TWI356900B - - Google Patents

Description

1356900 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 種 量測簡便的振動式測砂方法 【先前技術】 以往在量测河流的含砂量時，1是採用烘乾法（俗 稱秤重法），其步驟包含：取樣、乾操、秤重，亦即’純 取所欲量測的樣本河水，接著，將樣本河水烘乾’最後， 再將供乾得到的泥砂稱重’如此，將泥砂重量⑴除以樣 本河水體積⑴，即可得到樣本河水的含砂量（g/】）。7 雖，，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】 因此，本發明之—目的， ^ , 的P在緹供—種Ϊ測簡便的振 動式測砂方法。 本發明之振動式測砂方. /々沄，包含.（A)建立一振動週 期-含砂量關.係函數。（B ) -V- , )取侍一振動式測砂儀在一待測渾 水内里測到的一振動週期。 (C)根據該振動週期-含砂量關 係函數，由該振動週期外曾 以期。f鼻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明中，將可清 楚的明白。 / 1356900 參閱圖5’本發明振動式測砂方法的—較佳實施例所採 用的-測砂裝置，是可用於量測一河流1〇〇的一待測渾水 ㈣的-含砂量CS (g/l)，該測砂裝置包含：―振動式測砂 儀10，及一中央處理單元20。 該振動式測砂儀10是可置入該河流100的待測渾水 U0内。該振動式測砂儀1G具有u、—裝設於該殼 體/1内的振動管12、—W振動管12上的激振線圈 ’及—設置於該振較12上的檢測線圈H。該激振線圈 可將電塵轉換為振動機械能，以維持該振動管12的振動 線圈14可量測該振動管12的振動頻率。該振動 式騎儀10的量測原理為：將該振動管 :成在清水内時的特徵頻率，則當該待測渾水η。進= 内時’由於液體密度、溫度的改變， 振動頻率回傳給該中央處理單元2〇。 忒中央處理早疋20是與該振動 ，該中央處理單元2。是-種處 早70 2〇可將该檢洌線圈1 4 #谢ί,ί M I 為振動1到的振動頻率⑺轉換 在說明本發明振動式測 _ 由圖5及下述公… 的—較佳實施例之前， : "導，可得知該較佳實施例的理論依據 在該振動管12的材料、壁 方式均已確定的情況下，—， 搜、長度及兩端固緊 疋義液體流經振動管時振動頻率 6 1356900 的振動方程為： 2π

El Ο) 在（1)式中，f為該振動管12充滿該待測渾水i 1〇時 的振動頻率；L為該振動f 12的有效長度；E為該振動管 12材料的彈性模數；〗為該振動管】2的慣性矩；％為兩端 緊固梁的固有頻率係數；As為該振動管12的截面積；&為 °亥振動# 12的材料密度；A為該待測渾水11〇的截面積， 為遠待測渾水11〇的密度（g/cm3)。 把（1 )式進行整理可得：

” (2) 關在可見在—定條件下，密度P與振動頻率f呈單值Μ 關係。通常情況下，振 呈早值函數 量其週期了比測量頻率f ^方W超過15GGHZ，這時測 可整理為：料£更為方便和準確，因此，⑺式 P = k0，、k〇 (3)式為—次項係數卜為 ⑺ 慮到更為普遍的情況，將其補上—人曲線方程式。考 次曲線方程式： 次項’則得出標準的二 ^^K + k.T + kJ1 在（4)式中，八為該待測澤水 （4) 為該振動管12的振動週 0的密度（gW); 0為常數項係數；ki為—次 7 項係數；為二次項係數。kQ、ki、k2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=k〇+ KTX + k2Tx2 ( 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。在本實施例巾，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，但是溫度的 變化對水的密度、砂的密度和職動式測砂儀ig的電:元 件都有影響。 因此在（5 )式令加入中溫度修正，體現為溫度修正 值kt，則（5 )式的完全表示法修正為：

Pm + +k2Tx2 +k ' (6) 在（6)式中，Τχ為該振動管12的振動週期，、匕 與k2為參個標定係數，kt為溫度標定修正值。 在本實施财，該振動式财儀10錢時，標定係數 k〇、h、k2 是分別被率定為·2·8348565989、、 0.0000021625,相較於、、心 加以忽略，（6 )式可修正為： k2是趨近於0，因此， (7) 因此:由（7)式可得知，該待測渾水U0的密度乂是 隨該振動管12的振動週期（呈線性變化。 另外自於4相渾水丨1G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：

Kp^v^+(K-vt)Pw 式，匕為該待測渾水110的體積（cm3);W 遠待測渾水110的宋 &马 為別、 又（g Cm )，匕為砂的體積（cm3 ) ; p … 度（gW);化為清水的密度（gWh ， 該待測渾水11〇的含砂量[(Μ)是定義 重里除以該待測渾水11〇的體積：

Va - (9 由（8)、（ 9)式整理可得： cs =(pm ~pw)~~£i__ 10)

Ps~pw 為 由於含砂量c的單位是 / 3、 疋馮g/卜而&、A、凡的單位均 因此，將（10 )式作單位轉換可得： 11 ~ (Pm ~ Pw) —~^ X 1000

