文档介绍：第 42卷第 23期
2011年 12月
人民长江
Yangte Rier
Vol42,
Dec., 2011
文章编号:1001-4179(2011)23-0051-03
新型在线泥沙粒度与含沙量测控系统设计
吴新生,廖小永,黄卫东
(长江科学院河流研究所,湖北武汉 430010)
摘要:为了实现河工模型试验中泥沙粒度级配的在线实时测量与含沙量控制,设计了新型在线泥沙粒度与含
沙量自动测量控制系统。采用了在线湿法超声波粒度分析仪(OUPS),并结合新型潜水排污泵等先进辅助设
备,构成了两种泥沙自动控制系统,即“OPUS及循环管道含沙量自动控制系统”和“OPUS及螺杆泵含沙量自
动控制系统”。简要介绍了在线超声波粒度分析仪的测量原理与性能,以及自动测量控制系统的测控原理与
设计要点,为河工模型提供了先进的泥沙颗粒分析与含沙量自动量测控制试验平台。
关键词:泥沙粒度与含沙量;在线测量;超声波测量;测控系统设计
中图法分类号:TV14 文献标志码:A
泥沙粒度级配与浓度(含沙量)是含沙水流的重
要参数,这两个参数的观测与测量分析是河工模型试
验过程中最为重要的测量任务之一。试验人员需要快
速获取模型河道中各个区域的泥沙浓度与粒度级配,
并依据这些测量信息对试验过程进行有效控制。目前
这两个参数的测量仍然需要人工采样,并辅以烘干称
重方法进行。不仅获取信息慢,而且测量精度受人为
方式影响很大,存在着较大的系统误差和操作误差。
传统的方法不能及时反映和确定含沙量与粒径的变
化,在试验过程中也就难于调整粒径和控制含沙量,严
重制约了泥沙模型试验研究的过程控制。
随着电子技术与超声波测量技术的快速发展,在
线湿法同时进行粒度级配分析与浓度测量的方法研究
在国际上已经广泛开展,不断研制出高性能的测量仪
器与设备,其中德国的“在线湿法粒度分析控制系统”
(On-lneParil sieanalsibyUlrsni Spectosco
py,简称 OPUS),是一种直射式超声波衰减粒度分析
仪,可用于工业生产反应釜的过程以及矿浆研磨过程
中的高浓度物料实时在线粒度分析与控制。对于湍急
流体中高浓度颗粒大小随时间的瞬间变化,其还可用
于江河湖海中泥沙粒度大小和分布及其变化的野外测
量。泥沙实验室中的湿法粒度分析与浓度测量,特别
是其在线测量功能,可以用于河工模型试验中泥沙粒
度级配在线实时测量与含沙量控制。
1 OPUS的测量原理与性能
测量原理简介
当泥沙水流通过测试区域时(如图 1所示),超声
波传播时会产生扩散损失,由于粘滞、摩擦、散射等原
因要产生衰减。超声波的声压或振动幅度按指数规律
衰减,在理论上一般用下式表示:
P = P eαx (1)
式中,P0 为进入介质前的声压;Px 为进入介质 x距离
处的声压;x为在介质中的传播距离,cm;α为衰减常
数,单位为 1/cm,实用上采用 dB/cm。
图 1 超声波衰减测量粒度原理
收稿日期:2011-08-19
作者简介:吴新生,男,高级工程师,主要从事河工模型研究。 E-mai:wxs888@
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