CN103674132A - 一种非满流管道出口流量测量装置及方法 - Google Patents

一种非满流管道出口流量测量装置及方法 Download PDF

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本发明的一种非满流管道出口流量测量装置及方法，主要用于金属矿山尾矿排渗管道出口流量的测量。所述的非满流管道出口流量测量装置主要是由手柄杯（1）、测量杯（2），电池（3）、碳电极（4）、碳电极保护管（5）、数据处理模块（6）、显示屏（7）、薄膜矩阵键盘（8）构成。本发明的测量方法是通过测出测量杯（2）在Δt1和Δt2时间段的液位高度，确定测量杯（2）中轴线上液位高度，中轴线上任一点液位高度值乘以测量杯（2）底面积值即可得到测量杯（2）中的液体体积值，管道出口流量值是液体体积值与计时时间差的比值。本发明解决了现有技术中存在的问题，为选矿行业尾矿库提供了一种价格低、使用灵活便携，测量数据精确，即使手持测量杯（2）有一定倾斜角，仍然能保证测量数据的准确性。

Description

一种非满流管道出口流量测量装置及方法
技术领域
本发明属于金属矿山尾矿库排渗管道流量测量技术领域，主要涉及一种非满流管道出口流量测量装置及方法。 
背景技术
金属矿山尾矿库的安全运行离不开各类排渗设施，排渗流量的大小反映了坝体内部的渗透特性，渗透特性是金属矿山尾矿安全运行的重要参数，必须要定期巡检测量排渗流量。目前在金属矿山尾矿库采用的非满流管道流量测量装置及方法是电磁流量计和液位计，先测得液体流速和液位高度，再通过既定断面的面积与液面高度之间的函数关系，得到过流断面面积，用断面面积乘以液体流速最终可计算管道出口流量。上述非满流管道出口流量的测量方法在生产实际中虽然可用，但也存在有几个方面的不足：1、测量中需要确定断面面积与液位高度之间的函数关系，所用公式复杂且没有普遍的适用性；2、液位高度要求必须要高于电磁流量计的两个电极位置，否则就无法测量；3、必须借助于高性能单片机技术完成计算；4、含有电磁流量计、液位计、计算装置在内的非满流流量测量装置价格昂贵而且是固定设备，一台流量计测量装置只能对应一个管道使用，不方便携带巡检。 
发明内容
鉴于现有技术中测量非满流管道出口流量测量装置及方法所存在的问题，本发明提出并公开了一种手持便携、可满足测量精度要求，在任意管道断面条件下对管道出口的流量进行测量的尾矿库排渗管的出口流量测量装置及方法，以解决并克服现有技术中测量设备使用条件受限制、价格贵、无法方便携带可巡检测量等问题。为实现上述发明目的，本发明采取的具体技术方案是：一种非满流管道出口流量测量装置，主要是由手柄、测量杯、电源、碳电极、碳电极保护管、数据处理模块、显示屏、薄膜矩阵键盘构成；其中测量杯是采用硬质塑料制成的一个底部密封、上部开口的圆柱体容器；手柄安装在测量杯的外部；两根碳电极分别粘接在用硬质塑料管制作的两个碳电极保护管管壁上，碳电极保护管通过管口穿过测量杯的杯壁上，使两根碳电极固定在测量杯圆周对称的两端位置，并垂直于测量杯底部圆平面；数据处理模块是由51/AVR单片机模块、数据存储器、USB芯片组成；薄膜矩阵键盘与数据处理模块连接，采用液晶显示屏显示测量点的编号和流量数据。所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其中碳电极是两根电阻值与长度呈线性关系的碳棒；所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其中测量杯底面设有一个导线连接点，通过电池与碳电级上端相连。所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其中测量杯高度为0.3m，测量杯圆柱体直径尺寸为0.2m；所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其中碳电极下端点与测量杯底部圆平面的距离为0.05m；所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其中薄膜矩阵键盘是一块4×1型的矩阵键盘。 
一种运用非满流管道出口流量测量装置的测量方法是： 
