CN113884404A - 一种河道泥沙含量测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种河道泥沙含量测量的方法及装置，检测装置包括水泵、流量计、止回阀、检测腔、过滤器和阀门，所述水泵的出水口通过流量计和止回阀与检测腔相互连通，检测腔的顶部通过过滤器和阀门与外部连通。检测方法为通过计算质量差和密度差的比值求得泥沙体积，根据泥沙体积和密度求得一定体积泥水中的泥沙质量，从而可以直接计算得到泥沙含量值，检测过程简单，检测原理合理且误差较小，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水温监测技术领域，尤其涉及一种河道泥沙含量测量方法及装置。
背景技术
河道的整治、堤防的修建、航道的治理，都需要研究河流泥沙的运动规律。灌溉饮水工程需要考虑入渠泥沙量大小和渠道不被冲淤的水力条件，水土保持工程则需要研究流域的产沙过程，因此泥沙的测量在人类经济活动的许多方面均有重要的意义。
目前河道泥沙测量的主要方法为烘干法，该方法包括取水、量积、沉淀、过滤、烘干、称重等步骤，步骤过程繁琐、操作工作量大、耗时长，同时由于繁琐步骤的过程误差累积，容易导致误差的放大，最终使测量结果准确度降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种方法步骤简单且更加合理的河道泥沙含量测量的方法及装置。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种河道泥沙含量测量装置，包括：水泵、流量计、止回阀、检测腔、过滤器和阀门，所述水泵的出水口通过流量计和止回阀与检测腔相互连通，检测腔的顶部通过过滤器和阀门与外部连通。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括温度计，所述温度计的检测端位于检测腔的内部。。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述流量计与止回阀安装在相同的位置。
本发明提供一种河道泥沙含量测量装置的测量方法，包括如下步骤：
步骤S1、预先测量待测河道中泥沙的密度值ρ沙；
步骤S2、将泥水混合物通过水泵(1)泵入检测腔(4)并进行过滤，流量计(2)计量泥水混合物的体积为V1，在泥水充满检测腔(4)的情况下，关闭阀门(6)和水泵(1)，并对过滤后检测腔(4)内剩下的体积为V2的泥水混合物进行称重，所得重量为m；
步骤S3，根据上述测量所得参数，即可计算体积为V1的泥水混合物中泥沙的总重量m沙＝ρ沙(m-ρ水V2)/(ρ沙-ρ水)，其中ρ水为水的密度，则泥沙含量C＝m沙/V1*100％。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述V2为从流量计到阀门之间的腔体体积。
更进一步优选的，对过滤后剩下的体积为V2的泥水混合物进行称重的方法包括，称量干燥状态下河道泥沙含量测量装置的总重量为M1，再称量过滤后，含有泥水混合物的河道泥沙含量测量装置的总重量M2，则m＝M2-M1。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述ρ水为温度计测量温度下水的密度。
本发明的河道泥沙含量测量的方法及装置相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种河道泥沙含量测量的装置和采用该装置进行测量的方法，装置结构简单，可以实现自动化快速测量，测量原理合理，可以实现准确的含沙量测量，对应测量装置采用简单的流量计以及辅助称重设备即可实现结果计算，由于测量原理依赖的基础数据数量级正常，无需高精度的测量，因此设备对硬件要求不高，易于推广使用；
(2)整个装置使用的方法简单合理，通过质量差与密度差可以求得泥沙体积，根据泥沙体积与密度求得一定体积泥水中的泥沙质量，从而可以计算得到泥沙含量结果，测量的方法设计合理，可以得到相对精度较高的检测结果，且检测过程速度快，检测精度可以进行人为控制，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明河道泥沙含量测量装置的结构示意图。
图中：1-水泵、2-流量计、3-止回阀、4-检测腔、5-过滤器、6-阀门、7-温度计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的河道泥沙含量测量装置，其包括用于对过滤后的泥水混合物进行容纳的检测腔4，以及作为输入端与检测腔4连通的水泵1、流量计2和止回阀3，水泵1的进水口与待测水样的水体进行连通，水泵1的出水口则通过流量计2和止回阀3与检测腔4连通，过滤器5和阀门6作为检测腔4的输出端，检测腔4的顶部通过过滤器5和阀门6与外部连通。
以上实施方式中，待测泥水混合物通过水泵1输送至检测腔4，气检通过流量计2进行流量检测，从而计算输入的泥水混合物的总体积，泵入的泥水在检测腔4内累计，直至充满检测腔4，然后通过过滤器5过滤后经过阀门6排出，排出的水中基本不含泥沙，此时输入的泥水混合物中的泥沙被截留在检测腔4内，在测得输入泥水体积、截留泥水重量、水密度、泥沙密度后，理论上即可计算出截留泥沙的总重，根据泥沙总重和泥水总体积，即可计算得到泥沙含量。
在具体实施方式中，还包括温度计7，温度计7的检测端位于检测腔4的内部。
由于水温不同的情况下，水的密度会发生变化，影响测量的结果，因此需要对水温进行实时检测，从而提高检测结果的准确性，避免稳定造成影响。
在具体实施方式中，流量计2与止回阀3安装在相同的位置。
