CN106840988A - 一种河流垂向泥沙浓度的测量装置及方法 - Google Patents

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王�华
潘东果
张志章
赵义君
戴旖璐
董琰
沈励珂
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences

Abstract

本发明公开了一种河流垂向泥沙浓度的测量装置及方法，该测量装置包括盛样容器、压力传感器、测量显示器和水泵，所述水泵的进水端连接有进水管，所述进水管的末端伸入到河流中，所述水泵的出水端连接有出水管，所述出水管的末端悬空置于盛样容器的垂直上方，所述压力传感器设置在盛样容器外侧底部，所述压力传感器与测量显示器通过数据线连接。该测量方法，包括步骤一：组装装置；步骤二：预设公式；步骤三：调零；步骤四：测量。本发明根据要求定时采集水样，实现了连续自动测量不同深度处泥沙浓度的目的，可广泛用于野外对泥沙浓度的测定。

Description

一种河流垂向泥沙浓度的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种河流垂向泥沙浓度的测量装置及方法，属于水体测量技术领域。
背景技术
河流泥沙浓度是工程技术领域的重要水文参数，影响河流水质和生态环境。目前测定河流泥沙浓度的方法很多，包括烘干称重法、光学检测法和电容法等。烘干称重法使实验室常用的方法，该方法测量的数据精度高，但是费时费力，过程复杂，不适合现场测量获取数据。光学检测方法使用方便，性能稳定，测量数据准确可靠，但测定范围很受限制，成本较高。电容法利用泥沙含量的变化引起其电容器介电常数变化，进而改变电容器的容量，这种方法受液体电导率影响，测量精度受限。这些方法都有一定的局限性，因此，需要一种更快捷、稳定的垂向泥沙浓度的测定方法。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种河流垂向泥沙浓度的测量装置及方法，其具体技术方案如下：
一种河流垂向泥沙浓度的测量装置，包括盛样容器、压力传感器、测量显示器和水泵，
所述水泵的进水端连接有进水管，所述进水管的末端伸入到河流中，所述水泵的出水端连接有出水管，所述出水管的末端悬空置于盛样容器的垂直上方，
所述压力传感器设置在盛样容器外侧底部，所述压力传感器与测量显示器通过数据线连接。
所述盛样容器的上部侧壁设置有溢流口，所述盛样容器的底部设置有放空管，所述放空管设置有阀门。
所述盛样容器设有刻度，且在溢流口处为一个整数刻度。
所述测量显示器和水泵均通过电源线与电瓶电连接，所述测量显示器上设置有显示屏、键盘和开关，所述测量显示器能够接收压力传感器的压力值，通过预设的计算方式换算泥沙浓度值，并将该泥沙浓度值显示在显示屏上。
一种河流垂向泥沙浓度的测量方法，包括以下操作步骤：
步骤一：组装装置，组装如权利要求1-3任一所述的河流垂向泥沙浓度的测量装置；
步骤二：预设计算公式，通过键盘操作在测量显示器内预设由压力值换算泥沙浓度值的计算公式；
步骤三：调零，向盛样容器中注入不含泥沙的水样，打开测量显示器的电源开关，操作键盘进行预调平衡，使其显示为零，放出水样；
步骤四：测量，由水泵向盛样容器中注入泥沙水样，直到泥沙水样上升至溢流口，压力传感器经泥沙水样受力后将压差值传输给测量显示器，测量显示器将数据处理后显示出泥沙浓度值，将测量结果存储；
步骤五：放出水样，将盛样容器下方的阀门打开，待盛样容器中的泥沙水样排完后，将盛样容器冲洗干净并关闭阀门，供下次测量使用。
所述步骤四中数据处理的过程为：
设不含泥沙水样体积为V，不含泥沙水样密度为ρ1；含沙水样中水的体积为V1，泥沙的密度为ρ2，泥沙的体积为V2；则有方程：ρ1V=F1①和ρ1V1+ρ2V2=F2②；已知V1+V2=V③；
由方程①②③可得到（ρ2－ρ1）V2=F2－F1；
盛样容器带有一定刻度，测量出泥沙体积V2，又由于F1、F2、ρ1已知，所以可计算得出泥沙浓度。
本发明的工作原理是：
本发明通过测量压力差来测量泥沙浓度，首先向盛样容器中注入等体积不含泥沙的水样进行测量；其次向盛样容器中注入等体积的含沙水样进行测量，将两次的数据传输给测量显示计，由测量显示器处理、存储。
本发明的有益效果是：
本发明根据要求定时采集水样，实现了连续自动测量不同深度处泥沙浓度的目的，可广泛用于野外对泥沙浓度的测定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
