專利名稱：定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置。
背景技術(shù)：
徑流含沙量是土壤侵蝕、水土保持、水文研究與河流泥沙檢測的重要內(nèi)容。含沙量的現(xiàn)場快速、實(shí)時準(zhǔn)確測量是目前亟待解決的問題。目前，測量含沙量的方法較多，由于其測量原理不同，測量適用的范圍和精度也不同，加之現(xiàn)有測量方法中還有一些方法處于研究探索階段，在實(shí)際測量條件下可采用的方法并不多。根據(jù)測量原理的不同，含沙量測量方法可分為直接測量方法和間接方法。直接測量方法包括烘干法和比重法。烘干法采用一定數(shù)量的樣品，人工烘干后計(jì)算含沙量，烘干法測量含沙量被認(rèn)為是目前最準(zhǔn)確的方法之一。但該方法無法測量泥沙含量的連續(xù)變化過程，且費(fèi)工費(fèi)時。比重法是根據(jù)泥沙對比重的影響來確定含沙量，測量時可采用比重計(jì)，也可用天平和量筒進(jìn)行測量；就測量精度而言，烘干法比比重法精度更高。比重法同樣存在測量過程繁瑣等缺點(diǎn)。為了能及時，快速測量含沙量，在經(jīng)典測量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展了很多間接測量方法，目前主要有紅外線法、分光光度法、超聲波法、Y射線法等，其中分光光度法和紅外線法可測量的含沙量極低，徑流含沙量變化幅度較大時誤差較大。由于超聲波法會對水流造成擾動而改變其原有的動力學(xué)特征，且含沙量越大改變也越大，使得超聲波法測量泥沙含量的范圍較窄，更適合于低含沙溶液的測量。Y射線法的測量精度較高，但由于不符合環(huán)保和安全性要求，應(yīng)用受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何精確且連續(xù)地測量流體中的含沙量。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，包括外腔套及與所述外腔套形成一體的內(nèi)腔管，內(nèi)腔管與外腔套之間形成外腔；所述內(nèi)腔管的出水口位于所述外腔套內(nèi)；所述外腔套上連接有拉力傳感器；所述外腔套上設(shè)有至少一個滾動軸承；所述外腔套上設(shè)有外腔出水口，所述外腔出水口處設(shè)有與外腔套連接的出水控制裝置，用于監(jiān)測和控制所述外腔中的壓力；所述外腔套上設(shè)置有進(jìn)排氣閥。其中，所述外腔套包括形成一體的三部分第一套管、第二套管及第三套管，所述第一套管的管口大于第二套管的管口，所述第三套管密封連接第一套管和第二套管；所述拉力傳感器連接在第一套管上，外腔出水口設(shè)置在第二套管上，滾動軸承設(shè)置在第二套管上。其中，所述第二套管為L形。其中，所述內(nèi)腔管的進(jìn)水口處設(shè)有V形密封圈。其中，所述出水控制裝置包括與第二套管連接的出水集流裝置，所述出水集流裝置上設(shè)置有壓力傳感器和電控節(jié)流閥。其中，出水集流裝置與第二套管連接處設(shè)有V形密封圈。其中，所述外腔套的第二套管上設(shè)有兩個滾動軸承。其中，所述第一套管、第二套管、內(nèi)腔管的截面為圓形，所述第三套管為圓臺形。(三)有益效果本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)了連續(xù)高精度的泥沙含量在線測量，并且測量精度不受泥沙顆粒級配與形狀的影響；裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，方便實(shí)用，工作可靠的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中裝置沿B向的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中裝置沿A-A的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參考圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置包括形的外腔套6及與外腔套6形成一體的形的內(nèi)腔管5，內(nèi)腔管5與外腔套6之間形成外腔 14。內(nèi)腔管5的出水口 7位于外腔套6內(nèi)，外腔套6上連接有拉力傳感器12，外腔套6上設(shè)有至少一個滾動軸承2，外腔套6上設(shè)有外腔出水口 9，外腔出水口 9處設(shè)有與外腔套6連接的出水控制裝置，用于監(jiān)測和控制外腔14中的壓力，外腔套6上設(shè)置有進(jìn)排氣閥13。