一种测量动态泥沙体积浓度方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量动态泥沙体积浓度方法及装置，其包括以下步骤：1）设置一测量动态泥沙体积浓度装置，该装置包括一连接在水箱底部的管道，在所述管道的两个不同高程上分别取测点一和测点二，在测点一和测点二处各设置有一压力传感器；2）准备阶段：①测量并确定两个测点间清水水头损失系数；②测量计算泥沙密度ρS；3）测试阶段：计算确定浑水密度ρh及清水密度ρW，并计算确定泥沙体积浓度CV。本发明装置不仅可应用于垂直直管道上，还可以扩展应用于水电站和水泵站等常用的倾斜直管道上。本发明可以广泛用于浑水有压测试系统的泥沙浓度测量和类似测量仪器的标定等。
【专利说明】一种测量动态泥沙体积浓度方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种泥沙浓度测量方法，特别是关于一种测量动态泥沙体积浓度方法及装置。
【背景技术】
[0002]在日常生活、工农业生产及科学研究工作中，常需了解或测量两种或两种以上不同介质混合在一起后各自所占的比例，在液体中常用浓度来表述。例如，含有泥沙颗粒的浑水，常需要测量这些泥沙颗粒在水中的浓度。浓度有两种主要表达方式:体积浓度Cv和质量浓度Cm。就泥沙浓度而言,体积浓度Cv是浑水中泥沙所占体积与浑水总体积之比,而质量浓度Cm则是浑水中泥沙质量与浑水总质量之比。其实，在已知泥沙密度Ps和浑水密度P的情况下，测量了体积浓度Cv即可计算确定质量浓度Cm (Cm = Cv* ps/p)，反之亦然。
[0003]现在，已有超声波衰减法、光电法(红外线法)和Y射线法等多种浓度测量方式能够自动测量浑水中泥沙的体积浓度或质量浓度。但是，在这些测量方式中，其测量精度普遍都比较低，无法满足精确测量的需要。更重要的是，这些测试设备都需要进行标定，而到目前为止还没有能对这些浓度测量设备进行动态标定(指标定时管道内浑水处于流动状态)的设备和方法，用以检验静态标定(指标定时管道内浑水处于静止状态)结果是否可用。因此，有必要设计一种装置及方法，既可以直接用于泥沙浓度的动、静态测量，提高测试精度，还可以用于其它浓度测试仪器的动态标定。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量两个测点压力变化计算浑水密度，进而测量动态泥沙体积浓度方法及装置。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种测量动态泥沙体积浓度方法，其包括以下步骤:1)设置一测量动态泥沙体积浓度装置，该装置包括一连接在水箱底部的管道，在所述管道的两个不同高程上分别取测点一和测点二，在测点一和测点二处各设置有一压力传感器；2)准备阶段:①测量并确定两个测点间清水水头损失系数:水流由上至下流动时，清水水头损失系数:首先，在测量动态泥沙体积浓度装置中运行清水，并选择包括最大和最小流量在内进行N次测量，其中N=3~5，测量的清水流量依次记为Qli，其中i = 1，2，…，N ;每次测量清水流量Qli时分别测量测点一、二处压力pm、P12i，其中i =1，2，…，N ;每次测量的清水密度为Pwii，其中i = 1，2，…，N ;其次，计算测点一至测点二清水水头损失A h12i = Z-(p121-pm) / ( P Wli ? g)，其中Z为两个测点间闻程差，g为重力加速
度；最后,计算各清水流量Qli时水头损失系数
【权利要求】
1. 一种测量动态泥沙体积浓度方法，其包括以下步骤: 1)设置一测量动态泥沙体积浓度装置，该装置包括一连接在水箱底部的管道，在所述管道的两个不同高程上分别取测点一和测点二，在测点一和测点二处各设置有一压力传感器； 2)准备阶段: ①测量并确定两个测点间清水水头损失系数 水流由上至下流动时，清水水头损失系数: 首先，在测量动态泥沙体积浓度装置中运行清水，并选择包括最大和最小流量在内进行N次测量，其中N=3~5，测量的清水流量依次记为Qli，其中i = 1，2，…，N ;每次测量清水流量Qli时分别测量测点一、二处压力Pm、P12i，其中i = 1，2，…，N ;每次测量的清水密度为 Pwii，其中 i = 1,2,…，N; 其次，计算测点一至测点二清水水头损失Ah12i = Z-(p121-pm)/ (Pwii *g),其中Z为两个测点间高程差，g为重力加速度； 最后，计算各清水流量Qli时水头损失系数4,=Mh/读，清水水头损失系数Ali的N点
IN平均值為
2.如权利要求1所述的一种测量动态泥沙体积浓度方法，其特征在于:所述步骤3)中水流由上至下流动时浑水密=、的推导过程如下:
g-(Z-Ahr ) 测点一、二的压力分别为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为水箱内水面至管口高程差，H2为管口至测点一处高程差，P I为水箱至管口内浑水平均密度，P hl为管口以下管道内浑水密度，g为重力加速度，V为浑水流速，Z为两个测点间高程差，Ah01为管口至测点一的浑水水头损失，Ah12为测点一至测点二浑水水头损失; 通过式(2 )和式(I)相减得到式(3 )，两个测点间压差Ap1 = P12-P11:
Ap1 = Z ? P hl ? g-Ah12 ? P hl ? g (3) 其中，Z为两个测点间高程差，PhlS管口以下管道内浑水密度，g为重力加速度，Ah12为测点一至测点二浑水水头损失； 清水水头损失系数Ali的N点平均值A1等同浑水水头损失系数；利用已知清水水头损失系数Ali的N点平均值A1和浑水流量Q1，通过式ΔΛΙ: = A1 O-计算测点一至测点二浑水水头损失Λh12，得到浑水密度
3.如权利要求1所述的一种测量动态泥沙体积浓度方法，其特征在于:所述步骤3)中
水流由下至上流动时浑水密度
4.如权利要求1所述的一种测量动态泥沙体积浓度方法，其特征在于:所述步骤3)中泥沙体积浓度
5.如权利要求1所述的一种测量动态泥沙体积浓度方法，其特征在于:获取泥沙质量Ms和待测浑水质量M时,采用标准称重设备称重获得；获取清水体积Vw和浑水体积V时,采用计量容积的标准容积桶计量获得。
6.一种实现根据权利要求1到5任一项所述方法采用的测量动态泥沙体积浓度装置，其特征在于:它包括一连接在水箱底部的管道，在所述管道的两个不同高程上分别取测点一和测点二，在测点一和测点二处各设置有一压力传感器。
7.如权利要求6所述的一种测量动态泥沙体积浓度装置，其特征在于:所述管道采用垂直直管和倾斜直管其中之一。
8.如权利要求6或7所述的一种测量动态泥沙体积浓度装置，其特征在于:所述管道外同轴地套设一环形均压管，在所述管道的测点一和测点二处各沿周向均匀开设有若干个采压孔，每一个所述采压孔均通过一短管连通所述管道和所述环形均压管，且保持所述采压孔和所述压力传感器 在同一高程。
9.如权利要求8所述的一种测量动态泥沙体积浓度装置，其特征在于:所述采压孔数量为4个，且沿所述管道外壁同一高程径向均匀设置。
【文档编号】G01N9/36GK103528922SQ201310506826
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】徐洪泉, 李铁友, 张建光, 陆力, 余江成, 王万鹏, 孟晓超, 张海平, 廖翠林, 王鑫 申请人:中国水利水电科学研究院, 北京中水科水电科技开发有限公司