CN110095163A - 全径流泥沙自动监测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全径流泥沙自动监测仪，包括柜体，其特征是在柜体内对称安装结构相同的两套锥形定体积容器，两套定体积容器的入口通过各自的分水歧管和进水电磁阀公用一个进水总管，两套定体积容器的出口通过各自的排水电动阀或电磁阀和各自的排水管连接，在柜体底部之间设有缓冲底座，在缓冲底座上设有各自的称重传感器，用以交替测量全径流总质量；在分水歧管下方设有环形冲洗头，在两套锥形定体积容器的壳体上分别安装有水位计。本发明采用两套定体积容器交替承接所有产流，完成全径流量和泥沙含量的实时在线监测。并可实时在线记录显示产流过程。实时在线监测降雨产流过程及径流中的泥沙含量。
Description
技术领域
本发明涉及监测径流含沙量的测量装置。
背景技术
中国是世界上水土流失最为严重的国家之一，而水力侵蚀地表土壤，使水土资源和土地生产力受到破坏和损失，直接影响人类和其他动植物的生存。由于土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量水土流失的重要参数之一，多年来中科院生态研究网络、国家生态观测研究网络、国家水文测量站网等站点都将径流含沙量的列为重要的监测指标，科技人员也一直在探索研究河道、径流水体中泥沙含量的动态测量方法。
用比重法监测径流含沙量是当前比较认可的一种方法，用比重法原理研发生产的径流含沙量监测仪也得到推广应用。此类监测设备就是在产流过程中按程序抽样采集部分径流，然后称出重量，按比重计算出样品泥沙含量，再乘以相关系数，才能得出整个降雨产流量和泥沙含量。
现有的用比重法原理研发生产的径流含沙量监测仪只有一个承接径流的定体积容器，当称重测量泥沙含量时，无法继续承接收集径流，对整个降雨产流只能采用抽样法计算得出，由于径流泥沙含量是不断变化的，而且非常不均匀，所以这种方法很不科学，更谈不上测量的准确。
发明内容
针对这种缺陷，本发明的目的是提供一种全径流泥沙自动监测仪，本发明采用两套定体积容器交替承接所有产流，完成径流量和泥沙含量的实时在线监测，并可实时在线记录显示产流过程，实时在线监测降雨产流过程及径流中的泥沙含量。本发明设计巧妙和实用，填补此类设备行业空白。
本发明的技术方案是：一种全径流泥沙自动监测仪，包括柜体，其特征是在柜体内对称安装结构相同的两套锥形定体积容器，用以交替测量全径流总质量；两套定体积容器的入口通过各自的分水歧管连接各自进水电动阀或电磁阀后共用一个进水总管，两套定体积容器的底部出口通过各自的排水电动阀或电磁阀和各自的排水管连接，在分水歧管下方设有环形冲洗头，在两套锥形定体积容器的壳体上分别安装有水位计，在分水歧管入口增加来流缓速装置，
在柜体底部设有缓冲底座，在缓冲底座上设有各自的称重传感器，用以交替测量全径流总质量；在缓冲底座上设有两个称重传感器，缓冲底座包括：铰链、底座上安装板、底座下安装板、两个容器上支撑板、两个容器下支撑板、两个弹簧阻尼器以及两个平衡阻尼器；
其中底座下安装板与柜体底板刚性连接固定，底座下安装板和底座上安装板通过铰链相连接，底座下安装板和底座上安装板之间对称设置弹簧阻尼器，构成一个质量-弹簧-阻尼系统，可吸收和缓冲较大的容器振动；同时，对称地，在每个排水电动阀或电磁阀下端安装容器上支撑板，并和称重传感器上表面刚性固定在一起；平衡阻尼器固定在容器上下支撑板之间称重传感器对面；称重传感器下表面固定有容器下支撑板，容器下支撑板与容器上支撑板以及锥形定体积容器本体并未直接接触，而是通过平衡阻尼器与容器上支撑板柔性连接。
优选地，所述平衡阻尼器是钢丝绳减振器或金属橡胶，可进一步吸收和衰减较小的容器振动。
优选地，所述来流缓速装置为带一定密集度的漏孔或网丝制成的倒置锥形。
优选地，所述水位计是光电水位计、微波水位计或其他高精度水位计。
优选地，所述称重传感器是臂式称重传感器或其他高精度称重传感器。
优选地，所述环形冲洗头上安装多层清洗喷嘴和高压清洗液入口。
优选地，对锥形定体积容器内壁进行了抛光或涂装处理。
本发明的创新点
1、将一个大容器更换为两个小容器，缩小了量程，选用了精度更高的称重传感器，提高了系统的测量精度。
2、在分水歧管入口增加来流缓速装置，该装置为带一定密集度的漏孔或网丝制成的倒置锥形。当来流冲击锥形表面并产生分散或透过时，流速将因阻力大幅度减小，从而使定体积容器内的液面迅速稳定，这样水位计就可迅速精确地测定液位的水平高度。
