CN112611677A - 一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法，其包括透明旋转水槽，内部装有悬浮液，悬浮液的底部具有水下碎屑流，透明旋转水槽沿其水平轴线进行旋转；透光率计，包括相互连接的透光率计探头和透光率计主机，透光率计探头对称设置在透明旋转水槽的前后壁面处，透光率计主机能够通过透光率计探头测定透明旋转水槽的前后壁面与悬浮液的综合透光率；固定支架，设置在透明旋转水槽的下方，透光率计探头安装在固定支架上。本发明实现了对透明旋转水槽内不同位置处的悬浮液密度的测定，避免了透明旋转水槽内液体取样困难的问题，并且其具有方法巧妙、结构简单、制作方便、成本低廉的优势。

Description

一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及岩土及地质技术领域，尤其涉及一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法。

背景技术

小型旋转水槽可用于制作水下碎屑流(又称水下泥石流)。在水下碎屑流上方会产生一定的悬浮液，该悬浮液的密度和体积，直接影响了水下碎屑流的固体物质质量，由此深刻地影响了水下碎屑流的定量分析。若采用通常的液体密度测量方法，则面临槽内取样困难的问题：小型旋转水槽尺寸较小，处于封闭状态，而且有一定的旋转速度。

目前的测定方法是：在水槽旋转停止后，从水槽中取样，然后通过称重和烘干等步骤，计算求取悬浮液密度。该方法的缺点是，在时间上，悬浮液在水槽旋转时的密度与水槽旋转停止后的密度可能有一定的差别；在空间上，悬浮液的密度是不均匀分布的，但是人工取样测量的方法很难评估这种均匀分布；此外，取样等操作过程比较复杂，耗时耗力。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种测试方便且精度高的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法。

一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置，其包括：

透明旋转水槽，内部装有悬浮液，所述悬浮液的底部具有水下碎屑流，所述透明旋转水槽沿其水平轴线进行旋转；

透光率计，包括相互连接的透光率计探头和透光率计主机，所述透光率计探头对称设置在所述透明旋转水槽的前后壁面处，所述透光率计主机能够通过所述透光率计探头测定所述透明旋转水槽的前后壁面与悬浮液的综合透光率；

固定支架，设置在所述透明旋转水槽的下方，所述透光率计探头安装在所述固定支架上，所述固定支架能够调节所述透光率计探头的角度，使所述透光率计探头垂直于所述透明旋转水槽的前后壁面。

在其中一个实施例中，所述透明旋转水槽采用5mm厚的有机玻璃制作而成，所述透明旋转水槽的宽度不超过60mm。

一种使用旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置的测定方法，其包括以下步骤:

S1、在透明旋转水槽中进行若干组标定实验，在密度和浓度已知的条件下测量每组标定实验中悬浮液的透光率；

S2、根据所述透光率，建立悬浮液的吸光度与浓度的线性关系；

S3、进行正式实验，采用透光率计测定透明旋转水槽中悬浮液的透光率，然后，将所述透光率换算成吸收率，再根据吸光度与浓度的线性关系得到浓度值，最后，根据所述浓度值推算出悬浮液的密度。

在其中一个实施例中，所述步骤S1中，进行若干组标定实验，测量每组标定实验中悬浮液的透光率的步骤如下：

S11、配置颗粒物和水，并将颗粒物平均分成若干份；

S12、将水和其中一份颗粒物加入到透明旋转水槽中；

S13、旋转透明旋转水槽，并使透明旋转水槽的转速大于或等于正式试验时的最大转速的两倍；

S14、形成悬浮液，并在悬浮液状态稳定之后，测量所述悬浮液中部位置的透光率并记录数据；然后，将透明旋转水槽转速回复到零；

S15、再加入下一份颗粒物，重复步骤S13至步骤S14，直至完成所有颗粒物的添加；

S16、采用线性拟合的方法，建立悬浮液的吸光度与浓度的线性关系。

在其中一个实施例中，所述步骤S11包括：

S111、确定悬浮液中所含颗粒物的最大粒径，剔除对于透明旋转水槽的转速达最高值后仍沉积于槽底的颗粒物；

S112、确定颗粒物的质量和水的质量，所述颗粒物的总质量为正式试验时颗粒物总质量的50％；然后，将所述颗粒物平均分为若干份，所述水的质量等于正式试验时水的质量。

在其中一个实施例中，所述步骤S15之后还包括：

S151、测量所述悬浮液中部位置的透光率并记录数据前，需观察是否出现水下碎屑流，若出现水下碎屑流，则需减少颗粒物总量，重新标定。

在其中一个实施例中，所述透光率计的透光率测量精度为±2％，透光率分辨率为0.005％。

上述旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法，通过将透光率计采集透明旋转水槽中悬浮液的透光率数据，将该数据对照标定结果从而求得悬浮液的密度，其实现了对透明旋转水槽内悬浮液密度的测定，避免了透明旋转水槽内液体取样困难的问题，解决了现有悬浮液密度测定技术在时间上和空间上的问题，具有方法巧妙、结构简单、制作方便、成本低廉的优势。