附图标记列表：1—进水管，2—水泵，3—出水管，4—盛样容器，5—压力传感器，6—键盘，7—测量显示器，8—显示屏，9—开关，10—电瓶，11—溢流口，12—阀门，13—河流。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本河流垂向泥沙浓度的测量装置，包括盛样容器4、压力传感器5、测量显示器7和水泵2，所述水泵2的进水端连接有进水管1，所述进水管1的末端伸入到河流13中，所述水泵2的出水端连接有出水管3，所述出水管3的末端悬空置于盛样容器4的垂直上方，所述压力传感器5设置在盛样容器4外侧底部，所述压力传感器5与测量显示器7通过数据线连接。通过水泵2将河流13中的水输送到盛样容器4中，压力传感器5感应盛样容器4的压力，并将压力值传递给测量显示器7。
所述盛样容器4的上部侧壁设置有溢流口11，所述盛样容器4的底部设置有放空管，所述放空管设置有阀门12。所述盛样容器4设有刻度，且在溢流口11处为一个整数刻度。当盛样容器4中水位上升至溢流口11，河水就会从溢流口11流出，确保盛样容器4中的水量。
所述测量显示器7和水泵2均通过电源线与电瓶10电连接，所述测量显示器7上设置有显示屏8、键盘6和开关9。电瓶10给测量显示器7和水泵2供电。显示屏8用于显示测量显示器换算出来的泥沙浓度值。所述测量显示器内设置有微电脑芯片，该微电脑芯片能够执行一定的预设公式计算，在使用前，将通过水样体积和压力值的换算公式输入到测量显示器内，在使用过程中，压力传感器的压力值通过数据线传输到测量显示器内，测量显示器通过预设的公式换算出泥沙浓度值，并显示在显示屏上，操作者可以直接读取，操作方便。
一种河流垂向泥沙浓度的测量方法，包括以下操作步骤：
步骤一：组装装置，组装河流垂向泥沙浓度的测量装置；
步骤二：调零，向盛样容器中注入不含泥沙的水样，打开测量显示器的电源开关，操作键盘进行预调平衡，使其显示为零，放出水样；
步骤三：测量，由水泵向盛样容器中注入泥沙水样，直到泥沙水样上升至溢流口，压力传感器经泥沙水样受力后将压差值传输给测量显示器，测量显示器将数据处理后显示出泥沙浓度值，将测量结果存储；
步骤四：放出水样，将盛样容器下方的阀门打开，待盛样容器中的泥沙水样排完后，将盛样容器冲洗干净并关闭阀门，供下次测量使用。
所述步骤三中数据处理的过程为：
设不含泥沙水样体积为V，不含泥沙水样密度为ρ1；含沙水样中水的体积为V1，泥沙的密度为ρ2，泥沙的体积为V2；则有方程：ρ1V=F1①和ρ1V1+ρ2V2=F2②；已知V1+V2=V③；
由方程①②③可得到（ρ2－ρ1）V2=F2－F1；
盛样容器带有一定刻度，测量出泥沙体积V2，又由于F1、F2、ρ1已知，所以可计算得出泥沙浓度。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种河流垂向泥沙浓度的测量装置，其特征在于包括盛样容器、压力传感器、测量显示器和水泵，
所述水泵的进水端连接有进水管，所述进水管的末端伸入到河流中，所述水泵的出水端连接有出水管，所述出水管的末端悬空置于盛样容器的垂直上方，
所述压力传感器设置在盛样容器外侧底部，所述压力传感器与测量显示器通过数据线连接。
2.根据权利要求1所述的一种河流垂向泥沙浓度的测量装置，其特征在于所述盛样容器的上部侧壁设置有溢流口，所述盛样容器的底部设置有放空管，所述放空管设置有阀门。
3.根据权利要求2所述的一种河流垂向泥沙浓度的测量装置，其特征在于所述盛样容器设有刻度，且在溢流口处为一个整数刻度。
4.根据权利要求3所述的一种河流垂向泥沙浓度的测量装置，其特征在于所述测量显示器和水泵均通过电源线与电瓶电连接，所述测量显示器上设置有显示屏、键盘和开关，所述测量显示器能够接收压力传感器的压力值，通过预设的计算方式换算泥沙浓度值，并将该泥沙浓度值显示在显示屏上。
5.一种河流垂向泥沙浓度的测量方法，其特征在于包括以下操作步骤：
步骤一：组装装置，组装如权利要求1-3任一所述的河流垂向泥沙浓度的测量装置；
步骤二：预设计算公式，通过键盘操作在测量显示器内预设由压力值换算泥沙浓度值的计算公式；
步骤三：调零，向盛样容器中注入不含泥沙的水样，打开测量显示器的电源开关，操作键盘进行预调平衡，使其显示为零，放出水样；
步骤四：测量，由水泵向盛样容器中注入泥沙水样，直到泥沙水样上升至溢流口，压力传感器经泥沙水样受力后将压差值传输给测量显示器，测量显示器将数据处理后显示出泥沙浓度值，将测量结果存储；
步骤五：放出水样，将盛样容器下方的阀门打开，待盛样容器中的泥沙水样排完后，将盛样容器冲洗干净并关闭阀门，供下次测量使用。
6.根据权利要求5所述的一种河流垂向泥沙浓度的测量方法，其特征在于所述步骤四中数据处理的过程为：
设不含泥沙水样体积为V，不含泥沙水样密度为ρ1；含沙水样中水的体积为V1，泥沙的密度为ρ2，泥沙的体积为V2；则有方程：ρ1V=F1①和ρ1V1+ρ2V2=F2②；已知V1+V2=V③；
由方程①②③可得到（ρ2－ρ1）V2=F2－F1；
盛样容器带有一定刻度，测量出泥沙体积V2，又由于F1、F2、ρ1已知，所以可计算得出泥沙浓度。
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