TW200944764A - Vibration type sand testing method - Google Patents

Description

200944764 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種測砂方法，特別是指一種 量測簡便的振動式測砂方法。 【先前技術】 以往在量測河流的含砂量時，一般是採用烘乾法（俗 稱秤重法）’其步驟包含：取樣、乾燥、秤重，亦即，先採 取所欲量測的樣本河水，接著，將樣本河水烘乾，最後， 再將烘乾得到的泥砂稱重，如此，將泥砂重量（g)除以樣 本河水體積（1)，即可得到樣本河水的含砂量（g/i)。 雖然，利用上述的供乾法可達到量測河流含砂量的目 的，但是，此種方法不僅量測過程繁複又耗時，且極不方 便。 【發明内容】 ❹ 因此，本發明之一目的，即在提供一種量測簡便的振 動式測砂方法。 本發明之振動式測砂方法，包含：（A)建立一振動週 期-含砂量關係函數。（B)取得—振動式測砂儀在—待測渾 水内量測到的一振動週期。（C)根據該振動週期-含砂量關 係函數’由該振動週期計算出該待測渾水的含砂量。 【實施方式】 、有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之_較佳實施例的詳細說，將可清 楚的明白。 5 200944764 參閱圖5，本發明振動式測砂方法的一較佳實施例所採 用的一測砂裝置’是可用於量測一河流1〇〇的一待測渾水 110的一含砂量Cs (g/1)，該測砂裝置包含：一振動式測砂 儀10，及一中央處理單元20。 Ο 該振動式測砂儀1 〇是可置入該河流丨〇〇的待測渾水 110内。該振動式測砂儀10具有一殼體π、一裝設於該殼 體11内的振動管12、一設置於該振動管12上的激振線圏 13,及一設置於該振動管12上的檢測線圈14。該激振線圈 13可將電壓轉換為振動機械能，以維持該振動管12的振動 ，該檢測線圈14可量測該振動管12的振動頻率。該振動 式測砂儀ίο的量測原理為：將該振動管12的振動頻率預 設成在清水内時的特徵頻率，則當該待測渾水ιι〇進入該殼 ，11内時，由於液體錢、溫度的改變，將會影響該振動 U的特徵頻率’如此’該檢測線圈14即可將量測到的 振動頻率回傳給該中央處理單元20。 該中央處理單元2G是與該振動式測砂儀⑺電連接。 在本實施例中，該中央處理單开 理置- ^ 70 2G是—種電腦’該中央處 ::可將該檢測線圈14量測到的振動頻率 為振動週期（T= i/f)。 、 在說明本發明振動式測砂方法的—較佳實施例之前， 圖5及下述公式推導，可得知該較佳實施例的理論依據 方式12的材料、壁厚、直徑、長度及兩端固緊 均已碟定的情況下，定義液體流經振動管時振動頻率 200944764 的振動方程為： 2π

ΕΙ M〇L 2π 1(AsPs+Ap)L4

CD 的振:二).1中’ f為該振動管12充滿該待測渾水110時 率，L為該振動管12的有 12材料的彈性禮赵… Μ效長度’ E為該振動管 緊固罕的固古 為該振動管12的慣性矩；％為兩端 ❹ 該振動$ 12頻率係數；AS為該振動管12的截面積、為 ^ B的材料密度；A為該待測渾水110的截面積， ，P為該待測渾水11G的密度（細3)。 把（1)式進行整理可得： p

EI 2π

AV Ρ

-丛. A K，· ^T~K0 (2) —定條件下，密度Ρ與振動頻率f呈單值函數 ❹ 、、通申凊况下’振動頻率£均不超過1500Hz，這時測 U期T比測量頻率f更為方便和，因此 可整理為： V )式 ^ = k〇^2-k0 、 (3) (3)式為—次項係數匕為零時的二次曲線方程式。考 :到更為普遍的情況1其補上—次項，則得出標準的二 -人曲線方程式： ρη~Κ++ιτ2 、 (4) 4式中’ Pm為該待測渾水110的密度（g/cm3); T為該振動管12的振動週期；k。為常數項係數；kl為一次 7 200944764 項係數，k：2為二次項係數^ k〇、k!、k：2均帶有自己的符號， 可正亦可為負。因為週期T將隨液體密度的變化而改變， 所以加入下標來表示其為引數，則（4)式可整理為：