手持手柄将测量杯对准排渗管道出口，收集排出的流体，当流进测量杯内流体液面升至与两个碳电极下端点接触时，两个碳电极联通并形成闭合回路，这时通过数据模块控制开始记时，开始记时时间为Δt1；这时碳电极在闭合回路中的电阻值可转换为碳电极在Δt1时间被流体淹没的长度值，该长度值加上碳电极下端点与测量杯底部圆平面的距离即在Δt1时间碳电极处流体液位高度，当流入测量杯内的流体达到一定的液面高度后，停止计算，停止计时的时间为Δt2，这时碳电极在闭合回路中的电阻值可转换为碳电极在Δt2时间被流体淹没的长度值，该长度值加上碳电极下端点与测量杯底部圆平面的距离，即在Δt2时间碳电极处流体的液位高度，Δt1和Δt2对称的两个碳电极液位高度的平均值就是测量杯中轴线上的液位高度，中轴线上任一点液位高度值乘以测量杯底面积值即为测量杯内的液体体积值，管道出口流量值是液体体积值与计时时间差的比值。按下列公式计算：
Δt＝Δt2－Δt1                公式1      
Q＝（VC－VB－V管）/Δt       公式2       
式中：Δt：计时时间差；
       Q：管道出口流量值；
      VC：为Δt2时间测量杯体积值；
      VB：为Δt1时间测量杯体积值；
V管：Δt1到Δt2时间段内淹没的碳电极和碳电极保护管的体积值（与时段内液位高度增量有关，其函数关系可标定）。
将通过计算后的管道出口流量值输出到显示屏，在数据处理模块中，预先编制了各个测量点的编号，将每个数据对应其编号存储，对每个测量点数据处理模块会自动选取多个时间段，每段时间测得流量的平均值做为该处流量最终结果被储存，薄膜矩阵键盘控制数据处理模块选择测量点、查看数据、数据清零、流量计的开关。 
本发明所述的一种非满流管道出口流量测量装置及方法，解决了现有技术中所存在的问题，为选矿行业尾矿库提供了一种价格低、使用灵活便携、测量数据精确，即使操作人员手持测量杯有一定倾斜角，仍然不影响测量数据的准确性，可在金属矿山尾矿库排渗管道的出口流量测量工作中广泛应用。 
附图说明
图1是本发明测量装置的结构示意图； 
图2为本发明的测量方法中液位高度测量示意图。
图中：1、手柄；2、测量杯；3、电池；4、碳电极；5、碳电极保护管；6、数据处理模块；7、显示屏；8、薄膜矩阵键盘；9、导线连接点；10、Δt1时间的液位高度；11、Δt2时间的液位高度；12、中轴线上的液位高度。 
具体实现方式
下面结合附图给出本发明的实施方式如下：
如图1、图2所示，本发明所述的一种非满流管道出口流量测量装置，主要是由手柄1、测量杯2、电池3、碳电极4、碳电极保护管5、数据处理模块6、显示屏7、薄膜矩阵键盘8构成；其中测量杯2是采用硬质塑料制成的一个底部密封、上部开口的圆柱容器；测量杯2底面设有一个导线连接点9，通过电池3与碳电极4上端连接；手柄1装在测量杯2的外部；两根碳电极4分别粘接在用硬质塑料管制作的起保护作用的两个碳电级保护管5的管壁上，碳电极保护管5通过管口穿过测量杯2的杯壁，使两根电阻值与长度呈线性关系的碳电极4固定在测量杯2圆周直径对称的两端，并垂直于测量杯2底部的圆平面，安装在测量杯2下部的数据处理模块6是由51/AVR单片机模块、数据存储器、USB芯片组成，用以控制测量装置开关，实时测量碳电极4在闭合回路中的电阻质、计时、数据计算和存储、数据清零、对计算机程序编程、传送数据；薄膜矩阵键盘8固定安装在显示屏7的下方，与数据处理模块6连接，是一块4×1型薄膜矩阵键盘，控制数据处理模块6选择测量点、查看数据、数据清零、流量计开关；显示屏7安装在与手柄1对称位置的杯体中上部，是一块12864型液晶显示屏，可显示当前测量点的编号和流量数据，是流量数据的输出终端。
测量时，手持手柄1将测量杯2对准排渗管道出口，收集排出的流体。当流进测量杯2内流体液面升至与两个碳电极4下端点接触时，两个碳电极4联通并形成闭合回路，这时通过数据处理模块6开始记时，开始记时时间为Δt1，这时碳电极4在闭合回路中的电阻值可转换碳电极4在Δt1时间被流体淹没的长度值，该长度值加上碳电极４下端点与测量杯２底部圆平面的距离，即在Δt1时间碳电极处流体液位高度，当流入测量杯2内的流体达到一定的液面高度后，停止计时，停止计时的时间为Δt2，这时碳电极4在闭合回路中的电阻值可转换碳电极4在Δt2时间被流体淹没的长度值，该长度值加上碳电极４下端点与测量杯２底部圆平面的距离，即在Δt2时间碳电极４处流体的液位高度。Δt1时间和Δt2时间对称的两个碳电极4液位高度的平均值就是测量杯2中轴线上的液位高度，中轴线上任一点液位高度值乘以测量杯2底面积值即可得到测量杯2中的液体体积值，管道的出口流量值是液体体积值与计时时间差的比值。将通过计算后的管道出口流量值输出到显示屏7，数据处理模块6将对每个数据对应编号存储。对每个测量点，数据处理模块6会自动选取多个时间段，每段时间测得的流量的平均值做为该段流量最终结果被储存，并可将数据传送到普通电脑供专业技术人员分析使用。 

