CN107764593A - 一种连续混合水样采集装置及其水样采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续混合水样采集装置及其水样采集方法，由盛水斗、微量水收集器、固定支架、平衡杆、霍尔传感器、磁铁、取样瓶、支撑杆、底座组成。盛水斗由固定支架支撑，中心设有平衡杆，可绕平衡杆转动，两个盛水斗内均设微量水收集器,穿过盛水斗壁通向底座一侧的取样瓶，固定支架一侧顶端设霍尔传感器，盛水斗量水计的同侧顶端设磁铁，在盛水斗量水计的两个盛水斗下方均设支撑杆，支撑杆下方设底座。本发明利用盛水斗流量计盛水斗频率与过流水体流量的正比例关系，使水样采集频率与盛水斗频率相同，且采集的水样体积与过流水体总量比例固定，使得在过流水体流量与水体中某物质浓度不断变化的情况下，连续采集的混合水样中该物质浓度段内过流水体中该物质的平均浓度。

Description

一种连续混合水样采集装置及其水样采集方法

技术领域

本发明是属于一种混合水样的采集，具体地说是涉及一种连续混合水样采集装置及其水样采集方法。

背景技术

目前各行业经常采用盛水斗量水计，对降雨、农田排水、地表径流、地下径流、污水排放等进行水量监测。如果进一步关注水样的水质问题，需要对水样进行取样监测，目前采用较多的是根据时间安排人为或者采用电动控制的装置进行定时取样，但是往往流量与被关注物质在水体中的浓度都随时间而变化，常规的定时采样分析无法准确计算过流水体的某物质的过流总量。若采用自动水质监测站同时进行水质与流量监测，则能实现该功能，但成本比较昂贵。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种连续水样采集装置及其水样采集方法，所的装置按排水过程等比例连续取样，根据装置过水流量大小，实现不同频率的取样，形成一段较长时间内流量加权的混合水样，进而通过分析其平均浓度，并乘以盛水斗流量计测得的过水总量得到某种物质排放总量。

技术方案：一种连续混合水样采集装置，所述的装置由盛水斗、微量水收集器、固定支架、平衡杆、霍尔传感器、磁铁、取样瓶、支撑杆和底座组成，所述盛水斗通过平衡杆安装在固定支架上，所述的盛水斗上微量水收集器和磁铁，所述的微量水收集器穿过盛水斗壁通向底座一侧的取样瓶中，所述固定支架一侧顶端设有霍尔传感器，所述的支撑杆设在盛水斗下方的底座上。

进一步的，所述微量水收集器贯穿盛水斗的斗壁，且出口设于取样瓶的正上方；所述的霍尔传感器设置在磁铁的同侧固定支架上，所述的霍尔传感器设置在磁铁的同侧固定支架上，且位置与磁铁的摆动路径轨迹存在非端点的任一点重合；所述的微量水收集器的数量为一个及其一个以上；所述的集水瓶具有很小排气孔，包括使用瓶口进行排气，并且具有隔热功能，防止水分蒸发。

本发明还提供一种连续水样的采集方法，包括如下步骤：

(1)将连续水样采集装置安放在水样采集处，使水流流经采集器盛水斗正上方；

(2)水样采集器每翻一斗，每斗容量为m，翻动时就会使霍尔传感器产生一个信号，然后数据记录仪就会记录本次盛水斗活动，如此累加；同时微量水样采集器会盛满水，并随盛水斗动作将固定体积的水样倒入集水瓶，多次采集的水样混合；

(3)采集过程完成后，读取数据记录仪记录的盛水斗数(n)，取回混合水样，测得其中各物质浓度

(4)通过以下公式计算各物质排放总量：

通过以下公式计算排水总量：

Q_排水＝m×n。

进一步的，所述的采集方法包括盛水斗不同频率下的水样的采集，所采集的水样中各物质的浓度代表该时段通过盛水斗的水体各物质浓度均值，并由此计算该时段内水体中各物质排放总量。在排水频繁的时段，单位时间内盛水斗转动次数多，取样次数也多，排水少时则正好相反，取样次数与排水流量成正比，实现了按照排水过程定比例连续取混合水样的目的。

进一步的，所述的采集方法包括盛水斗不同翻转频率下的水样的采集，所采集的水样中各物质的浓度代表该时段通过盛水斗的水体各物质浓度均值，并由此计算该时段内水体中各物质排放总量。一段排水过程中水体中某物质总量＝最终水样(混合均匀)该物质浓度乘以盛水斗测得的过流水体总量。