Pm~k0+ kxTx + k2Tx ( 5 ) 對於高精度的感測器而言，要保證其振動週期穩定、 可靠，溫度影響是關鍵。在本實施例中，該振動式測砂儀 10的振動管12的材料為恒彈性鋼3J58材料，雖然該振動 管12的材料經過熱處理後，其溫度係數很小，但是温度的 變化對水的密度、砂的密度和該振動式測砂儀1 〇的電路元 件都有影響。 因此，在（5)式中加入中溫度修正，體現為溫度修正 值kt，則（5)式的完全表示法修正為：

Pm=k0+ + ΚΤχ2 + kt ( 6 ) 在（6)式中，Tx為該振動管12的振動週期，k〇、ki 與h為參個標定係數，匕為溫度標定修正值。 在本實施例中，該振動式測砂儀1〇出廠時，標定係數 k〇 k丨 k2 疋分別被率定為-2.8348565989、〇 00387781、 —，相較於^以趨近於㈧因以可 加以忽略，（6 )式可修正為：

Pm=kQ+kJx+kt ⑺ 因此’由（7)式可得知，該待測渾水11G㈣度乂是 隨該振動管12的振動週期c呈線性變化。 β另外，由於該待測渾水11G的重量等於水中所含砂的重 量加上清水的重量，因此，可得到下式： 200944764

FmPm=KPs+(K~K)pw (8) 在（8)式，匕為該待測渾水110的體積（cm3); p為 該待測渾水U0的密度（gW)，㈣砂的體積（啦3)二 為砂的密度（g/Cm3);八為清水的密度（的爪3)。 再者，該待測渾水11G的含砂量q (的）是定義為砂 的重量除以該待測渾水11〇的體積：

Cs=^-

Vm (9) ❹ 由（8)、（9)式整理可得··

Cs = (pm ~pw) —^

Ps -pw (10) 為 由於含砂量Cs的單位是為g/1，而凡、 g/cm3)，因此，將（1〇)式作單位轉換 A ' 的單位均 可得：

Cs pwy

Ps_ Ps~Pw xiooo 11)

uo的：：、：均為常數’且由⑺式可知，該待測渾水 、在又A是隨該振動管12的振動週期C呈線性變化， =二(11)式可知該待㈣110的含砂量Cs也是隨 二中丄線性變化’因此，當測得該振動週期（後即 的原=該_渾水1IG㈣含砂量k此即是振動式測砂 參閱圖5， 100的待測渾水 如圖1所示， ¥利用上述的振動式測砂儀10量測該河流 110的含砂量Cs時，根據上述的理論推導， 該振動式測砂方法的較佳實施例是包含以下 9 200944764 步騾 步驟㈠：如圖2、3、4所示，將與該中央處理單元 2〇電連接的該振動式㈣儀IG分別置人九種已知含砂量的 樣本渾水200内，取得該振動式測砂儀1()在每—樣本渾水 内量測到的—樣本振動週期，根據該等樣本渾水細的 切量與量測到的該等樣本振動週期，建立週期_含 參 砂量關係函數’並將該振動週期_含砂量關係函數内建於續 中央處理單元20。 、^ 在本實施例中，是在清水中倒入不同重量的工業用高 嶺土 ’而使該等樣本渾水的含砂量分別為ig (§/1)、2〇 (g/1)^ 30 (g/D 40(g/l).50(g/l).6〇(g/1)^7〇(g/i) '9〇(γ)與1G〇(g/1)’且該等樣本渾水細的水溫是維 持在饥。將該振動式測砂儀1()置人每_種樣本渾水· 内進行量測’如此，根據該振動式測砂儀1〇所量測到而顯 不於該中央處理單元2G上的樣本振動週期，即可建立如圖 3_所不的樣本振動㈣與含砂量的關係表，並得到如圖4所 示的樣本㈣㈣與含砂量的—實際函數s，驗據該實際 函數8所進—步計算出的一線性回歸函數S1 ( 厂1 un?770:7，趨近率R2 =〇9982 )’即可定義為該振動週 月’含砂量關係函數’據此，即可將該振動週期-含砂量關係 函數内建於該中央處理單元20,而使該中央處理單元20可 依據該振動週期含砂量關係函數進行相關計算。 步驟（一）.如圖5所示，取得該振動式測砂儀10在 該待測渾水内m量測到的—振動週期。在本實施例中是 10 200944764 將^振動式撕砂儀】〇置入該待測潭水1 、 動式測砂儀H)量測到的振_期。 ’以取得該振 步驟（三）：如4 係函數，由該振動週_算^#^=^·含砂量關 本實施例中’當該振動式測砂儀1G Q、W砂量。在 ㈣到的振動週期傳送至該中央處理單元二㈣内