3、本装置设置环形冲洗头，其上安装多层清洗喷嘴和高压清洗液入口，通过清洗液体完成对定体积容器内沉淀附着物的冲涮清洗，附着物会随清洗液体通过排水口排出。
4、为保证大体积定体积容器(容积3升以上)能够实现来流和排流交替工作，克服液体重心移动和电动阀产生的振动，影响测量速度和精度，故在柜体底部设有缓冲底座，在缓冲底座上设有各自的称重传感器，传感器上分别设置对称的定体积容器，用以交替测量全径流总质量。
5、在缓冲底座上还设有一个质量-弹簧-阻尼系统，可吸收和缓冲较大的容器振动。平衡阻尼器可进一步吸收和衰减较小的容器振动。在平衡阻尼器和缓冲底座的共同作用下，测量装置稳定性大大提高，全径流测量过程间隔时间将大幅缩短，从而适应大范围全径流量的测量。
6、本发明能实时在线监测整个产流过程，确保了监测数据更贴合实际情况。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是其中一个定体积容器的示意图。
图3是缓冲底座的结构示意图。
附图标号说明：1-柜体、2-第一进水电动阀或电磁阀、3-进水总管、4-第二进水电动阀或电磁阀、5-第一分水歧管、6-第一水位计、7-第一环形冲洗头、8-第一定体积容器、9-第一排水电动阀或电磁阀、10-第二排水电动阀或电磁阀、11-第一称重传感器、12-第二称重传感器、13-缓冲底座、14-第一排水管、15-第二分水歧管、16-第二水位计、17-第二环形冲洗头、18-第二定体积容器、19-第二排水管、20-第一来流缓速装置、21-平衡阻尼器、22-第二来流缓速装置、铰链1-1、容器下支撑板1-2、底座上安装板1-3、底座下安装板1-4、容器上支撑板1-5、弹簧阻尼器1-6。
具体实施方式
如图1所示，一种全径流泥沙自动监测仪，包括柜体1、控制系统和供电系统。控制系统确定启停进排水电动阀或电磁阀时间和间隔。供电系统为整个监测仪提供动力。
如图1所示，在柜体1内对称安装结构相同的两套锥形定体积容器8、18，两套锥形定体积容器的入口通过各自的分水歧管5、15和进水电动阀或电磁阀2、4公用一个进水总管3，两套锥形定体积容器8、18的出口通过各自的排水电动阀或电磁阀9、10和各自的排水管14、19连接，在各自的分水歧管5、15下方设有各自的环形冲洗头7、17，在两套锥形定体积容器8、18的壳体上分别安装有水位计6、16。
如图1、图2所示，两套锥形定体积容器8、18的入口通过各自的分水歧管5、15导入来流，控制系统为径流打开其中一个进水电动阀或电磁阀，让其进入对应的定体积容器，当径流量较大时，来流选取大管径，但大的来流量会对定体积容器底板产生较大冲击力，导致容器内液面波动，影响水位计精确快速地测定液位和体积。所以，可在分水歧管5、15入口增加来流缓速装置20、22，该装置为带一定密集度的筛孔或网面制成的倒置锥形。当来流冲击锥形表面时，来流冲击力被锥形表面分散，同时穿流过筛孔或网面，流速将因为阻力而大幅度减小，从而使定体积容器内的液面迅速稳定，这样水位计6、16就可迅速精确地测定液位的水平高度。
两套锥形定体积容器8、18内壁进行了抛光或涂装处理(打蜡或涂装高光滑涂料)，以减小径流排空后内壁表面的沉积附着物(主要为泥沙挂壁，会严重影响后续测量精度)。
进一步地，为彻底消除每次测量后内壁表面的沉积附着物，本装置还设置有环形冲洗头7、17，其上安装多层清洗喷嘴和高压清洗液入口，通过清洗液完成对定体积容器内沉淀附着物的冲涮清洗，附着物会随清洗液通过排水管14、19排出。
如图3所示，为保证大体积定体积容器(容积3升以上)能够实现来流和排流交替工作，克服液体重心移动和电动阀或电磁阀产生的振动，影响测量速度和精度，故在柜体底部设有缓冲底座13，在缓冲底座13上设有各自的称重传感器11、12，用以交替测量全径流总质量。
缓冲底座13具体包括：铰链1-1、容器下支撑板1-2、底座上安装板1-3、底座下安装板1-4、容器上支撑板1-5、弹簧阻尼器1-6以及平衡阻尼器21。