附图说明

图1是本发明的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参阅图1所示，本发明一实施例提供一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置，包括透明旋转水槽1、水下碎屑流2、悬浮液3、透光率计4和固定支架5。

具体地，透明旋转水槽1的内部装有悬浮液3，所述悬浮液3的底部具有水下碎屑流2，所述透明旋转水槽1沿其水平轴线进行旋转；

进一步地，透光率计4包括相互连接的透光率计探头41和透光率计主机42，所述透光率计探头41对称设置在所述透明旋转水槽1的前后壁面处，所述透光率计主机42能够通过所述透光率计探头41测定所述透明旋转水槽1的前后壁面与悬浮液的综合透光率；

进一步地，固定支架5设置在所述透明旋转水槽1的下方，所述透光率计探头41安装在所述固定支架5上，所述固定支架5能够调节所述透光率计探头41的角度，使所述透光率计探头41垂直于所述透明旋转水槽1的前后壁面。本实施例中，所述固定支架5的顶部可带动所述透光率计探头41在平面内运动。在一个实施例中，所述固定支架5的顶部设置有可旋转的夹头，通过夹头保证两个所述透光率计探头41在一条直线上，且与透明旋转水槽1的旋转轴平行。可选地，所述固定支架5可以自制，也可除夹头外采用现有商品，所述现有除夹头外的所述固定支架5的型号为“数控龙门三轴xyz直线性模组十字滑台导轨皮带同步带机械手铝型材1000mm”。所述固定支架5的夹头在夹持所述透光率计探头41之后，应保证所述两个所述透光率计探头41的轴线与旋转水槽1的旋转轴保持平行，且探头距离所述透明旋转水槽1的外壁10mm±1mm。

进一步地，所述透明旋转水槽1采用5mm厚的有机玻璃制作而成，所述透明旋转水槽1的宽度不超过60mm。以上尺寸的选择是为便于透光率的测定。根据透光率计的测量范围和测量能力，可调整上述尺寸。

本发明的一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定方法，包括以下步骤:

S1、在透明旋转水槽1中进行若干组标定实验，在密度和浓度已知的条件下测量每组标定实验中悬浮液3的透光率；需要说明的是，本发明中，由于所述透光率计4测定的透光率实际为透明旋转水槽1前后壁面与悬浮液3的综合透光率，并不能直接测得悬浮液3的密度，因此，需要将综合透光率转换成悬浮液3的密度，这个转换方法就是标定实验。具体地，在所述标定实验步骤中，透明旋转水槽1的旋转速度大，足以使透明旋转水槽1内所有的固体颗粒都处于悬浮状态。可选地，所述标定实验步骤中，测点个数在10个以上。所述标定实验测量中，若发现有分层现象，则按上、中、下三层处理，取平均值。

S2、根据所述透光率，建立悬浮液的吸光度与浓度的线性关系；

S3、进行正式实验，采用透光率计测定透明旋转水槽中悬浮液的透光率，然后，将所述透光率换算成吸收率，再根据吸光度与浓度的线性关系得到浓度值，最后，根据所述浓度值推算出悬浮液的密度。

本发明的所述步骤S1中，进行若干组标定实验，测量每组标定实验中悬浮液的透光率的步骤如下：

S11、配置颗粒物和水，并将颗粒物平均分成若干份；例如，可以将颗粒物平均分成5份、6份等。

S12、将水和其中一份颗粒物加入到透明旋转水槽1中；

S13、旋转透明旋转水槽1，并使透明旋转水槽1的转速大于或等于正式试验时的最大转速的两倍；

S14、形成悬浮液3，并在悬浮液3状态稳定之后，测量所述悬浮液3中部位置的透光率并记录数据；然后，将透明旋转水槽1转速回复到零；

S15、再加入下一份颗粒物，重复步骤S13至步骤S14，直至完成所有颗粒物的添加；换言之，所述标定步骤的第一次数据采集完成，加入第二份标定用的颗粒物，开始实施标定步骤的第二次数据采集。以此类推，直至所有数据采集步骤全部完成。

需要说明的是，所述步骤S15之后还包括：S151、测量所述悬浮液中部位置的透光率并记录数据前，需观察是否出现水下碎屑流，若出现水下碎屑流，则需减少颗粒物总量，重新标定。

