一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法及裝置，其包括以下步驟：1）設(shè)置一測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，該裝置包括一連接在水箱底部的管道，在所述管道的兩個不同高程上分別取測點一和測點二，在測點一和測點二處各設(shè)置有一壓力傳感器；2）準(zhǔn)備階段：①測量并確定兩個測點間清水水頭損失系數(shù)；②測量計算泥沙密度ρS；3）測試階段：計算確定渾水密度ρh及清水密度ρW，并計算確定泥沙體積濃度CV。本發(fā)明裝置不僅可應(yīng)用于垂直直管道上，還可以擴(kuò)展應(yīng)用于水電站和水泵站等常用的傾斜直管道上。本發(fā)明可以廣泛用于渾水有壓測試系統(tǒng)的泥沙濃度測量和類似測量儀器的標(biāo)定等。
【專利說明】一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泥沙濃度測量方法，特別是關(guān)于一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究工作中，常需了解或測量兩種或兩種以上不同介質(zhì)混合在一起后各自所占的比例，在液體中常用濃度來表述。例如，含有泥沙顆粒的渾水，常需要測量這些泥沙顆粒在水中的濃度。濃度有兩種主要表達(dá)方式:體積濃度Cv和質(zhì)量濃度Cm。就泥沙濃度而言,體積濃度Cv是渾水中泥沙所占體積與渾水總體積之比,而質(zhì)量濃度Cm則是渾水中泥沙質(zhì)量與渾水總質(zhì)量之比。其實，在已知泥沙密度Ps和渾水密度P的情況下，測量了體積濃度Cv即可計算確定質(zhì)量濃度Cm (Cm = Cv* ps/p)，反之亦然。
[0003]現(xiàn)在，已有超聲波衰減法、光電法(紅外線法)和Y射線法等多種濃度測量方式能夠自動測量渾水中泥沙的體積濃度或質(zhì)量濃度。但是，在這些測量方式中，其測量精度普遍都比較低，無法滿足精確測量的需要。更重要的是，這些測試設(shè)備都需要進(jìn)行標(biāo)定，而到目前為止還沒有能對這些濃度測量設(shè)備進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定(指標(biāo)定時管道內(nèi)渾水處于流動狀態(tài))的設(shè)備和方法，用以檢驗靜態(tài)標(biāo)定(指標(biāo)定時管道內(nèi)渾水處于靜止?fàn)顟B(tài))結(jié)果是否可用。因此，有必要設(shè)計一種裝置及方法，既可以直接用于泥沙濃度的動、靜態(tài)測量，提高測試精度，還可以用于其它濃度測試儀器的動態(tài)標(biāo)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種測量兩個測點壓力變化計算渾水密度，進(jìn)而測量動態(tài)泥沙體積濃度方法及裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法，其包括以下步驟:1)設(shè)置一測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，該裝置包括一連接在水箱底部的管道，在所述管道的兩個不同高程上分別取測點一和測點二，在測點一和測點二處各設(shè)置有一壓力傳感器；2)準(zhǔn)備階段:①測量并確定兩個測點間清水水頭損失系數(shù):水流由上至下流動時，清水水頭損失系數(shù):首先，在測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置中運行清水，并選擇包括最大和最小流量在內(nèi)進(jìn)行N次測量，其中N=3~5，測量的清水流量依次記為Qli，其中i = 1，2，…，N ;每次測量清水流量Qli時分別測量測點一、二處壓力pm、P12i，其中i =1，2，…，N ;每次測量的清水密度為Pwii，其中i = 1，2，…，N ;其次，計算測點一至測點二清水水頭損失A h12i = Z-(p121-pm) / ( P Wli ? g)，其中Z為兩個測點間聞程差，g為重力加速
度；最后,計算各清水流量Qli時水頭損失系數(shù)
【權(quán)利要求】
