徑流泥沙含量實(shí)時(shí)測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】一種徑流泥沙含量實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，采用測(cè)量桶、稱重傳感器、放水管、電動(dòng)閥、液位傳感器、控制器和處理器構(gòu)成，測(cè)量桶放置在稱重傳感器上，電動(dòng)閥安裝在桶底的放水管上，液位傳感器安裝在測(cè)量桶上方，處理器通過控制器分別連接稱重傳感器、電動(dòng)閥和液位傳感器。設(shè)定測(cè)量桶內(nèi)的最高和最低水位及電動(dòng)閥開閥、關(guān)閥時(shí)間；將渾水連續(xù)導(dǎo)入測(cè)量桶內(nèi)，實(shí)時(shí)測(cè)量桶內(nèi)水位高度及重量，并且將得到的數(shù)值通過控制器傳送至處理器；當(dāng)水位上升至最高水位時(shí)，電動(dòng)閥打開，測(cè)量桶內(nèi)的水排出，當(dāng)水位降低至最低水位時(shí)，電動(dòng)閥關(guān)閉；處理器對(duì)獲得和設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行處理，得到桶中徑流泥沙的重量。本實(shí)用新型能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出不同土質(zhì)的徑流泥沙含量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在線測(cè)量。
【專利說明】徑流泥沙含量實(shí)時(shí)測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種測(cè)量泥沙含量的裝置，以及利用這樣裝置測(cè)量徑流總量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前測(cè)量徑流泥沙含量所采用方法有兩種，一種是采用直接測(cè)量法，如烘干法又稱稱重法，即取一定量的樣品，測(cè)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(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行烘干，而烘干溫度一般為105°，加熱需11個(gè)小時(shí)左右，高溫與長期加熱會(huì)造成土壤中有機(jī)質(zhì)被碳化，而使測(cè)量的含沙量偏小，對(duì)烘干溫度和加熱時(shí)間的要求也使得整個(gè)測(cè)量過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在野外人們使用烘干法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量含沙量時(shí)所采用的酒精燃干法會(huì)使所測(cè)含沙量產(chǎn)生較大誤差，并且不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。另一種方法是間接測(cè)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(cè)量誤差較大，尤其是在泥沙濃度很大或很小時(shí)，難于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。本課題組曾于2011年申請(qǐng)過實(shí)用新型專利《泥水中泥沙含量測(cè)量裝置》(專利號(hào)為ZL201120215645.9)，但在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)渾水中的泥沙含量大于3%時(shí)，其測(cè)量精度大幅度下降，原因是:原來采用一個(gè)壓力傳感器測(cè)量液位，和一個(gè)超聲波傳感器測(cè)量液位，利用兩個(gè)液位差值計(jì)算出渾水中的泥沙含量，但是，當(dāng)渾水中的泥沙太多時(shí)，泥沙覆蓋了壓力傳感器的測(cè)量面，是測(cè)量精度大幅度下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種徑流泥沙含量實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。
[0004]發(fā)明同時(shí)提供了利用這種裝置的測(cè)量方法。
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題的方案是采用測(cè)量桶、稱重傳感器、放水管、電動(dòng)閥、液位傳感器、控制器和處理器構(gòu)成徑流泥沙含量實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，測(cè)量桶通過下支架放置在稱重傳感器上，放水管連接測(cè)量桶底部，電動(dòng)閥安裝在放水管上，測(cè)量桶上沿固定有上支架，液位傳感器通過上支架安裝在測(cè)量桶上方，液位傳感器的濾波管在測(cè)量桶內(nèi)，控制器分別連接稱重傳感器、電動(dòng)閥和液位傳感器，處理器連接控制器。測(cè)量桶上方有將渾水匯集并注入測(cè)量桶內(nèi)的水槽。
[0006]在測(cè)量桶上沿有一圈外翻邊，這樣能夠能將地保持測(cè)量桶盛水后不產(chǎn)生形變。
[0007]本發(fā)明通過以下步驟完成徑流泥沙含量的測(cè)量:
[0008]1、通過控制器設(shè)定測(cè)量桶內(nèi)的最高水位」A ,最低水位A ,設(shè)定電動(dòng)閥開閥時(shí)間6，關(guān)閥時(shí)間『；測(cè)量出測(cè)量桶的桶底面積力水槽至測(cè)量桶的桶底的高度;
[0009]2、通過水槽將匯集的渾水連續(xù)導(dǎo)入測(cè)量桶內(nèi)，通過液位傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量桶內(nèi)水位高度，通過稱重傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量桶內(nèi)水的重量，并且將得到的數(shù)值通過控制器傳送至處理器；
[0010]3、當(dāng)水位上升至最高水位時(shí)，控制器指令電動(dòng)閥打開，測(cè)量桶內(nèi)的水通過放水管排出，當(dāng)水位降低至最低水位年時(shí)，控制器指令電動(dòng)閥關(guān)閉；
[0011]4、處理器對(duì)獲得和設(shè)定的參數(shù)進(jìn)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(cè)定桶中徑流泥沙的重量(Kg)
[0014]W1:當(dāng)前桶中的有效渾水測(cè)量重量(Kg)
[0015]桶的底面積為公，由液位傳感器實(shí)時(shí)測(cè)出的桶中的渾水水位A ,由稱重傳感器測(cè)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(xiàn)有技術(shù)測(cè)定；