Ps~ pw 於Α Ά均為常數’且由（7)式可知，該待測渾水 因此度&是隨該振動管12的振動週期7；呈線性變化， :’由（11)式可知該待測渾水m的含砂量Cs也是隨 ^動週期U線性變化’因此，當測得該振動週期（後即 的原=待測渾水11G㈣含砂量4，此即是振動式測紗 參_ 5’當制上述的振動式測砂儀1()量測該河流 如的待測渾水110的含砂量Cs時，根據上述的理論推導， 圖1所示，該振動式測砂方法的較佳實施例是包含以下 步驟： '()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測砂儀1()分別置人九種已知含砂量的 樣本渾水2GG内，取得該振動式測砂儀1()在每—樣本渾水 2〇〇内里測到的—樣本振動週期，根據該等樣本渾水⑽的 含=量與量測到的該等樣本振動週期，建立—振動週期·含 « 砂量關係函數，並將該振動週期_含砂量關係函數内建於該 t央處理單元2〇。 在本實施例中’是在清水中倒入不同重量的工 嶺土，而使該等樣本渾水扇的含砂量分別為i〇(g/H 、（的）、30 (g/1) 40 (g/1)、5〇 (g/1)、6〇 (的）、7〇 (^) 9〇 (g/l)與1GG (g/1)’且該等樣本渾水細的水溫是維 持在"irc。將該振動式測砂儀1〇置入每-種樣本渾水細 -進灯量測’如此’根據該振動式測砂儀所量測到而顯 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所不的樣本振動週期與含砂量的_表，並得到如圖4所 Γ樣本振動週期與含砂量的—實際函數S，則根據該實際 數S所進—步計算出的一線性回歸函數& ( ΓΓ卜7770·7,趨近率R2=o.9982 )，即可定義為該振動週 砂量關係函數’據此，即可將該振動週期-含妙量關係 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。' 二y驟（一）.如圖5所示，取得該振動式測砂儀1 〇 。亥待測渾水内UG量測到的-振動週期。在本實施例中，是 10 將該振動式測砂儀10置入該待測渾水11〇内、 動式測砂儀10量測到的振動週期。 ，以取得該振 步驟（三）：如4、5所示，根據該振動週 係函數，由該振動週期計算出該待測渾水3砂篁關 本實施例中，當該振動式測砂儀1G將在該待量。在 量測到的振動週期傳送至該中央處理單元20 :水110内 理單元2G根據該振動週期.含砂量關係函數，即1中央處 待測渾水渾水110的含砂量。 °計算出該 經由以上的說明’可再將本發明的優點歸納如 本發明振動式測砂方法僅需將該振動式測 所欲量測的河流100的待測渾水11〇内， 入 2〇根據内建的壓差-含砂量關传 Λ 、處理單元 I關係函數’即可自動計算出㈣ 剩渾水11G的含砂量，因此，本發明的量測步驟不m 更是省時，而可有效提高量測作業的效率。 s 歸納上述，本發明之振動式 用去、曰、不僅可便於使 用者進…[且測砂精度高，故確實能達到發明之目的 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已， 也以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本㈣中請利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與㈣，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 丄獨9〇〇 【圖式簡單說明】 圖 圖； 1是本發明振動式測砂方法的 較佳實施例的流程 的一振動式測砂儀浸置於 圖2是該較佳實施例所採用 ~樣本渾水内的示意圖； 說明該振 的一樣本 圖3是一樣本振動週期與含砂量的關係表， 動式測砂儀在不同含砂量的樣本渾水内所量測到 振動週期；

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，說明該振動式測砂儀浸置 於一河流的一待測渾水内。

12 1356900 【主要元件符號說明】 100……河流 110......待測軍水 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 S1 .......線性回歸函數 13

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍·· 1 ·〜種振動式測砂方法，包含： (A) 建立一振動週期_含砂量關係函數； (B) 取得一振動式測砂儀在一待測渾水内量測到的 —振動週期；及 週期汁异出該待測渾水的含砂量。 據中請專利範圍第1項之振動式測砂方法，其中，在步 (A)中’將該振動式測砂儀分別置人數已知含砂量的 至本渾水内，取得該振動式測砂儀在每—樣本渾水内量測 到的1 Μ本振動週期根據該等樣本渾水的含砂量與量測 J的違4樣本振動週期，建 數。 漫該振動週期-含砂量關係函 3.根據申請專利範圍第2頂之括#^斗·、， 驟⑷中，將-中Λ 測砂方法，其中，在步 ，該令央處理…早7"與該振動式科儀電連接 步驟（C)中f疋内建該振動週期_含砂量關係函數，在 乂驟（C)中，當該振動式測砂儀將在 在 到的振動週期傳送至該中央處理單元時渾水内量測 根據該振動週期·含砂量闕係函數：央處理單元 渾水的含砂量。 D异出該待測渾水 利範圍第2項之振動式測砂方法，”，在步 驟（A)中，該振動週期-含砂量關係：巾在步 歸函數。 丁出致疋為一線性回 14