CN104748820A - 泥水自动称重仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水土流失监测设备技术领域，具体为一种用于水土流失监测设备中的泥水自动称重仪，其包括称重瓶体、设置在称重瓶体顶部的进水口以及设置在所述称重瓶体内的第一虹吸装置，所述第一虹吸装置的进水口贴近所述称重瓶体底部；所述称重瓶体上设置有称重传感器。本产品可以即时测量出数据，大大的节省了工作时间。本装置的观测精度超过原有的人工观测，所测得的数据在最大限度的接近了水土流失的实际情况，在业内具有广阔的应用前景和推广价值。

Description

泥水自动称重仪

技术领域

本发明涉及水土流失监测设备技术领域，具体为一种用于水土流失监测设备中的泥水自动称重仪。

背景技术

我国是世界上水土流失最为严重的国家之一，水土流失的危害程度、发展趋势、影响范围都需要通过科学的监测手段来掌握。科学、系统、有效的水土流失监测和预报能够为我国水土保持决策提供至关重要的数据支撑。

2007年以来全国启动、实施了一、二期水土保持监测网络与信息系统建设工程，完成了对水利部水土保持监测中心，各流域水土保持监测中心站，各省、自治区、直辖市水土保持监测总站和省辖市水土保持监测分站的建设和完善，明确了各级监测机构的职能、监测内容，配备了监测设施，为确保全国水土保持监测工作的科学、有序、长效开展提供了制度和技术上的保障。

水土流失成因的研究、各项措施的布置、水土流失区域的治理等都需要科学、准确的监测数据作为理论和实践的基础。此外，随着我国现代化建设步伐的加快，各类生产建设项目造成的人为新增水土流失也成为了水土流失产生的重要影响因素，自然条件、人类活动等造成的水土流失，无论在其数量、规模、变化规律、趋势、危害程度、影响范围等方面都需要水土保持监测机构通过科学有效的监测方法、手段和设备去记录、掌握和分析。

水土保持小区径流泥沙观测试验，是研究区域内水土流失规律和水土保持效益的重要途径，也是全国第二期水土保持监测网络建设规划的重要内容。水土保持小区监测的基础设施包括集水小区、集流槽和集流池（或集流桶）等，如专利号为200820062767.2的中国发明专利所公开的一种改进的小区水土流失观测桶。观测计量仪器主要包括雨量筒、取水器、烘箱、天平。

（一）传统的径流小区观测方法基本原理：

水蚀小区水土保持观测的主要因子包括：降雨量、径流量和泥沙量。

其观测常用方法分别为：用雨量计观测降雨量；集流池（分流桶）观测计算径流量；用过滤烘干称重法观测计算泥沙量。

（二）传统的径流小区观测方法存在的问题：

传统的径流小区雨量、径流及泥沙监测，其原理简单，但观测、处理和计算程序复杂，且管理运行成本高。

泥沙量观测主要有两种方法，一种是烘干称重法，一种是比重计法。比重计法适于悬移质的测定，烘干称重法既适于悬移质也适合于推移质的测定。水土保持径流小区的泥沙是由推移质和悬移质组成的混合体，因此只能采取烘干称重法。

烘干称重法，是水文行业进行泥沙观测的基本方法，此种方法精度较高，但需要的仪器设备较多，观测处理程序繁琐，需要有专门的试验室对水样进行过滤、烘干处理和计量，非正规水文站难能顺利完成此种观测。另外，传统泥沙观测方法的观测结果不能在现场即时取得，现场测得径流量后，还要分区取水样和收集池底（桶底）沉淀淤泥，回到试验室后还要分别对水样、泥沙进行过滤、烘干和称重等处理，由于小区多，特别是在降雨频繁的汛期，很难保证各个小区各次降雨过程水样处理的准确无误。

在观测设施施工方面，观测小区挡水围坎和集流槽等，一般由土砖砌墙外抹混凝土即可，建设工艺简单，工程也很小，容易达到质量要求。但集流设施（集流池或集流桶）建造就比较复杂，一是集水池容积大小问题，如果按5年一遇24小时最大暴雨径流计算，集流池的容积至少要5立方米，工程量大，质量和精度难以保证，如果采用集流桶或分流桶，投资大，成本高，且每年都需要进行维修养护。