Claims (6)

1.一种非满流管道出口流量测量装置，其特征是：所述的一种非满流管道出口流量测量装置主要是由手柄（1）、测量杯（2）、电池（3）、碳电极（4）、碳电极保护管（5）、数据处理模块（6）、显示屏（7）、薄膜矩阵键盘（8）构成；其中测量杯（2）是采用硬质塑料制成的一个底部密封、上部开口的圆柱体容器；手柄（1）安装在测量杯（2）的外部；两根碳电极（4）分别粘接在用硬质塑料管制作的两个碳电级保护管（5）的管壁上，碳电极保护管（5）通过管口穿过测量杯（2）的杯壁上，使两根碳电极（4）固定在测量杯（2）圆周对称的两端位置，并垂直于测量杯（2）底部圆平面；数据处理模块（6）是由51/AVR单片机模块、数据存储器、USB芯片组成；薄膜矩阵键盘（8）与数据处理模块（6）连接，采用液晶显示屏（7）显示测量点的编号和流量数据；测量杯（2）底面设有一个导线连接点，通过电池（3）与碳电极（4）上端点连接。
2.根据权利要求1所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其特征是：碳电极（4）是两根电阻值与长度值呈线性关系的碳棒。
3.根据权利要求1所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其特征是：测量杯（2）高度为0.3m，测量杯（2）圆柱体直径尺寸为0.2m。
4.根据权利要求1所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其特征是：碳电极（4）下端点与测量杯（2）底部圆平面距离为0.05m。
5.根据权利要求1所述的一种非满流管道出口流量测量装置，其特征是：薄膜矩阵键盘是一块4×1型的矩阵键盘。
6.一种运用非满流管道出口流量测量装置的测量方法是：手持手柄（1）将测量杯（2）对准排渗管道出口，收集排出的流体，当流进测量杯（2）内的流体液面升至与两个碳电极（4）下端点接触时，两个碳电极（4）联通并形成闭合回路，这时通过数据处理模块（6）控制开始记时，开始记时时间为Δt1，这时碳电极（4）在闭合回路中的电阻值可转换碳电极（4）在Δt1时间被流体淹没的长度值，该长度值加上碳电极（4）下端点与测量杯（2）底部圆平面的距离，即在Δt1时间碳电极（4）处流体液位高度；当流入测量杯（2）内的流体达到一定的液面高度后，停止计时，停止计时的时间为Δt2，这时碳电极（4）在闭合回路中的电阻值可转换碳电极（4）在Δt2时间被流体淹没的长度值，该长度值加上碳电极（4）下端点与测量杯（2）底部圆平面的距离，即在Δt2时间碳电极（4）处流体的液位高度，Δt1时间和Δt2时间对称的两个碳电极（4）处液位高度的平均值就是测量杯（2）中轴线上的液位高度，中轴线上任一点液位高度值乘以测量杯（2）底面积值即可得到测量杯（2）中的液体体积值，管道的出口流量值是液体体积值与计时时间差的比值；按下列公式计算：
Δt＝Δt2－Δt1                公式1      
Q＝（VC－VB－V管）/Δt       公式2       
式中：Δt：计时时间差；
       Q：管道出口流量值；
      VC：为Δt2时间测量杯体积值；
      VB：为Δt1时间测量杯体积值；
V管：Δt1到Δt2时间段内淹没的碳电极和碳电极保护管的体积值（与时段内液位高度增量有关，其函数关系可标定）；
将通过计算后的管道出口流量值输出到显示屏（7），数据处理模块（6）将对每个数据对应编号存储，对每个测量点，数据处理模块（6）会自动选取多个时间段，每段时间测得的流量的平均值做为该段流量最终结果被存储并提供分析使用。
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