進(jìn)一步地，外腔套6包括形成一體的三部分第一套管601、第二套管602及第三套管603，優(yōu)選第二套管602為L形，因此整個外腔套6也為L形，與外腔套6形成一體的內(nèi)腔管5也為L形。第一套管601的管口大于第二套管602的管口，所述第三套管603密封連接第一套管601和第二套管602。內(nèi)腔管5的出水口 7位于第一套管601內(nèi)。外腔套6 的第一套管601連接有拉力傳感器12。外腔套6的第二套管602上設(shè)有至少一個滾動軸承 2，本實(shí)施例中設(shè)有兩個滾動軸承2。整個裝置的一端通過滾動軸承2固定于支架4上(有兩個滾動軸承2，因此可以改變固定位置)，并且可以繞滾動軸承2的軸線轉(zhuǎn)動；另一端通過拉力傳感器12懸掛在支架4上。在外腔套6的第二套管602上設(shè)有外腔出水口 9，所述外腔出水口 9處設(shè)有與第二套管602連接的出水控制裝置，用于監(jiān)測和控制所述外腔14中的壓力。出水控制裝置具體包括出水集流裝置3，出水集流裝置3上設(shè)置有壓力傳感器10和電控節(jié)流閥11。內(nèi)腔管5的進(jìn)水口 1處設(shè)有V形密封圈8;出水集流裝置3與第二套管602連接處也設(shè)有V形密封圈8。V形密封圈8的設(shè)置可以最大程度的減小對流體密度測量精度的影響，并且可以在稱量體上下游建立壓力時保持良好的密封性。本發(fā)明裝置的第一套管601、第二套管602、內(nèi)腔管5的截面可為圓形，長方形，正方形或其它形狀，并且內(nèi)腔管5的截面形狀可以不與第一套管601和第二套管602保持一致，為了在工作時方便計(jì)算裝置中的徑流體積，優(yōu)選第一套管601、第二套管602、內(nèi)腔管5 的截面為圓形，且第三套管603為圓臺形。通過本發(fā)明裝置的特定結(jié)構(gòu)，保證本發(fā)明裝置可繞滾動軸承2的固定軸線旋轉(zhuǎn)， 并且回轉(zhuǎn)支撐、進(jìn)水口 1與出水集流裝置3對裝置的旋轉(zhuǎn)阻力極小。上述裝置中各部件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)定體積流體連續(xù)高精度的質(zhì) 量稱量。裝置測量狀態(tài)的建立過程為如下將拉力傳感器12的一端固定，并將其中一個滾動軸承2固定。電控節(jié)流閥11關(guān)閉，經(jīng)過加壓的泥水混合流體經(jīng)進(jìn)水口 1進(jìn)入內(nèi)腔管5，進(jìn)排氣閥13開始排氣；當(dāng)裝置內(nèi)充滿流體時，進(jìn)排氣閥13關(guān)閉。壓力傳感器10將裝置內(nèi)的壓力實(shí)時反饋給監(jiān)測控制系統(tǒng)，通過調(diào)整電控節(jié)流閥11的開度，確保裝置內(nèi)的壓力始終位于V形密封圈8最佳密封壓力范圍內(nèi)。經(jīng)過加壓的泥水混合物經(jīng)進(jìn)水口 1進(jìn)入本發(fā)明裝置的內(nèi)腔管5，經(jīng)過內(nèi)腔出口 7、外腔 14、外腔出口 9與電控節(jié)流閥11離開裝置；在此過程中，拉力傳感器12的拉力增量F與稱量體內(nèi)泥水混合物的質(zhì)量M平衡，根據(jù)力學(xué)相關(guān)知識，F(xiàn) = cM, c為僅與裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，可以通過事先標(biāo)定來計(jì)算c，即將拉力傳感器12和將其中一個滾動軸承2固定后， 向裝置中充入一定質(zhì)量的液體后，得到拉力傳感器12測得的拉力，從而計(jì)算出C。根據(jù)以下標(biāo)定公式計(jì)算出泥水混合流體的泥沙含量。設(shè)發(fā)明裝置中的徑流體積為V，其質(zhì)量為M，徑流中的泥沙含量為x(質(zhì)量含量)。 水的密度為lkg/L，徑流中的泥沙顆粒密度為P t。上述參數(shù)滿足下式xM/p t+(l-x)M = V。 由上式可以導(dǎo)出
1__F 1 ⑴
χ =-----—χ— Cl；^ J_ ^ J_ M
Pt Pt公式(1)為利用定體積質(zhì)量稱量法測量泥沙含量的基本公式。式(1)中，M與裝置中的拉力F成正比，設(shè)M = cF，c為與裝置中的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的常數(shù)。將上述的兩式合并得
χ = ~\---^——χ 丄 (2)一丄(1_丄> F
Pt Pt式(2)中，c與V具體到某一測量裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)均為常數(shù)；而P t為某一區(qū)域的泥沙顆粒密度，它與該地區(qū)的成土母質(zhì)有關(guān)，也近似為一常數(shù)。則(2)可以進(jìn)一步簡化為x = a~—(3)