[0016]及實(shí)測(cè)過程中總的徑流量Q&為:
[0017]
Q& = nS{Hk -H1) + SHe + —(^ + ?3)

i I
[0018]Hk:設(shè)定的桶內(nèi)最1?水位1?度；
[0019]hl:設(shè)定的桶內(nèi)最低水位1?度；
[0020]即在實(shí)測(cè)過程中二Hk、Hcmki = H1,當(dāng)達(dá)到Hc的上下限值時(shí)，裝置下部的電動(dòng)閥自動(dòng)開關(guān)；
[0021]?:流入實(shí)測(cè)桶中水量所用的時(shí)間，計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)記錄；
[0022]?:放水次數(shù)，計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)記錄；
[0023]I1:開閥時(shí)間，指從電動(dòng)閥開始啟動(dòng)至完全開啟所需時(shí)間，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄；
[0024]I2:關(guān)閥時(shí)間，指從電動(dòng)閥開始關(guān)閉至完全關(guān)閉所需時(shí)間，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄；
[0025]H:放水時(shí)間，指從電動(dòng)閥完全開啟放水至電動(dòng)閥開始關(guān)閉結(jié)束放水所需時(shí)間，計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)記錄。
[0026]在實(shí)際測(cè)量時(shí)，桶中的水位達(dá)到桶底O臨界點(diǎn)(如圖不圓桶底部)時(shí)，桶中已經(jīng)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(cè)定泥沙重量的基礎(chǔ)上考慮去除桶中已有殘留渾水重量情況下桶中的實(shí)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(cè)定的桶中徑流泥沙的重量(Kg)；
[0029]除此之外，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于有水的沖力，在計(jì)算有效泥沙重量時(shí)也應(yīng)該減掉，




IJ
沖力為％ = QVp=Qp,^ , β為當(dāng)前流量，Q =丄λ為流入當(dāng)前實(shí)測(cè)桶中水量所用





?的時(shí)間為在當(dāng)前實(shí)測(cè)桶中水位落差時(shí)的流速,H = He，P為渾水的密度，P=備
力重力加速度。
L0030」此時(shí)桶中的實(shí)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(cè)得的實(shí)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(zhǔn)確的實(shí)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(duì)液體對(duì)徑流渾水的重量和體積進(jìn)行測(cè)量，通過插值計(jì)算，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出不同土質(zhì)的徑流泥沙含量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在線測(cè)量。
[0037]本發(fā)明在水土流失研究領(lǐng)域，快速準(zhǔn)確地測(cè)定徑流泥水中的泥沙含量，在土地綜合治理與開發(fā)利用方面及污水處理領(lǐng)域有效監(jiān)控，為地質(zhì)災(zāi)害(如泥石流)預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)量出不同土質(zhì)的徑流泥沙含量，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)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(cè)量的原理示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明裝置測(cè)量桶部分的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040]例一、本發(fā)明裝置由測(cè)量桶1、稱重傳感器3、放水管4、電動(dòng)閥5、液位傳感器7、控制器9和處理器10構(gòu)成，測(cè)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(cè)量桶底I部，電動(dòng)閥5安裝在放水管4上，測(cè)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(cè)量桶I上方，液位傳感器7的濾波管8在測(cè)量桶I內(nèi)，控制器9分別連接稱重傳感器3、電動(dòng)閥5和液位傳感器7，處理器10連接控制器9。測(cè)量桶I上方有將渾水匯集并注入測(cè)量桶內(nèi)的水槽。在測(cè)量桶I上沿有一圈外翻邊11。測(cè)量桶I底部與電動(dòng)閥5之間的放水管4內(nèi)是殘留渾水12。
[0041]本發(fā)明通過以下步驟完成徑流泥沙含量的測(cè)量:
[0042]1、通過控制器設(shè)定測(cè)量桶內(nèi)的最高水位Hs，最低水位，設(shè)定電動(dòng)閥開閥時(shí)間
4，關(guān)閥時(shí)間?2 ;測(cè)量出測(cè)量桶的桶底面積為J,水槽至測(cè)量桶的桶底的高度；
[0043]2、通過水槽將匯集的渾水連續(xù)導(dǎo)入測(cè)量桶內(nèi)，通過液位傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量桶內(nèi)水位高度，通過稱重傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量桶內(nèi)水的重量，并且將得到的數(shù)值通過控制器傳送至處理器；
[0044]3、當(dāng)水位上升至最高水位時(shí)，控制器指令電動(dòng)閥打開，測(cè)量桶內(nèi)的水通過放水管排出，當(dāng)水位降低至最低水位巧時(shí)，控制器指令電動(dòng)閥關(guān)閉；
[0045]4、處理器對(duì)獲得和設(shè)定的參數(shù)進(jìn)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(cè)定桶中徑流泥沙的重量(Kg)
[0048]W1:當(dāng)前桶中的有效渾水測(cè)量重量(Kg)
[0049]桶的底面積為S，由液位傳感器實(shí)時(shí)測(cè)出的桶中的渾水水位,由稱重傳感器測(cè)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(xiàn)有技術(shù)測(cè)定；