底座下安装板1-4和底座上安装板1-3通过铰链1-1相连接，在底座下安装板1-4和底座上安装板1-3之间对称设置弹簧阻尼器1-6，构成一个质量-弹簧-阻尼系统，可吸收和缓冲较大的容器振动。同时，对称地，在每个锥形定体积容器8、18底部排水电动阀或电磁阀9、10下端安装容器上支撑板1-5，并和称重传感器上表面固定在一起。称重传感器11、12下表面固定有容器下支撑板1-2，容器下支撑板1-2与容器上支撑板1-5以及定体积容器本体并未直接接触，而是通过传感器对面的平衡阻尼器21与容器上支撑板1-5柔性连接。平衡阻尼器21可以为钢丝绳减振器或金属橡胶等耗能减振装置，可进一步吸收和衰减较小的容器振动。在平衡阻尼器21和缓冲底座13的共同作用下，测量装置稳定性大大提高，全径流测量过程间隔时间将大幅缩短，从而适应大范围全径流量的测量。
其中水位计6、16是光电水位计、微波水位计或其他高精度水位计。
其中称重传感器11、12是臂式称重传感器或其他高精度称重传感器。
当系统检测到有径流产生，其中第一进水电动阀或电磁阀2打开，此时第二进水电动阀或电磁阀4呈关闭状态，第一定体积容器8承接径流，由第一水位计6进行水位的测量，当达到设定容积时，第一称重传感器11输出信号，控制系统关闭第一进水电动阀或电磁阀2，开始计算径流量和泥沙含量，随后打开第一排水电动阀或电磁阀9，通过第一排水管14排空第一定体积容器8，第一环形冲洗头7完成对第一定体积容器8内沉淀附着物的冲涮清洗；当控制系统关闭第一进水电动阀或电磁阀2的同时，打开第二进水电动阀或电磁阀4，第二定体积容器18继续承接径流，由第二水位计16进行水位的测量，当达到设定容积时，第二称重传感器12输出信号，控制系统关闭第二进水电动阀或电磁阀4，开始计算径流量和泥沙含量，随后打开第二排水电动阀或电磁阀10，通过第二排水管19排空第二定体积容器18，第二环形冲洗头17完成第二定体积容器18内沉淀附着物的冲涮清洗；而当控制系统再次关闭第二进水电动阀或电磁阀4，并再次打开第一进水电动阀或电磁阀2时，该系统进入下一个工作循环，这样周而复始，交替循环，完成整个产流过程的实时在线监测。
另外，两个大体积容器设计时就保证其排空速度远大于来流速度的要求。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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同等替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.全径流泥沙自动监测仪，包括柜体，其特征是在柜体内对称安装结构相同的两套锥形定体积容器，两套锥形定体积容器的入口通过各自的分水歧管连接各自进水电动阀或电磁阀后共用一个进水总管，两套锥形定体积容器的底部出口通过各自的排水电动阀或电磁阀和各自的排水管连接，在分水歧管下方设有环形冲洗头，在两套锥形定体积容器的壳体上分别安装有水位计，在分水歧管入口设有来流缓速装置；
在柜体底部设有缓冲底座，在缓冲底座上设有各自的称重传感器，用以交替测量全径流总质量；在缓冲底座上设有两个称重传感器，缓冲底座包括：铰链、底座上安装板、底座下安装板、两个容器上支撑板、两个容器下支撑板、两个弹簧阻尼器以及两个平衡阻尼器；
其中底座下安装板与柜体底板刚性连接固定，底座下安装板和底座上安装板通过铰链相连接，底座下安装板和底座上安装板之间对称设置弹簧阻尼器，构成一个质量-弹簧-阻尼系统，可吸收和缓冲较大的容器振动；同时，对称地，在每个排水电动阀或电磁阀下端安装容器上支撑板，并和称重传感器上表面刚性固定在一起；平衡阻尼器固定在容器上下支撑板之间称重传感器对面，可进一步吸收和衰减较小的容器振动；称重传感器下表面固定有容器下支撑板，容器下支撑板与容器上支撑板以及锥形定体积容器本体并未直接接触，而是通过平衡阻尼器与容器上支撑板柔性连接。
2.如权利要求1所述的全径流泥沙自动监测仪，其特征是所述平衡阻尼器是钢丝绳减振器或金属橡胶，可进一步吸收和衰减较小的容器振动。
3.如权利要求1所述的全径流泥沙自动监测仪，其特征是所述来流缓速装置为带一定密集度的漏孔或网丝制成的倒置锥形。
4.如权利要求1所述的全径流泥沙自动监测仪，其特征是所述水位计是光电水位计、微波水位计或其他高精度水位计。
5.如权利要求1所述的全径流泥沙自动监测仪，其特征是所述称重传感器是臂式称重传感器或其他高精度称重传感器。
6.如权利要求1所述的全径流泥沙自动监测仪，其特征是环形冲洗头上安装多层清洗喷嘴和高压清洗液入口。
7.如权利要求1所述的全径流泥沙自动监测仪，其特征是锥形定体积容器内表面进行了抛光或涂装处理。
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