CN104048716B - 溶液式测流装置 - Google Patents
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Abstract
一种溶液式测流装置，基于溶液稀释法测流原理设计，包括一个90度弯曲的腔体以用来盛接待测水流、一段水槽、一个马氏瓶以用来恒速投放溶液和一个溶液浓度测量仪器以检测溶液在马氏瓶中和在水槽出口处的浓度以及待测水流的背景浓度。腔体与水槽相连通，马氏瓶安设在水槽始端的上方。腔体的末端设置一个雍水坎，以使得流出该腔体的水流水深与流速横向分布更均匀，雍水坎的纵剖面为三角形。水槽为一个上方敞开的棱柱体，其长度不小于腔体横截面边长的9倍。本发明对大流量的测量精度高，可用于从管道喷出的水流流量测量，尤其适用于井下放水钻孔大流量出水情况下的流量测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种流量测量装置，具体涉及一种溶液式测流装置。
背景技术
在矿井井下放水试验中放水钻孔水流流量的测量是一个基本而重要的工作。井下放水钻孔出水具有流量变化范围极大、水中有时夹带大量沙石和气体等特点，加之井下放水试验工作条件的特殊性，使得一般的测量管道内流体流量的仪表均不适合采用，在实践中一般采用一个容器收集与放水钻孔相连的管道流出的水流，然后通过测量容器容积和充满该容器所用时间来求得流量。此方法在流量较小时精度很高，但是有些放水钻孔流量极大，水流以极高的速度从口径十多厘米的管道喷出，几秒钟就将一个大容器充满，此时这种方法测得的流量往往误差很大。有时也采用三角堰或矩形堰等量水堰来进行流量测量。量水堰需要在堰板上游连接较长一段水槽以平顺水流，导致量水堰体积庞大，不方便井下搬运；另外，量水堰不适合用于带有固体颗粒的流体，放水钻孔出水水流中夹带的沙石会沉积在堰板上游，甚至会损害堰口，从而大大影响流量的测量精度。在河流流量测验方法中有一种溶液法测流方法。溶液法测流又称为稀释法测流，其原理是：在测验河段上游投放一种已知浓度的溶液(或称为化学指示剂)，经水流充分混合后，在下游测定该溶液的浓度，计算出流量。溶液法测流所采用的溶液需要满足溶液在待测水流中的背景浓度极低、检测灵敏度高、毒性很小等条件，常用的溶液主要有食盐、重铬酸钠、同位素、荧光染料等几种。
发明内容
为了克服现有的流量测量技术在井下放水钻孔大流量出水情况下流量测量精度不高的不足，本发明提供一种溶液式测流装置，能够较准确地测量从管道流出的高流速大流量的水流流量。
本发明所采用的技术方案是：一种溶液式测流装置，基于溶液稀释法测流原理设计，包括一个腔体以用来盛接待测水流、一段水槽、一个马氏瓶以用来恒速投放溶液和一个溶液浓度测量仪器以检测溶液在马氏瓶中和在水槽出口处的浓度以及待测水流的背景浓度。腔体90度弯曲，水槽与腔体相连通，马氏瓶安设在水槽始端的上方。腔体的横截面为正方形，其边长等于将待测水流喷射进腔体的圆管管径的2～4倍。腔体的末端设置一个雍水坎，以使得流出该腔体的水流水深与流速横向分布更均匀，雍水坎的纵剖面为三角形，其高度等于腔体横截面边长的1/6。水槽为一个上方敞开的棱柱体，其长度不小于腔体横截面边长的9倍。所述溶液式测流装置的流量计算公式为：Q＝(C1-C2)/(C2-C0)×q，式中，Q为待测水流流量，C1为溶液在马氏瓶中的浓度，C2为溶液在水槽出口处的浓度，C0为待测水流的背景浓度，q为马氏瓶流出溶液的流量。
本发明的有益效果是，对大流量的测量精度高，流量计算公式简单且不受装置尺寸大小影响，制作与使用方便，可用于从管道喷出的水流流量测量，尤其适用于井下放水钻孔大流量出水情况下的流量测量。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的正视结构示意图。
图中：1-腔体，2-马氏瓶，3-水槽，4-溶液浓度测量仪器，5-雍水坎。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，溶液式测流装置主要包括一个腔体1、一段水槽3、一个马氏瓶2和一个溶液浓度测量仪器4。腔体1为90度弯曲，水槽3与腔体1相连通，马氏瓶2安设在水槽3始端的上方。腔体1的横截面为正方形，其边长等于将待测水流喷射进腔体1的圆管管径的2～4倍。腔体1的末端设置一个雍水坎5，以使得流出该腔体1的水流水深与流速横向分布更均匀，雍水坎5的纵剖面为三角形，其高度等于腔体1横截面边长的1/6。水槽3为一个上方敞开的棱柱体，其长度不小于腔体1横截面边长的9倍。马氏瓶2的出水口高度固定且保持在水面之上，以实现溶液恒速投放。溶液浓度测量仪器4根据所采用的溶液的种类可选用电导率仪、离子浓度仪或荧光光度计。
使用时，先往马氏瓶2内加入配制好的一定浓度的某种溶液，选择溶液时要注意要求该溶液容易被测定且在待测水流中的背景值较低，再将马氏瓶2放置在水槽3上，打开马氏瓶2上的开关将瓶内溶液等速投放到水槽3内，与水槽3内的所测水流混合，然后根据溶液选择某种溶液浓度测量仪器4测量该溶液在马氏瓶2中的浓度C1、在待测水流中的背景浓度C0和在水槽3出口处的浓度C2，并通过容积法(一种通过测量流体充满一定体积的容器所需时间来推算流体流量的测流方法)测量马氏瓶2流出溶液的流量q，据此计算待测水流流量Q。
流量计算公式为：Q＝(C1-C2)/(C2-C0)×q。
Claims (4)
1.一种溶液式测流装置，基于溶液稀释法测流原理设计，其特征是：
包括一个腔体以用来盛接待测水流、一段水槽、一个马氏瓶以用来恒速投放溶液和一个溶液浓度测量仪器以检测溶液在马氏瓶中和在水槽出口处的浓度以及待测水流的背景浓度；
腔体90度弯曲，水槽与腔体相连通，马氏瓶安设在水槽始端的上方；
所述溶液式测流装置的流量计算公式为：Q＝(C1-C2)/(C2-C0)×q，式中，Q为待测水流流量，C1为溶液在马氏瓶中的浓度，C2为溶液在水槽出口处的浓度，C0为待测水流的背景浓度，q为马氏瓶流出溶液的流量。
2.根据权利要求1所述的溶液式测流装置，其特征是：腔体的横截面为正方形，其边长等于将待测水流喷射进腔体的圆管管径的2～4倍。
3.根据权利要求1所述的溶液式测流装置，其特征是：腔体的末端设置一个雍水坎，以使得流出该腔体的水流水深与流速横向分布更均匀，雍水坎的纵剖面为三角形，其高度等于腔体横截面边长的1/6。
4.根据权利要求1所述的溶液式测流装置，其特征是：水槽为一个上方敞开的棱柱体，其长度不小于腔体横截面边长的9倍。
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