本发明提供的一种连续水样采集装置工作原理：被测的水从上方流入盛水斗的一个斗中，当达到最大水量时，此时盛水斗与其中水重力的力矩大于另一斗自重及平衡杆与支架摩擦力形成的力矩，超过临界状态，盛水的盛水斗则向下旋转，盛水斗中水从盛水斗流出，盛水斗上的磁铁扫过固定支架上的霍尔传感器，霍尔传感器产生一个脉冲信号，传给数据记录仪。经过这样的一次转动，盛水斗则排空、同时处于下位，落到支撑杆上，而原来处于下位的另一侧盛水斗则上行到了上位，开始承接上部来水，进入下一个流程。由于盛水斗是在达到固定重量的蓄水时激发上下运动，因此通过数据记录仪记录的脉冲个数就可以计算排水的斗数，进而计算排水的水量。

由于每次盛水斗满水旋转前，斗内水量固定且水位固定，微量水收集器中充满定量的水，盛水斗旋转瞬间，微量水收集器中的水域斗内水分离并沿管路全部流向取样瓶中。上述过程中，盛水斗旋转速率与流过盛水斗的水流量成正比，因此，微量水收集器取样速率与流过盛水斗的水流量也成正比，取样瓶中采集的水样，各物质平均浓度则可代表该时段内流过盛水斗的水体各物质平均浓度。根据该浓度与盛水斗流量计本身具有的流量计量功能计量的水体总量，则可实现根据“某物质总量＝浓度*体积”的算法，计算出该物质在该时段内随水流排放总量。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著效果在于，本发明一方面利用盛水斗量水计连续动态运行的特点，可实现在某段较长时间内对水样进行连续取样，且取样频率与过流量大小成正比关系，以形成流量加权的混合水样，根据计算得到排水总量以及某种物质的总量。另一方面本发明具有结构简单，无需频繁取样，操作简便，节省人力，并仍能保证监测精确性的特点。

附图说明

图1是本发明所提供的一种连续混合水样采集装置的结构示意图。

具体实施方式

为了详细的说明本发明公开的技术方案，下面结合说明书附图和具体的实施例做进一步的阐述。

一种连续混合水样采集装置，参见图1所示，由盛水斗1、第一个微量水收集器21、第二个微量水收集器22、固定支架3、平衡杆4、霍尔传感器5、磁铁6、第一个取样瓶71、第二个取样瓶72、第一组支撑杆81、第二组支撑杆82和底座9组成。盛水斗1由固定支架3支撑，盛水斗1的中心有平衡杆4穿过，可绕平衡杆4转动，盛水斗1分为两个翻集水斗，且内部分别设有第一个微量水收集器21和第二个微量水收集器22,穿过盛水斗壁通向底座9一侧的取样瓶7，固定支架3一侧顶端设霍尔传感器5，盛水斗1的同侧顶端设磁铁6，在盛水斗1的两个盛水斗下方均设支撑杆8，支撑杆8下方设底座9。

本发明具体的运作原理为：水样落入盛水斗1的一个斗中，当达到最大水量时，此时盛水斗中水重力的力矩与对面盛水斗自重及平衡杆4自重形成的力矩相等，达到临界状态，继续增加水量，盛水斗则向下运行，盛水斗中水从盛水斗流出，盛水斗1上的磁铁6扫过固定支架上的霍尔传感器5，霍尔传感器5产生一个脉冲信号，传给数据记录仪。经过这样的一次转动，盛水斗则排空、同时处于下位，落到支撑杆8上，而原来处于下位的对面盛水斗则上行到了上位，此后对面盛水斗开始承接上部来水，进入下一个流程。由于盛水斗是在达到固定重量的蓄水时激发上下运动，因此通过数据记录仪记录的脉冲个数就可以计算排水的斗数，进而计算排水的水量。

在盛水斗1运行过程中，盛水斗中水量达最大后向下运行时，进入盛水斗的水样有一部分会进入第一个微量水收集器21和第二个微量水收集器22，从而流入第一个取样瓶71和第二个取样瓶72中，在排水频繁的时刻，单位时间内盛水斗转动次数多，取样次数也多，排水少时则正好相反。这样就实现了按照排水过程定比例连续取混合水样的目的。计算某种物质总体排放时，可以根据计算出的排水总量，乘以取样瓶中连续取样的平均浓度即可。

