【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仪器测量领域，尤其涉及一种泥沙浓度自动测量装置及其方法。
技术介绍
1、江河流域在降雨的作用下，坡面上被侵蚀的表层土壤随坡面径流进入江河，并向河口方向运动，从而形成了多沙河流，给生态环境带来较大的危害。因而长期以来，悬移质含沙量在线监测成为人们关注的重点。河湖悬移质泥沙含量(即含沙量)是水文测验、水土保持监测中必须测定的重要参数，不仅对于评价流域的水土流失程度和水土保持效益具有重要意义，还关系到山洪爆发、水灾研判、水利水电工程建设、水资源开发利用、水土流失治理、工农业取水用水和江河湖库治理保护等方方面面；但目前在水土保持监测中尚缺乏快速、便捷、高精度的含沙量在线测定方法。
2、目前的测沙设备有的适合测高含量的、有的适合测低含量的，而在实际应用中，一般情况下的泥沙含量低，山洪爆发等特殊场景下的泥沙含量又特别高，研制一款测量量程广、精度高的在线测沙设备已成为目前亟待解决的现实问题。
技术实现思路
1、本专利技术主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种泥沙浓度自动测量装置及其方法。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种泥沙浓度自动测量装置，其特征在于包括测量水箱、水泵、控制器、进水阀、出水阀、磁吸装置、金属球、吊绳、测力传感器、进水管、联通水管，其中，测量水箱的顶部半封闭，封闭一侧固定有测力传感器，测力传感器与金属球通过吊绳连接；金属球靠近测量水箱的内部但不与水箱的内壁接触，水箱的外侧与金属球等高位置固定有磁吸装
3、优选的，测量水箱材质为无磁性的不锈钢或有机玻璃类刚性材料，内侧面光滑或涂有光滑涂层。
4、优选的，水泵为自吸水泵。
5、优选的，金属球采用磁可吸附的铁金属材料，形状为空心球体，外径的半径为r，内径的半径为r，并满足0.85r＜r＜0.95r。
6、优选的，测力传感器为高精度拉力传感器，精度不低于0.1％。
7、优选的，还包括清洗水箱、清洗阀和清洗喷头，清洗水箱的底部通过清洗阀连接清洗喷头，清洗喷头用于冲洗测量水箱内壁，清洗阀受控制器控制，清洗喷头的出水应当可以冲到金属球上，以便于对金属球进行冲洗。
8、优选的，所述进水管有n根，n为大于等于1的自然数。
9、优选的，所述倾角为30度-60度。
10、本专利技术还公开了一种泥沙浓度自动测量方法，通过上述的泥沙浓度自动测量装置实现，其中进水管只有一根，其步骤包括：
11、(1)控制器在0时刻连通磁吸装置的电流、吸附金属球并控制进水阀打开进水管，启动水泵开始抽水，t1时刻打开出水阀，排水时间t2后关闭出水阀，等待时间t3，关闭水泵；
12、(2)关闭水泵后，等待时间t4，控制器断开磁吸装置的电流，释放金属球，测力传感器得到t5时间段的测力结果f(由于测量点的重力加速度一致，不同测量点的重力加速度不一样，此处测力结果f采用质量来表示)；
13、(3)根据f测量结果，得到ρ泥水＝ρ球(r3―r3)/r3―3f/4πr3，其中，常数π与金属球9的材料密度ρ球、外半径r、内半径r均为已知；
14、(4)根据关系式ρ泥水＝ρ水+m(1―ρ水/ρ泥沙)，其中，水的密度ρ水与泥沙颗粒密度ρ泥沙已知，可求出对应的泥沙浓度m。
15、本专利技术还公开了另一种泥沙浓度自动测量方法，通过上述的泥沙浓度自动测量装置实现，其中进水管有n个通道，且设有清洗系统，其步骤包括：
16、(1)控制器在0时刻控制进水阀打开进水管的第i条通道，i＝1、2、3、…、n，启动水泵开始抽水，t1时刻打开出水阀，排水时间t2后关闭出水阀，等待时间t3，关闭水泵；
17、(2)关闭水泵后，等待时间t4，控制器断开磁吸装置的电流，释放金属球，测力传感器得到t5时间段的测力结果fi，控制器开通磁吸装置的电流，以吸附固定金属球，打开出水阀；
18、(3)根据fi测量结果，得到ρ泥水＝ρ球(r3―r3)/r3―3fi/4πr3，其中，常数π与金属球9的材料密度ρ球、外半径r、内半径r均为已知；
19、(4)根据关系式ρ泥水＝ρ水+m(1―ρ水/ρ泥沙)，其中，水的密度ρ水与泥沙颗粒密度ρ泥沙已知，可求出进水管的第i条通道的入口处对应的泥沙浓度mi，i＝1、2、3、…、n；
20、(5)等待时间t6后，关闭出水阀，打开清洗阀，清洗时间t7，打开出水阀，等待时间t8后，关闭出水阀；
21、(6)控制器控制进水阀打开进水管另一通道，重复步骤1-4，可以计算出进水管另一通道的入口处对应的泥沙浓度。
