[实用新型]一种电容式水流泥沙含量传感器

说明书

本发明属于一种传感器，特别是专门测量土壤侵蚀与水土流失中水流泥沙含量的一种电容式水流泥沙含量传感器。

在土壤侵蚀中，大量涌集的水流不断冲刷着山坡与农田，造成严重的水土流失，为了研究、观察、测量在水土流失中的重要参数—水流的泥沙含量，需要一种可以准确、快速、在线测量的专门传感器，即水流泥沙含量传感器。

电容式传感器在水分的测量中应用比较广泛，多用于固体物料含水量的测量，如土壤、水泥、木材、谷物、干果、皮革、原油等物料；电容式传感器测量固体物料水分的范围在5％～40％以内，被测物的水分要均匀并低于40％(单成祥编著.传感器的理论与设计基础及其应用．北京：国防工业出版社，1999；周继明.一种用于测量泥料水分的电容式传感器.传感器技术，1999(5)：28～30；肖慧荣.多极探针型电容式水分传感器.传感器技术，1997(1)：47～49；韩吉田，归柯庭，王济浩，施明恒.针型电容法测量谷物含水率的研究.农业工程学报，1996，3(1):157～160)。目前，电容传感器只用在测量固体物料中低于40％的水分含量，而对于测量水流中的固体物质—泥沙的含量则无应用。

本发明的目的是设计一种结构简单、能测量水流中泥沙含量的电容式传感器，可以准确、快速、在线测量土壤侵蚀中水流的泥沙含量，为水土保持的科学研究提供依据。

本发明的一种电容式水流泥沙含量传感器，是根据水流中泥沙含量的变化影响相对介电常数进而引起电容量变化的原理而设计；水和泥沙的介电常数有很大的差异，不同含量的泥沙与水混合时，其介电常数就会发生变化，当泥沙混合水从两个金属电极间连续经过时，电容量的变化通过变换电路输入微型计算机，显示出水流通过时的泥沙含量值。电容式水流泥沙含量传感器由有机玻璃圆管、金属电极、绝缘层、屏蔽电缆、温度传感器、屏蔽抗干扰装置等组成。有机玻璃圆管根据水流泥沙测量所要求的条件，设计长度为120mm，内壁直径为30mm，金属电极是由长方形的薄型铜板制作；两块金属电极分别粘贴在有机玻璃圆管内侧相对称的两壁上，其中一侧的金属电极采用绝缘层保护，消除含水导电效应，使传感器在0～100％含水率测量范围均有良好的工作特性，同时克服泄露电阻所引起的测量误差；屏蔽电缆的一端通过管壁两侧的电线孔与金属电极连接后用绝缘材料密封，构成了电容传感器。电容式水流泥沙含量传感器是由电容传感器与温度传感器组合为一体并固定在屏蔽抗干扰装置内，通过屏蔽电缆接入变换电路并与微型计算机连接，组成电容式水流泥沙含量的测量系统。

测量时，将电容式水流泥沙含量传感器设置在测量水沟的槽内，含有泥沙的水流经过电容式传感器的有机玻璃圆管并由两块金属电极之间连续通过，充当电容器的介质，不同的泥沙含量使混合水的介电常数产生变化进而引起电容量的变化，金属电极将测量的电容量由屏蔽电缆传输到变换电路变成可用电量经过滤波和放大后输入微型计算机，同时温度传感器也将测量的介质温度值输入微型计算机以便对不同温度所引起的误差自动跟踪补偿，最后由微型计算机进行数据处理并显示、分析测量结果。

本发明的一种电容式水流泥沙含量传感器的优点是：采用电容法可以准确、快速、在线测量土壤侵蚀中的水流泥沙含量，测量泥沙含量的范围为0～1000kg/m³；具有结构简单、使用方便、体积小、成本低等特点，适用于实验室与野外测量。

本发明的一种电容式水流泥沙含量传感器的具体结构由以下实施例及附图给出。

图1是本发明的结构示意图。

图2是由本发明组成的测量系统示意图。

下面结合图1、图2对本发明详细说明。

图中1．有机玻璃圆管2．金属电极3．绝缘层4．电线孔5．屏蔽电缆6．温度传感器7．屏蔽抗干扰装置8．电容式水流泥沙含量传感器9．电容式传感器10．变换电路11．微型计算机

如图1所示：金属电极(2)由长方形的薄型铜板构成，两块金属电极(2)分别对称地粘贴在有机玻璃圆管(1)管壁内侧相对应的地方，其中一块金属电极(2)采用绝缘层(3)保护，消除含水导电效应，使电容传感器(9)在0～100％含水率测量范围均有良好的工作特性，同时克服泄露电阻所引起的测量误差；屏蔽电缆(5)的一端由有机玻璃圆管(1)两壁的电线孔(4)进入与金属电极(2)连接，并用绝缘胶密封，构成电容传感器(9)；电容传感器(9)与温度传感器(6)组合为一体固定在屏蔽抗干扰装置(7)内。