F式(3)中的常數(shù)a與b可以用一組已知的χ與F(拉力傳感器讀數(shù))現(xiàn)場標(biāo)定。該發(fā)明裝置能夠連續(xù)稱量一定體積的泥水混合物的質(zhì)量，通過標(biāo)定公式，計(jì)算出徑流的泥沙含量。該發(fā)明測量精度不受徑流中泥沙粒徑分布等影響，可實(shí)現(xiàn)徑流泥沙的高精度連續(xù)測量。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此，所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，包括外腔套(6)及與所述外腔套(6)形成一體的內(nèi)腔管(5)，內(nèi)腔管(5)與外腔套(6)之間形成外腔(14)；所述內(nèi)腔管(5)的出水口(7)位于所述外腔套(6)內(nèi)；所述外腔套(6)上連接有拉力傳感器(12)；所述外腔套(6)上設(shè)有至少一個滾動軸承(2)；所述外腔套(6)上設(shè)有外腔出水口(9)，所述外腔出水口(9)處設(shè)有與外腔套(6)連接的出水控制裝置，用于監(jiān)測和控制所述外腔(14)中的壓力；所述外腔套(6)上設(shè)置有進(jìn)排氣閥(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，所述外腔套(6)包括形成一體的三部分第一套管(601)、第二套管(602)及第三套管(603)， 所述第一套管(601)的管口大于第二套管(602)的管口，所述第三套管(603)密封連接第一套管(601)和第二套管(602)；所述拉力傳感器(12)連接在第一套管(601)上，外腔出水口(9)設(shè)置在第二套管(602)上，滾動軸承(2)設(shè)置在第二套管(602)上。
3.如權(quán)利要求2所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，所述第二套管(602)為L形。
4.如權(quán)利要求2所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，所述內(nèi)腔管(5)的進(jìn)水口(1)處設(shè)有V形密封圈(8)。
5.如權(quán)利要求2所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，所述出水控制裝置包括與第二套管(602)連接的出水集流裝置(3)，所述出水集流裝置(3) 上設(shè)置有壓力傳感器(10)和電控節(jié)流閥(11)。
6.如權(quán)利要求5所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，出水集流裝置(3)與第二套管(602)連接處設(shè)有V形密封圈(8)。
7.如權(quán)利要求2 6中任一項(xiàng)所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，所述外腔套(6)的第二套管(602)上設(shè)有兩個滾動軸承(2)。
8.如權(quán)利要求7所述的定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，其特征在于，所述第一套管(601)、第二套管(602)、內(nèi)腔管(5)的截面為圓形，所述第三套管(603)為圓臺形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定體積流體質(zhì)量連續(xù)稱量泥沙含量測量裝置，涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，包括外腔套及與外腔套形成一體的內(nèi)腔管，內(nèi)腔管與外腔套之間形成外腔；所述內(nèi)腔管的出水口位于所述外腔套內(nèi)，所述外腔套上連接有拉力傳感器，所述外腔套上設(shè)有至少一個滾動軸承，所述外腔套上設(shè)有外腔出水口，所述外腔出水口處設(shè)有與外腔套連接的出水控制裝置，用于監(jiān)測和控制所述外腔中的壓力，所述外腔套上設(shè)置有進(jìn)排氣閥。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高精度的泥沙含量在線測量。
文檔編號G01N5/00GK102288509SQ20111012379
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者傅臣家, 王偉 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)