1. 一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法，其包括以下步驟: 1)設(shè)置一測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，該裝置包括一連接在水箱底部的管道，在所述管道的兩個不同高程上分別取測點一和測點二，在測點一和測點二處各設(shè)置有一壓力傳感器； 2)準(zhǔn)備階段: ①測量并確定兩個測點間清水水頭損失系數(shù) 水流由上至下流動時，清水水頭損失系數(shù): 首先，在測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置中運行清水，并選擇包括最大和最小流量在內(nèi)進(jìn)行N次測量，其中N=3~5，測量的清水流量依次記為Qli，其中i = 1，2，…，N ;每次測量清水流量Qli時分別測量測點一、二處壓力Pm、P12i，其中i = 1，2，…，N ;每次測量的清水密度為 Pwii，其中 i = 1,2,…，N; 其次，計算測點一至測點二清水水頭損失Ah12i = Z-(p121-pm)/ (Pwii *g),其中Z為兩個測點間高程差，g為重力加速度； 最后，計算各清水流量Qli時水頭損失系數(shù)4,=Mh/讀，清水水頭損失系數(shù)Ali的N點
IN平均值為
2.如權(quán)利要求1所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法，其特征在于:所述步驟3)中水流由上至下流動時渾水密=、的推導(dǎo)過程如下:

g-(Z-Ahr ) 測點一、二的壓力分別為Pn、P12:
Pu = H1 ? P ! ? g+H2 ? P hl ? g_P hl ? v2/2- Ah01 ? P hl ? g (I)
Pi2 = H1 ? P1* g+H2 ? P hl * g- P hl * v2/2- Ah01 ? P hl ? g+Z ? P hl * g- A h12 ? Phl ? g(2) 其中，H1為水箱內(nèi)水面至管口高程差，H2為管口至測點一處高程差，P I為水箱至管口內(nèi)渾水平均密度，P hl為管口以下管道內(nèi)渾水密度，g為重力加速度，V為渾水流速，Z為兩個測點間高程差，Ah01為管口至測點一的渾水水頭損失，Ah12為測點一至測點二渾水水頭損失; 通過式(2 )和式(I)相減得到式(3 )，兩個測點間壓差A(yù)p1 = P12-P11:
Ap1 = Z ? P hl ? g-Ah12 ? P hl ? g (3) 其中，Z為兩個測點間高程差，PhlS管口以下管道內(nèi)渾水密度，g為重力加速度，Ah12為測點一至測點二渾水水頭損失； 清水水頭損失系數(shù)Ali的N點平均值A(chǔ)1等同渾水水頭損失系數(shù)；利用已知清水水頭損失系數(shù)Ali的N點平均值A(chǔ)1和渾水流量Q1，通過式ΔΛΙ: = A1 O-計算測點一至測點二渾水水頭損失Λh12，得到渾水密度
3.如權(quán)利要求1所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法，其特征在于:所述步驟3)中


水流由下至上流動時渾水密度
4.如權(quán)利要求1所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法，其特征在于:所述步驟3)中泥沙體積濃度
5.如權(quán)利要求1所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度方法，其特征在于:獲取泥沙質(zhì)量Ms和待測渾水質(zhì)量M時,采用標(biāo)準(zhǔn)稱重設(shè)備稱重獲得；獲取清水體積Vw和渾水體積V時,采用計量容積的標(biāo)準(zhǔn)容積桶計量獲得。
6.一種實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項所述方法采用的測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，其特征在于:它包括一連接在水箱底部的管道，在所述管道的兩個不同高程上分別取測點一和測點二，在測點一和測點二處各設(shè)置有一壓力傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，其特征在于:所述管道采用垂直直管和傾斜直管其中之一。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，其特征在于:所述管道外同軸地套設(shè)一環(huán)形均壓管，在所述管道的測點一和測點二處各沿周向均勻開設(shè)有若干個采壓孔，每一個所述采壓孔均通過一短管連通所述管道和所述環(huán)形均壓管，且保持所述采壓孔和所述壓力傳感器 在同一高程。
9.如權(quán)利要求8所述的一種測量動態(tài)泥沙體積濃度裝置，其特征在于:所述采壓孔數(shù)量為4個，且沿所述管道外壁同一高程徑向均勻設(shè)置。
【文檔編號】G01N9/36GK103528922SQ201310506826
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】徐洪泉, 李鐵友, 張建光, 陸力, 余江成, 王萬鵬, 孟曉超, 張海平, 廖翠林, 王鑫 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院, 北京中水科水電科技開發(fā)有限公司