理早70 2G根據該振動週期·含砂量關係函數，即處 待測渾水渾水110的含砂量。 17了计异出該 經由以上的說明’可再將本發明的優點歸納 本發明振動式測砂方法僅需將該振動式 所欲量測的河“〇的待測渾“。内，該中:處= 20根據内建的壓差_含砂番肋总3紅 天慝理早το 到渾水人 即可自動計算出該待 更β省時而3々量，因此’本發明的量測步驟不僅簡便， 更疋嚙時，而可有效提高量測作業的效率。 歸納上述，本發明之振動式測砂方法，不僅可便於使

用者進行量測，且測砂精度高，故確實能達到發明之目的 〇 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾7皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 11 200944764 【圖式簡單說明】 圖1是本發明振動式測砂方法的 圖； 一較佳實施例的流程 圖2是該較佳實施例所採用 一樣本渾水内的示意圖； 的一振動式測砂儀浸置於 圖3是一樣本振動週期與含砂量 動式測砂儀在不同含砂量的樣本渾水 振動週期； 的關係表’說明該振 内所量測到的—樣本 €> 圖4是一樣本振動週期與含砂量的函數關係圖；及 圖5是一類似圖2的視圖，說明該振動式阀砂 於一河流的一待測渾水内。 紋置 ❹ 12 200944764 【主要元件符號說明】 100……河流 110……待測渾水 200……樣本渾水 10 .......振動式測砂儀 11 ........殼體 12 .......振動管 13 .......激振線圈 14 .......檢測線圈 20 .......中央處理單元 S.........實際函數 S 1 .......線性回歸函數

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Claims (1)

1. 200944764 十、申請專利範圍·· r一種振動式測砂方法，包含： )建立—振動週期-含砂量關係函數； )取得一振動式測砂儀在一 一振動週期，·及 待測渾水内量測到的 (c)根據該振動週期-含 週期計算出該待測渾水的含砂量。㈣函數，由該振動 ❹ =申請專利範圍第,項之振動式測砂方法，其中，在步 樣本渾水内，取得別置入數已知含砂量的 到m 侍絲動式樹砂儀在每-樣本渾水内量測 到振動週期，根據該等樣本渾水的含砂量與量測 數等樣本振動週期’建立該振動週期-含砂量關係函 3·根據中請專利範圍第2項之振動式測砂方法，其中，在步 ')巾豸+央處理單％與該振動式測砂儀電連接 ❿*該中央處理單元内建該振動週期_含砂量關係函數，在 '^§該振動式測砂儀將在該待測渾水内量測 .到的振動週期傳送至該中央處理單元時，該中央處理單元 根據該振動週期-含砂量關係函數，可計算出該待測渾水 渾水的含砂量。 4.根據中請專利範圍第2項之振動式測砂方法，其中，在步 驟（Α)中，該振動週期.含砂量關係函數是為—線性回 歸函數。 14