在运行操作方面，每次降雨都需要技术人员现场观测降雨量，更换自记纸，取水、量水，过滤烘干称重，清洗集水池（桶）等，费工费时。全国二期水土保持监测规划确定每个监测点的径流观测场数至少为7个，每次降雨都采集7组水样，并测量计算相应的降雨及径流量，水样数据很容易混淆。传统观测方法需要有专人观测，但观测时间仅限于6-9月，在非雨季又不得不辞退观测人员，这种临时雇佣的技术人员，无法保证观测精度，也难以筹措雨季观测运行费，因此很多观测小区，运行不到几年就无法支持下去，不得不半途而废，无法起到当初设立时的作用。

为方便快捷地开展水蚀小区监测实验工作，在保证可操作性和提高观测精度要求的要求下，非常有必要改进监测方法，研发先进的监测仪器、设施，达到建设成本合理，操作程序简便，管理运行方便，以最小的投入取得最好的监测结果。

在水土保持监测观测试验中，对泥沙的称量是最关键的环节。现有的称量方式是经取样瓶取样，搅拌均匀，倒置于烧杯中，量取质量和水体积，在烘干箱内烘干，后称取泥土重，计算泥沙含量，得出侵蚀模数。单就称重环节来说，所存在的问题有以下几点：

环节多，过程繁琐，在每个过程中都需小心稍不小心就会产生误差，若产生滴漏、取样瓶混乱，则会直接产生产误差甚至导致实验失败。

耗费人力和时间，每次雨后取样，每一个观测小区须取样三瓶，一一标号，称重、计量、烘干、再称重、计算，每一个观测场少则十个观测小区，多则三十个，每次降雨后，工作量很大，至少要占用一个工作日时间才可以将此项工作完毕。另外，烘干持续时间较长，又延长了工作时间。

所以现有的称重方式对水土保持泥沙观测试验造成了诸多的不便，亟需改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够连续稳定对泥水进行称重的用于水土流失监测设备中的泥水自动称重仪。

本发明采用如下技术方案：

一种泥水自动称重仪，其关键技术在于：其包括称重瓶体、设置在称重瓶体顶部的进水口以及设置在所述称重瓶体内的第一虹吸装置，所述第一虹吸装置的进水口贴近所述称重瓶体底部；所述称重瓶体上设置有称重传感器。

作为本发明的进一步改进，所述的称重瓶体的底部呈漏斗状或球冠形，所述第一虹吸装置的进水口位于称重瓶体底部最低洼的位置。

作为本发明的进一步改进，所述的第一虹吸装置包括垂直固设于所述称重瓶体底部的第一中心管，所述第一中心管底部与所述称重瓶体外部相通，所述第一中心管上套置有顶部封堵的第一套筒管，所述第一中心管和第一套筒管之间留有排水间隙。

作为本发明的进一步改进，所述的称重传感器为固定于所述称重瓶体瓶身或瓶口上的悬臂梁式称重传感器。

作为本发明的进一步改进，所述的称重瓶体顶部设置有排气管。

作为本发明的进一步改进，还包括设置于称重瓶体的进水口上游端的储水筒，所述储水筒内设置有第二虹吸装置，所述第二虹吸装置的排水口通过一出水管插设于称重瓶体的进水口中，且所述出水管于所述称重瓶体不接触。

作为本发明的进一步改进，所述的储水筒底部呈漏斗状或球冠形，所述第二虹吸装置的进水口位于储水筒底部最低洼的位置。

作为本发明的进一步改进，所述的第二虹吸装置包括垂直固设于所述储水筒底部的第二中心管，所述第二中心管底部与所述储水筒外部的出水管连接，所述第二中心管上套置有顶部封堵的第二套筒管，所述第二中心管和第二套筒管之间留有排水间隙。

作为本发明的进一步改进，所述的第一虹吸装置和/或第二虹吸装置为倒“U”型虹吸管。

作为本发明的进一步改进，所述的储水筒顶部设置有用于阻挡杂草或石块的过滤网。

本发明的积极效果如下：

本发明的称重瓶体的进水口和实验监测小区的出水管相接，用来盛装固定体积的泥水，所述第一虹吸装置一方面能够限定称重瓶体的容积，一方面能从称重瓶体的底部抽水使泥水排出，这样能够防止称重瓶体中泥沙的沉积，影响称重测量的准确性。本装置通过称重传感器称取重量，使得精度达到95%以上；避免了手动搅拌泥水取样，减少测量过程的环节，节省人工人力，水流进入称重瓶，直接称取重量，极其方便；节省时间，较之于原来计量、烘干、再计量的方式，本产品可以即时测量出数据，大大的节省了工作时间。本装置的观测精度超过原有的人工观测，所测得的数据在最大限度的接近了水土流失实际情况，在业内具有广阔的应用前景和推广价值。

