[发明专利]一种测量动态泥沙体积浓度方法及装置

说明书

技术领域

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

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C_V和质量浓度C_M。就泥沙浓度而言，体积浓度C_V是浑水中泥沙所占体积与浑水总体积之比，而质量浓度C_M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ρ_S和浑水密度ρ的情况下，测量了体积浓度C_V即可计算确定质量浓度C_M（C_M＝C_V·ρ_S/ρ），反之亦然。

现在，已有超声波衰减法、光电法（红外线法）和γ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

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。

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Q_1i，其中i＝1,2,…,N；每次测量清水流量Q_1i时分别测量测点一、二处压力p_11i、p_12i，其中i＝1,2,…,N；每次测量的清水密度为ρ_W1i，其中i＝1,2,…,N；其次，计算测点一至测点二清水水头损失Δh_12i＝Z-(p_12i-p_11i)/(ρ_W1i·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Q_1i时水头损失系数清水水头损失系数A_1i的N点平均值其中N=3～5；水流由下至上流动时，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Q_2i，其中i＝1,2,…,N；每次测量清水流量Q_2i时分别测量测点一、二处压力p_21i、p_22i，其中i＝1,2,…,N；每次测量的清水密度为ρ_W2i，其中i＝1,2,…,N；其次，计算测点二至测点一清水水头损失Δh_21i＝(p_22i-p_21i)/(ρ_W2i·g)-Z，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Q_2i时水头损失系数清水水头损失系数A_2i的N点平均值其中N=3～5；②测量计算泥沙密度ρ_S：首先，将泥沙颗粒拌匀，按需要取一定质量的泥沙颗粒烘干，用天平或其它高精度称重设备称取所需烘干后泥沙质量M_S；其次，将称过质量的泥沙全部加入能够计量容积的标准容积桶内，将已测量容积V_W的清水倒入标准桶内，搅拌均匀，使泥沙和清水充分融合，直至泥沙颗粒周围无气泡；最后，测量浑水体积V，按式V_S＝V-V_W计算泥沙或相同矿物质的固体颗粒在浑水中所占体积V_S，按式ρ_S＝M_S/V_S计算泥沙密度ρ_S；3）测试阶段：计算确定浑水密度ρ_h及清水密度ρ_W，并计算确定泥沙体积浓度C_V：①在测量动态泥沙体积浓度装置中运行浑水，水流由上至下流动时，记测点一与测点二处压力分别为p₁₁、p₁₂，浑水流量Q₁，通过测量及计算同温度下清水密度ρ_W1；水流由下至上流动时，记测点一和测点二处压力分别为p₂₁、p₂₂，浑水流量Q₂，通过测量及计算同温度下清水密度ρ_W2；且清水密度ρ_W为水流由上至下流动时清水密度ρ_W1和水流由下至上流动时清水密度ρ_W2其中之一；②根据水流由上至下流动时，浑水流量Q₁和清水水头损失系数A_1i的N点平均值A₁，计算确定测点一至测点二浑水水头损失根据水流由下至上流动时，浑水流量Q₂和清水水头损失系数A_2i的N点平均值A₂，计算确定测点二至测点一浑水水头损失③计算确定浑水密度ρ_h：水流由上至下流动时，通过式计算管口以下管道内浑水密度ρ_h1，其中，Δp₁＝p₁₂-p₁₁为两个测点间压差，g为重力加速度，Z为两个测点间高程差，Δh₁₂为测点一至测点二浑水水头损失；水流由下至上流动时，通过式计算管口以下管道内浑水密度ρ_h2，其中，Δp₂＝p₂₂-p₂₁为两个测点间压差，g为重力加速度，Z为两个测点间高程差，Δh₂₁为测点二至测点一浑水水头损失；且浑水密度ρ_h为水流由上至下流动时管口以下管道内浑水密度ρ_h1和水流由下至上流动时管口以下管道内浑水密度ρ_h2其中之一；④计算泥沙体积浓度C_V：通过式计算水流由上至下流动时泥沙体积浓度C_V1，其中，ρ_h1为水流由上至下流动时管口以下管道内浑水密度，ρ_W1为水流由上至下流动时清水密度，ρ_S为泥沙密度；通过式计算水流由下至上流动时泥沙体积浓度C_V2，其中，ρ_h2为水流由下至上流动时管口以下管道内浑水密度，ρ_W2为水流由下至上时清水密度，ρ_S为泥沙密度；且泥沙体积浓度C_V为水流由上至下流动时泥沙体积浓度C_V1和水流由下至上流动时泥沙体积浓度C_V2其中之一。