的上下限值時，裝置下部的電動閥自動開關；
[0055]1:流入實測桶中水量所用的時間，計算機處理器自動記錄；
[0056]η:放水次數，計算機處理器自動記錄；
[0057]:開閥時間，指從電動閥開始啟動至完全開啟所需時間，計算機自動記錄；
[0058]?2:關閥時間，指從電動閥開始關閉至完全關閉所需時間，計算機自動記錄；
[0059]h:放水時間，指從電動閥完全開啟放水至電動閥開始關閉結束放水所需時間，計算機處理器自動記錄。
[0060]例二、本發明裝置和實測過程中總的徑流量同例一，實際有效泥沙重量為:
[0061 ] W = ~(W1 -LW-HeSQ- CW)ρ2)
P1- Pi""
[0062]ITn.考慮去除桶中已有殘留渾水重量測定的桶中徑流泥沙的重量(Kg)。
[0063]例三、本發明裝置和實測過程中總的徑流量Q色同例一，實際有效泥沙重量為:
QU <7
[0064]w = Wm = _[W1 -MV - pj2g(He 一 Hc) — H ,(I 一 C%)p2')]。
P1-Ρ%?
[0065]以下通過表I和表2的能夠反映出現有技術與本發明技術測量的準確程度，表I為現有技術的測量結果，表2為本發明技術的測量結果。
[0066]表I
[0067]
2014 年 05 月 2*? B _8f I?分序號 Ifffl重董(kg) ?位fes) ?紗含詈量
12013-05-27.08:10:06OIS O5.32
22013-05-27.08:10:229,9023 5,96.44
32013-05-2--08:10:38I1.4SI 4.5333338,63
€ 2014-?-2?j18:10:5420,3638 16,210.64
52mz-m-21 SiBilli121.1850 11-9666?W
62(Jl3-05-27?C€:1l;2629.8880 12.4666722.4
72013-05-27^08:11:4235.4SB 17,9333324.S4
8201^05-27^08:11:5838,8108 14,2666T30.24
920?3?05-"2?^?Β:?2:1441.62118 14.333.04
102013-05-27^08:12:3048.62138 16,633333S.64
112--3?05-2--0Β;12:4β55= Bi155 19,943.4
122013-05-2?m0e:13:0282.78167 2S.746.76
132013^05^27^08:13:1863.12171 25,447a88
142013-r)5-?2?.08:13:3469,74ISl 31.7666750.68
152013-T8.28W5 39,4866T54,6 IS 2013-0^27^00:14:06S3.92208 42.85S.24
172013?05-27?08:14:2287?楊220 43, ISI.S
182013-CJ&-27.0B:14-:3894.2224S 43,63^33SSa 04
192013-05-27j18:14;54100.B2§S 45,2666T73.64
202im-m~27JM:l5:lO108.Tl283 49, 166671% 24
21203-05-27^08:15:26114.86303 50.0333384.84
222013?05~2?J)1:15:4,2122.28325 52.1333391
232013-O5-"27mOe；15:SS129.84341 57,2666?95.48
242018-05-2?JJS:16:14136.6236159.23232ICJl.08
252013-05-27^08;16:30145.36381 64,4666T1Sa Si
262CH3-05-2T_0S:16:46153.31401 68,43333112.28
2? 2013?05?2?^08:1T:021S9.86425 68? IIW
2B 201:17:18166.MUB ￡$.33333125.44
292013?05~27__D8:17:34174.12468 71, S121,04
302013*05-27^08^17:501722475 68,7133
312013-05-27^08;18:061?8.34470 7?.9131.6
322013-05-27^08:18:2218L 9498 70?7666?139, 44
332013"05-2?_01:18:38182.08510 65.46667142,8
34- 2013~05~2?m08:18:54188.1532 65.23333HS.96
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Λ原來前差壓法?量?數Λ* if多點前?差趙過了 10? <2013年〕
[0068]表 2
[0069]施4年W月08日IS時5?分序號時?重麗(_) ?Μ(μμ)漏沙含邐徑流邐《S3
12014-06-0.8^13:57:03DO OO'
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32014-06-08^13:58^2519.14? 2.06fiS67(M)ISlS
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爾現方法實Λ前數鑑(2Wi年)最大鎮差+千5駕
[0070]結果顯示:用原來的差壓法測量的數值，許多點的誤差超過了 10%;用現方法實測的數據(2014年)最大誤差小于5%。
【權利要求】
1.一種徑流泥沙含量實時測量裝置，其特征在于:它由測量桶、稱重傳感器、放水管、電動閥、液位傳感器、控制器和處理器構成，測量桶通過下支架放置在稱重傳感器上，放水管連接測量桶底部，電動閥安裝在放水管上，測量桶上沿固定有上支架，液位傳感器通過上支架安裝在測量桶上方，液位傳感器的濾波管在測量桶內，控制器分別連接稱重傳感器、電動閥和液位傳感器，處理器連接控制器。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:在測量桶I上沿有一圈外翻邊11。
【文檔編號】G01N5/00GK204027954SQ201420485120
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】高金花, 閆雪蓮, 徐惠基 申請人:長春工程學院