S16、采用线性拟合的方法，建立悬浮液3的吸光度与浓度的线性关系。由于透明旋转水槽1的壁面有机玻璃材料的吸光作用，拟合直线不通过原点。

本发明的所述步骤S11包括：

S111、确定悬浮液3中所含颗粒物的最大粒径，剔除对于透明旋转水槽1的转速达最高值后仍沉积于槽底的颗粒物；

S112、确定颗粒物的质量和水的质量，所述颗粒物的总质量为正式试验时颗粒物总质量的50％；然后，将所述颗粒物平均分为若干份，所述水的质量等于正式试验时水的质量。

本发明中，所述透光率计4需适用于发生漫透射的材料。所述透光率计4的光源波长根据悬浮液3内固体颗粒粒径作调整，推荐波长为380-760nm。所述透光率计4可以自制，也可采用现有商品，所述现有的透光率计的型号为LS116117透光率检测仪。

优选地，为了使所述透光率计4同时具有光密度测量功能，所述透光率计4的透光率测量精度为±2％，透光率分辨率为0.005％。

综上，上述旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置及测定方法，通过将透光率计采集透明旋转水槽中悬浮液的透光率数据，将该数据对照标定结果从而求得悬浮液的密度，其实现了对透明旋转水槽内悬浮液密度的测定，避免了透明旋转水槽内液体取样困难的问题，解决了现有悬浮液密度测定技术在时间上和空间上的问题，具有方法巧妙、结构简单、制作方便、成本低廉的优势。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置，其特征在于，包括：

透明旋转水槽，内部装有悬浮液，所述悬浮液的底部具有水下碎屑流，所述透明旋转水槽沿其水平轴线进行旋转；

透光率计，包括相互连接的透光率计探头和透光率计主机，所述透光率计探头对称设置在所述透明旋转水槽的前后壁面处，所述透光率计主机能够通过所述透光率计探头测定所述透明旋转水槽的前后壁面与悬浮液的综合透光率；

固定支架，设置在所述透明旋转水槽的下方，所述透光率计探头安装在所述固定支架上，所述固定支架能够调节所述透光率计探头的角度，使所述透光率计探头垂直于所述透明旋转水槽的前后壁面。

2.如权利要求1所述的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置，其特征在于，所述透明旋转水槽采用5mm厚的有机玻璃制作而成，所述透明旋转水槽的宽度不超过60mm。

3.一种使用如权利要求1或2所述的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1、在透明旋转水槽中进行若干组标定实验，在密度和浓度已知的条件下测量每组标定实验中悬浮液的透光率；

S2、根据所述透光率，建立悬浮液的吸光度与浓度的线性关系；

S3、进行正式实验，采用透光率计测定透明旋转水槽中悬浮液的透光率，然后，将所述透光率换算成吸收率，再根据吸光度与浓度的线性关系得到浓度值，最后，根据所述浓度值推算出悬浮液的密度。

4.如权利要求3所述的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行若干组标定实验，测量每组标定实验中悬浮液的透光率的步骤如下：

S11、配置颗粒物和水，并将颗粒物平均分成若干份；

S12、将水和其中一份颗粒物加入到透明旋转水槽中；

S13、旋转透明旋转水槽，并使透明旋转水槽的转速大于或等于正式试验时的最大转速的两倍；

S14、形成悬浮液，并在悬浮液状态稳定之后，测量所述悬浮液中部位置的透光率并记录数据；然后，将透明旋转水槽转速回复到零；

S15、再加入下一份颗粒物，重复步骤S13至步骤S14，直至完成所有颗粒物的添加；

S16、采用线性拟合的方法，建立悬浮液的吸光度与浓度的线性关系。

5.如权利要求4所述的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定方法，其特征在于，所述步骤S11包括：

S111、确定悬浮液中所含颗粒物的最大粒径，剔除对于透明旋转水槽的转速达最高值后仍沉积于槽底的颗粒物；

S112、确定颗粒物的质量和水的质量，所述颗粒物的总质量为正式试验时颗粒物总质量的50％；然后，将所述颗粒物平均分为若干份，所述水的质量等于正式试验时水的质量。

6.如权利要求5所述的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定方法，其特征在于，所述步骤S15之后还包括：

S151、测量所述悬浮液中部位置的透光率并记录数据前，需观察是否出现水下碎屑流，若出现水下碎屑流，则需减少颗粒物总量，重新标定。

7.如权利要求3所述的旋转水槽内悬浮液密度分布的测定方法，其特征在于，所述透光率计的透光率测量精度为±2％，透光率分辨率为0.005％。

Images