[0050]及實(shí)測(cè)過程中總的徑流量Q&為:
[0051]
= -Η；) + BH, + 色ξ?^ + Q

II
[0052]':設(shè)定的桶內(nèi)最高水位高度；
[0053]丑；:設(shè)定的桶內(nèi)最低水位高度；
[0054]即在實(shí)測(cè)過程中=Zift、Zfiafc當(dāng)達(dá)到的上下限值時(shí)，裝置下部的電動(dòng)閥自動(dòng)開關(guān)；
[0055]1:流入實(shí)測(cè)桶中水量所用的時(shí)間，計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)記錄；
[0056]η:放水次數(shù)，計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)記錄；
[0057]:開閥時(shí)間，指從電動(dòng)閥開始啟動(dòng)至完全開啟所需時(shí)間，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄；
[0058]?2:關(guān)閥時(shí)間，指從電動(dòng)閥開始關(guān)閉至完全關(guān)閉所需時(shí)間，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄；
[0059]h:放水時(shí)間，指從電動(dòng)閥完全開啟放水至電動(dòng)閥開始關(guān)閉結(jié)束放水所需時(shí)間，計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)記錄。
[0060]例二、本發(fā)明裝置和實(shí)測(cè)過程中總的徑流量同例一，實(shí)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(cè)定的桶中徑流泥沙的重量(Kg)。
[0063]例三、本發(fā)明裝置和實(shí)測(cè)過程中總的徑流量Q色同例一，實(shí)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(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明技術(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確程度，表I為現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量結(jié)果，表2為本發(fā)明技術(shù)的測(cè)量結(jié)果。
[0066]表I
[0067]
2014 年 05 月 2*? B _8f I?分序號(hào) 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
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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
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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
3520ld-m~~27jm:is:l0194.72550 67.S666TI§4
36201S*05-2T?08:19;2e200.6576 65.53333161.28
372013-05-2TmD8:19:422_.265?S 66,3666?160.M
382Cil3-05?2?^08:19:5820B.88602 6T, 2168* 56
Λ原來前差壓法?量?數(shù)Λ* if多點(diǎn)前?差趙過了 10? <2013年〕
[0068]表 2
[0069]施4年W月08日IS時(shí)5?分序號(hào)時(shí)?重麗(_) ?Μ(μμ)漏沙含邐徑流邐《S3
12014-06-0.8^13:57:03DO OO'
22014?06~.08^|3:58:?θ9.6524 0.883333?J.〗.?2
32014-06-08^13:58^2519.14? 2.06fiS67(M)ISlS
42014-06-08^13; 58; 4128.?70 3.50.0196
52014-06-08.13:58:5?38.3892 5.70.02576
621)14-05-08.13:59:1348IH ^ Pi).032?&
I 20i4-06-08mi3:59:295f,66141 6,8a OS94S
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θ 2Ca4-06-08^14:00:01T7190 S0, D532
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112Ca4-06~08^l4:00:3396,22240 8,36666?ιλ 0672
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182014-06-08^14:02:25163393 22.766670,11004
192014-06-08^14:02:41173,35419 23，550,11732
202CH4-Ci6-08ml4:02:5f183444 23.8?.12432
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爾現(xiàn)方法實(shí)Λ前數(shù)鑑(2Wi年)最大鎮(zhèn)差+千5駕
[0070]結(jié)果顯示:用原來的差壓法測(cè)量的數(shù)值，許多點(diǎn)的誤差超過了 10%;用現(xiàn)方法實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)(2014年)最大誤差小于5%。
【權(quán)利要求】
1.一種徑流泥沙含量實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于:它由測(cè)量桶、稱重傳感器、放水管、電動(dòng)閥、液位傳感器、控制器和處理器構(gòu)成，測(cè)量桶通過下支架放置在稱重傳感器上，放水管連接測(cè)量桶底部，電動(dòng)閥安裝在放水管上，測(cè)量桶上沿固定有上支架，液位傳感器通過上支架安裝在測(cè)量桶上方，液位傳感器的濾波管在測(cè)量桶內(nèi)，控制器分別連接稱重傳感器、電動(dòng)閥和液位傳感器，處理器連接控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于:在測(cè)量桶I上沿有一圈外翻邊11。
【文檔編號(hào)】G01N5/00GK204027954SQ201420485120
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】高金花, 閆雪蓮, 徐惠基 申請(qǐng)人:長春工程學(xué)院