将称重瓶体的底部设计成漏斗状，能够使泥沙汇聚在第一虹吸装置的进水口处，将瓶中的泥沙全部排出，避免沉积。

本装置所提供的第一中心管和第一套筒管组成的第一虹吸装置，其结构简单，整体收入到称重瓶体内部，方便整个装置的称重测量，并且虹吸装置的吸入口和排水口同时位于称重瓶体底部中心，即第一中心管和第以套筒管同轴设置，避免了称重瓶体的偏心，使其中心位于中轴线上，排水稳定，测量准确度高。

附图说明

附图1为本发明结构示意图。

附图2为本发明称重瓶体的结构示意图。

附图3为本发明储水筒的结构示意图。

附图4为本发明第一套筒管的安装结构示意图。

附图5为本发明称重瓶体另一实施例的结构示意图。

在附图中：10称重瓶体、11进水管、12第一虹吸装置、12-1第一中心管、12-2第一套筒管、12-3连接柱、13储水筒、14排气管、15称重传感器（悬臂梁式）、16固定圈、17防护管口、18第二虹吸装置、18-1第二中心管、18-2第二套筒管、19出水管、40进水管道。

具体实施方式

下面结合附图1-5和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

如附图1-4所示的一种用于水土流失监测设备中的泥水自动称重仪，所述的其包水土流失监测设备包括观测筒和设置在所述观测筒顶部用于接收小区中排出的泥水的进水管道40。

所述的泥水自动称重仪包括称重瓶体10、设置在称重瓶体10顶部的进水口以及设置在所述称重瓶体10内的第一虹吸装置12，所述第一虹吸装置12的进水口贴近所述称重瓶体10底部；所述的称重瓶体10的底部呈漏斗状或球冠形，所述第一虹吸装置12的进水口位于称重瓶体10底部最低洼的位置。所述称重瓶体10上设置有称重传感器15。所述的称重传感器15为固定于所述称重瓶体10瓶身或瓶口上的悬臂梁式称重传感器。

本实施例中，所述称重瓶体10的瓶口处固定设置固定圈16，所述称重传感器15通过固定圈16与所述称重瓶体10固定连接，所述称重传感器15的另一端固定设置于所述的观测筒筒壁上。在观测筒内设置包含单片机的控制器，所述称重传感器15的输出端与所述控制器的输入端连接，由所述控制器记录称重传感器15的称重数据。

在雨量较小或者水土流失量很小的情况下，只有很少的泥水量进入到称重瓶体10中，这样当称重瓶体10装满时通过一次虹吸作用能够将称重瓶体10内的泥水排尽，而后继续蓄水进行称重，当雨量或者水土流失量较大时，第一虹吸装置12不断的向外排水，维持称重瓶体10内的水量保持其固定容积，并且同时由称重传感器15实时称重测量，虹吸作用同时避免了称重瓶体10底部泥沙沉积。

参见附图2，所述的第一虹吸装置12包括垂直固设于所述称重瓶体10底部的第一中心管12-1，所述第一中心管12-1底部与所述称重瓶体10外部相通，所述第一中心管12-1上套置有顶部封堵的第一套筒管12-2，所述第一中心管12-1和第一套筒管12-2之间留有排水间隙。

所述的称重瓶体10底部设置有防护管口17，所述防护管口17设置在称重瓶体10底部，且防护管口17直径大于第一中心管12-1，对所述的第一中心管12-1形成遮挡保护作用。

所述第一套筒管12-2通过多个连接柱12-3与所述称重瓶体10底部固定连接，所述连接柱12-3用于支撑第一套筒管12-2。所述连接柱12-3的数量为3个或4个为宜，少则不能稳定支撑，多则阻碍水流排出。参见附图4，所述的连接柱12-3也可设置在第一中心管12-1和第一套筒管12-2之间，即第一套筒管12-2通过第一中心管12-1支撑。

所述的称重瓶体10顶部设置有排气管14，用于使称重瓶体10与外界通畅排气换气，保证称重的准确性和稳定性。

由于所述的进水管道40水量较大，而所述的称重瓶体10体积和进水口相对较小，因此需要分流给称重瓶体10供水，在分流前，需要对杂草树枝以及石块进行过滤。

参见附图1，作为优选，本装置包括设置于称重瓶体10的进水口上游端的储水筒13，所述储水筒13固设于所述观测筒内，所述储水筒13内设置有第二虹吸装置18，所述第二虹吸装置18的排水口通过一出水管19插设于称重瓶体10的进水口中，且所述出水管19于所述称重瓶体10不接触，参见附图1，即所述出水管19插入到设置在称重瓶体10的进水口上的进水管11中，所述出水管19与所述进水管11不接触。将所述进水管11垂直设置于成长瓶体10的顶部，更方便与出水管1连接。