以上实施方式中，在测量截留泥水重量时，理论上截留的泥水的体积是从流量计2开始到阀门6结束的这中间的腔体体积，但是若止回阀3设置的位置与流量计2之间存在空隙时，该段空隙内的泥水则容易从流量计2流失，导致截留泥水重量出现误差，为了尽可能降低该误差，可以将流量计2与止回阀3设置在相同的位置，这样一来，在经过流量计2计量后的泥水即可被止回阀3所截止，计量后的泥水不会流失，从而使测量结果更加准确，具体的，流量计2可以采用非接触式流量计，例如采用夹钳式流量计，夹设在止回阀3的外侧用于检测流量。
作为可选的实施方式，为了避免泥水流失带来的测量误差，还可以对管道设计进行改进，避免水更容易从流量计2端流出，例如将流量计2的进水口设置在高于止回阀3的位置，同时为了避免有多余的液体存在，流量计2的进水口应该在其所在管道中处于最高处，这样，多余的泥水会通过自重流失，而位于流量计2与止回阀3之间的泥水不会流失。
本发明的河道泥沙含量测量装置的测量方法包括如下步骤：
首先、对河道中泥沙的密度值ρ沙进行测量，具体测量方法可以任何现有技术中已知的方法，例如质量体积法。
再将泥水混合物通过水泵1泵入检测腔4内，泵入的泥水经过流量计2进行计量，由于检测腔4的出口位于顶部，因此在泥水充满检测腔4后才会排出，此时排出的泥水因过滤器5的作用而被截留在检测腔4内，多余的液体通过过滤器5后从阀门6排出，在经过一定量的过滤处理后，检测腔4内充满有泥水混合物，留在检测腔4内的泥水混合物中泥沙的含量更多，此时相同体积的泥水混合物与相同体积的水的质量差更大，测量的精确度也更大，而该质量差与密度差正相关，因此，先关闭阀门6和水泵1，此时只需要测出过滤后剩下的泥水混合物的重量m，此时已知的参数包括，泥沙密度ρ沙，测量处理的泥沙总体积V1，从止回阀3到阀门6之间的腔体体积V2，应当理解的是，V2主要是检测腔4的容积，从止回阀3到检测腔4的进水管道以及从检测腔4到阀门6的出水管道也存在一定的容积，固严格来说，V2为从止回阀3到阀门6之间的腔体体积，前述检测腔4内剩下的泥水混合物的体积其实是从止回阀3到阀门6之间的腔体体积，水的密度为ρ水，可以知道，m-ρ水*V2所得质量差是滞留泥沙体比相同体积的水要多出的重量，将(m-ρ水*V2)/(ρ沙-ρ水)即可得到滞留的泥沙的体积，对应的滞留的泥沙的质量m沙＝ρ沙(m-ρ水*V2)/(ρ沙-ρ水)，而m沙是由V1体积的泥水所含的总泥沙量，故泥沙含量C＝m沙/V1*100％。
相比现有泥沙测量的方法而言，上述方法测量的理论依据比较完整，且当V1足够大时，测量的精度会更大，该方法不需要依靠人工多次繁琐操作，没有多余的固液分离过程和烘干操作，整体操作可以依赖于本发明的测量装置进行，自动化程度高，且测量结果与实际值理论上是完全相同的，误差来源主要来自传感器误差或体积测量误差，而传感器测量对象由于基数大，没有精度要求，因此测量相对准确。
在具体实施方式中，所述水的密度为ρ水需要根据实际水温进行调整，从而可以进一步提高测量的准确度。
在具体实施方式中，过滤后剩下的泥水混合物的重量m的测量方法包括，对过滤后剩下的体积为V2的泥水混合物进行称重的方法包括，称量干燥状态下河道泥沙含量测量装置的总重量为M1，再称量过滤后，含有泥水混合物的河道泥沙含量测量装置的总重量M2，则m＝M2-M1。
考虑到测量装置内的泥水混合物质量难以准确测量，因此采用差值法进行计算测量，干燥且中空的河道泥沙含量测量装置的重量相对固定，容易称量，而在含有V2的你水混合物的河道泥沙含量测量装置的重量也可以进行称量，因此，只需要对两者的重量称量后取差值即可得到结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种河道泥沙含量测量装置，其特征在于，包括：水泵(1)、流量计(2)、止回阀(3)、检测腔(4)、过滤器(5)和阀门(6)，所述水泵(1)的出水口通过流量计(2)和止回阀(3)与检测腔(4)相互连通，检测腔(4)的顶部通过过滤器(5)和阀门(6)与外部连通。
2.如权利要求1所述的河道泥沙含量测量装置，其特征在于，还包括温度计(7)，所述温度计(7)的检测端位于检测腔(4)的内部。
3.如权利要求1所述的河道泥沙含量测量装置，其特征在于，所述流量计(2)与止回阀(3)安装在相同的位置。
4.如权利要求1-3中任一所述的河道泥沙含量测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、预先测量待测河道中泥沙的密度值ρ沙；
步骤S2、将泥水混合物通过水泵(1)泵入检测腔(4)并进行过滤，流量计(2)计量泥水混合物的体积为V1，在泥水充满检测腔(4)的情况下，关闭阀门(6)和水泵(1)，并对过滤后检测腔(4)内剩下的体积为V2的泥水混合物进行称重，所得重量为m；
步骤S3，根据上述测量所得参数，即可计算体积为V1的泥水混合物中泥沙的总重量m沙＝ρ沙(m-ρ水V2)/(ρ沙-ρ水)，其中ρ水为水的密度，则泥沙含量C＝m沙/V1*100％。
5.如权利要求4所述的河道泥沙含量测量装置的测量方法，其特征在于，所述V2为从流量计(2)到阀门(6)之间的腔体体积。
6.如权利要求4所述的河道泥沙含量测量装置的测量方法，其特征在于，对过滤后剩下的体积为V2的泥水混合物进行称重的方法包括，称量干燥状态下河道泥沙含量测量装置的总重量为M1，再称量过滤后，含有泥水混合物的河道泥沙含量测量装置的总重量M2，则m＝M2-M1。
7.如权利要求4所述的河道泥沙含量测量装置的测量方法，其特征在于，所述ρ水为温度计(7)测量温度下水的密度。
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