22、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过自动化技术，实现了水质泥沙的在线测量，具有多个显著的优点。首先，水泵抽取水样至特定容器中进行测量，既避免了水流流动等外界环境对测量精度的影响，还可防止洪水冲走设备等意外事件的发生；其次，针对河流泥沙的测量范围(0-1000kg/m3)，通过金属空心浮球的重力设置(接近等体积的水的重量)，不仅有助于设备的小型化(测力传感器的量程变小了)，还可以显著提高测量的精度；第三，通过磁吸装置固定住金属球，不仅可以保护金属球与水箱(防止在水流冲击下与水箱内壁碰撞)，还可以保护测力传感器(防止过载)；还有，清洗水箱里的水通过自身重力的作用，通过清洗喷头实现了自动清洗功能，整个过程仅需要控制清洗阀的关闭，具有高效节能的特点。整个装置简单、实用，既可以固定在水面漂浮物、河岸或河流固定桩上定点使用，也可以固定在测量船等移动物体上实现巡测功能，整个装置具有使用方便、适用范围广等优点，尤其适合应用于河流水质泥沙在线测量等。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种泥沙浓度自动测量装置，其特征在于包括测量水箱、水泵、控制器、进水阀、出水阀、磁吸装置、金属球、吊绳、测力传感器、进水管、联通水管，其中，测量水箱的顶部半封闭，封闭一侧固定有测力传感器，测力传感器与金属球通过吊绳连接；金属球靠近测量水箱的内部但不与水箱的内壁接触，水箱的外侧与金属球等高位置固定有磁吸装置，在测量水箱顶部半开放一侧的侧面设有溢水口，测量水箱的底部与水平面呈一定的倾角，底部较低的一侧设有出水口，出水口上装有出水阀；进水管与进水阀、水泵、联通水管依次连接，联通水管的出水注入到测量水箱中，进水阀、出水阀、水泵、磁吸装置、测力传感器分别与控制器信号连接，以便于控制器控制进水阀、出水阀、水泵、磁吸装置的运行，并接收测力传感器的数据。
2.根据权利要求1所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于测量水箱材质为无磁性的不锈钢或有机玻璃类刚性材料，内侧面光滑或涂有光滑涂层。
3.根据权利要求1所述的泥沙自动测量装置，其特征在于：水泵为自吸水泵。
4.根据权利要求1所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于：金属球采用磁可吸附的铁金属材料，形状为空心
5.根据权利要求1所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于：测力传感器为高精度拉力传感器，精度不低于0.1％。
6.根据权利要求1所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于：所述倾角为30度-60度。
7.根据权利要求1所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于：还包括清洗水箱、清洗阀和清洗喷头，清洗水箱的底部通过清洗阀连接清洗喷头，清洗喷头用于冲洗测量水箱内壁，清洗阀受控制器控制。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于：所述进水管有N根，N为大于等于1的自然数。
9.一种泥沙浓度自动测量方法，通过权利要求1-6中任一项所述的泥沙浓度自动测量装置实现，其步骤包括：
10.一种泥沙浓度自动测量方法，通过权利要求7或8所述的泥沙浓度自动测量装置实现，其步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种泥沙浓度自动测量装置，其特征在于包括测量水箱、水泵、控制器、进水阀、出水阀、磁吸装置、金属球、吊绳、测力传感器、进水管、联通水管，其中，测量水箱的顶部半封闭，封闭一侧固定有测力传感器，测力传感器与金属球通过吊绳连接；金属球靠近测量水箱的内部但不与水箱的内壁接触，水箱的外侧与金属球等高位置固定有磁吸装置，在测量水箱顶部半开放一侧的侧面设有溢水口，测量水箱的底部与水平面呈一定的倾角，底部较低的一侧设有出水口，出水口上装有出水阀；进水管与进水阀、水泵、联通水管依次连接，联通水管的出水注入到测量水箱中，进水阀、出水阀、水泵、磁吸装置、测力传感器分别与控制器信号连接，以便于控制器控制进水阀、出水阀、水泵、磁吸装置的运行，并接收测力传感器的数据。
2.根据权利要求1所述的泥沙浓度自动测量装置，其特征在于测量水箱材质为无磁性的不锈钢或有机玻璃类刚性材料，内侧面光滑或涂有光滑涂层。
3.根据权利要求1所述的泥沙自动测量装置，其特征在于：水泵为自吸水泵。
4.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张开骁，杨涛，邰非，邵建兵，朱必飞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。