所述的储水筒13底部呈漏斗状或球冠形，所述第二虹吸装置18的进水口位于储水筒13底部最低洼的位置。所述第二虹吸装置18与第一虹吸装置12结构相同，即所述的第二虹吸装置18包括垂直固设于所述储水筒13底部的第二中心管18-1，所述第二中心管18-1底部与所述储水筒13外部的出水管19连接，所述第二中心管18-1上套置有顶部封堵的第二套筒管18-2，所述第二中心管18-1和第二套筒管18-2之间留有排水间隙。

进水管道04的泥水全部进入到储水筒13中，然后通过第二虹吸装置18稳定的给所述称重瓶体10供水，而多余的泥水由储水筒13顶部溢出排走。设置底部带有第二虹吸装置18储水筒13位于称重瓶体10上游给称重瓶体10供水，能够具有稳流的作用，一方面能够使进入到称重瓶体10的水量稳定化，一方面能够将多余的泥水从顶部溢出，同时避免了泥沙在储水筒13底部沉积。所述的储水筒13顶部设置有用于阻挡杂草或石块的过滤网。

作为另一种实施方式，所述的第一虹吸装置12和/或第二虹吸装置18可以为倒“U”型虹吸管。参见附图5所示，为称重瓶体10另一实施例的结构示意图，其中第一虹吸装置12的进水口位于称重瓶体10底部中央，排水管伸出到称重瓶体10外。

本发明的称重测量原理是依据《中华人民共和国国家标准：河流悬移质泥沙测验规范》，利用本发明所公开的称重装置，将泥水的单位体积的重量按照所述《中华人民共和国国家标准：河流悬移质泥沙测验规范》进行换算，即可得到相应的单位体积或单位重量的泥水中泥沙和水的含量，由此可得出相应的实验监测小区中的水土流失情况。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种泥水自动称重仪，其特征在于：其包括称重瓶体（10）、设置在称重瓶体（10）顶部的进水口以及设置在所述称重瓶体（10）内的第一虹吸装置（12），所述第一虹吸装置（12）的进水口贴近所述称重瓶体（10）底部；所述称重瓶体（10）上设置有称重传感器（15）。

2.根据权利要求1所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的称重瓶体（10）的底部呈漏斗状或球冠形，所述第一虹吸装置（12）的进水口位于称重瓶体（10）底部最低洼的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的第一虹吸装置（12）包括垂直固设于所述称重瓶体（10）底部的第一中心管（12-1），所述第一中心管（12-1）底部与所述称重瓶体（10）外部相通，所述第一中心管（12-1）上套置有顶部封堵的第一套筒管（12-2），所述第一中心管（12-1）和第一套筒管（12-2）之间留有排水间隙。

4.根据权利要求3所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的称重传感器（15）为固定于所述称重瓶体（10）瓶身或瓶口上的悬臂梁式称重传感器。

5.根据权利要求1所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的称重瓶体（10）顶部设置有排气管（14）。

6.根据权利要求1或2所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：还包括设置于称重瓶体（10）的进水口上游端的储水筒（13），所述储水筒（13）内设置有第二虹吸装置（18），所述第二虹吸装置（18）的排水口通过一出水管（19）插设于称重瓶体（10）的进水口中，且所述出水管（19）于所述称重瓶体（10）不接触。

7.根据权利要求6所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的储水筒（13）底部呈漏斗状或球冠形，所述第二虹吸装置（18）的进水口位于储水筒（13）底部最低洼的位置。

8.根据权利要求 7所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的第二虹吸装置（18）包括垂直固设于所述储水筒（13）底部的第二中心管（18-1），所述第二中心管（18-1）底部与所述储水筒（13）外部的出水管（19）连接，所述第二中心管（18-1）上套置有顶部封堵的第二套筒管（18-2），所述第二中心管（18-1）和第二套筒管（18-2）之间留有排水间隙。

9.根据权利要求6所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的第一虹吸装置（12）和/或第二虹吸装置（18）为倒“U”型虹吸管。

10.根据权利要求6所述的一种泥水自动称重仪，其特征在于：所述的储水筒（13）顶部设置有用于阻挡杂草或石块的过滤网。