本发明的公开的采集方法包括如下步骤：

①将该采集器安放在水样采集处，使水流流经采集器盛水斗正上方；

②水样采集器每翻一斗(每斗容量m)，就会使霍尔传感器产生一个信号，然后数据记录仪就会记录本次盛水斗活动，如此累加；同时微量水样采集器会盛满水，并随盛水斗动作将固定体积的水样倒入集水瓶，多次采集的水样混合；采用不同的微量水采集器容量与数量来调整采集水样体积与翻斗机过流量的比值如微量水采集器容量1ML，采集水样与过流水体比例1:1000，假设为0.5ML，即比值为1:2000。

③采集过程完成后，读取数据记录仪记录的盛水斗数(n)，取回混合水样，测得其中各物质浓度

④设单斗容量为m，通过以下公式计算各物质排放总量：

通过以下公式计算排水总量：

Q_排水＝m×n。

具体的，如一天内排水量累积n斗，若每一斗都分析某物质浓度(密集监测)，可以计算该物质累积排放量：

式中，C_i为单斗中该物质浓度，这样需要分析n个水样。

如果采用定比例取样n次，每个单斗取样为q，混合成一个体积为nq的混合样品，其浓度为n个小水样的平均:

则n个单斗(每个容量m)即该排水过程的某物质排放总量：

由此利用本发明所提供装置在排水时段内取样的混合浓度计算水体中某物质总量，与密集监测得到的结果相同，且将n次分析缩为一次，节省工作量。

Claims (8)

1.一种连续混合水样采集装置，所述的装置由盛水斗、微量水收集器、固定支架、平衡杆、霍尔传感器、磁铁、取样瓶、支撑杆和底座组成，其特征在于：所述盛水斗通过平衡杆安装在固定支架上，所述的盛水斗上微量水收集器和磁铁，所述的微量水收集器穿过盛水斗壁，且出口位于设置在底座上取样瓶的上方，所述固定支架一侧顶端设霍尔传感器，所述的支撑杆设在盛水斗下方的底座上。

2.根据权利要求1所述的一种连续混合水样采集装置，其特征在于：所述的霍尔传感器设置在磁铁的同侧固定支架上，且位置与磁铁的摆动路径轨迹存在非端点的任一点重合。

3.根据权利要求1所述的一种连续混合水样采集装置，其特征在于：所述取样瓶包括在顶端设置排气孔，且取样瓶的材质优选隔热材料。

4.根据权利要求1所述的一种连续混合水样采集装置，其特征在于：所述的微量水收集器的数量为一个及其一个以上。

5.实施如权利要求1所述的一种连续水样采集的装置，本发明提供一种连续水样的采集方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将连续水样采集装置安放在水样采集处，使水流流经采两个盛水斗中部正上方；

(2)一侧盛水斗水满时，盛水斗绕平衡杆旋转，开始盛水斗，另一侧盛水斗开始接收水流，盛水斗每翻一斗，磁铁就会扫过霍尔传感器并使其产生一个信号，然后连通霍尔传感器的数据记录仪就会记录本次盛水斗活动，如此累加；同时微量水样采集器会盛满水，并随盛水斗动作将固定体积的水样倒入集水瓶，多次采集的水样混合；

(3)采集过程完成后，读取数据记录仪记录的盛水斗数(n)，取回混合水样，测得其中各物质浓度

(4)设每斗容量为m，通过以下公式计算各物质排放总量：

通过以下公式计算排水总量：

Q_排水＝m×n。

6.根据权利要求5所述的一种连续混合水样采集方法，其特征在于：所述步骤(2)包括采用不同的微量水采集器容量与数量来调整采集水样体积与翻斗流量计过流量的比值。

7.根据权利要求5所述的一种连续混合水样采集方法，其特征在于：所述的采集方法包括盛水斗不同翻转频率下的水样的采集，所采集的水样中各物质的浓度代表该时段通过盛水斗的水体各物质浓度均值，并由此计算该时段内水体中各物质排放总量。

8.根据权利要求7所述的一种连续混合水样采集方法，其特征在于：一段排水过程中水体中某物质总量＝最终水样(混合均匀)该物质浓度乘以翻斗流量计测得的过流水体总量。