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一、產品簡介及設計目標

QYJL-CZ002型卡口直稱式徑流泥沙監測儀是我公司在現代電子技術、土壤物理學和微氣候學等學科領域不斷深入發展的基礎上,為測定徑流小區徑流量與泥沙量隨降雨變化而研發生產的一種更系統更綜合的標準實驗設備。其通過對被測徑流的記錄分析,以研究不同降雨量下的水土流失狀況。該儀器采用先進的高分辨率稱重系統和液位測量系統,配置了智能數據采集器和信號傳感器,可同時檢測降雨量的大小。并對測量的數據進行實時在線快速分析處理、記錄儲存,做到了數據采集的高速化、準確化和人性化,大大提高了工作效率,降低了勞動強度。適用于農田、草原、森林及河流濕地等生態系統水文循環的長期監測。

卡口直稱式徑流泥沙監測儀,是我公司在充分汲取國內外有關系統特點的基礎上,設計研制的新款設備。其主要特點是:緊跟傳感器技術和檢測技術的革新提高了相關參數的測量精度;同時,進一步改善和提高了直稱式徑流泥沙監測儀使用中的效率,降低了勞動強度和維護工作量。其筒體結構與工作原理如圖所示,主要包括箱體(主體系統的核心)、稱重系統、液位測量系統、雨量采集系統和數據采集與監控系統。



卡口站直稱式土壤蒸滲儀整機總體結構


二、系統組成及總體結構
直稱式土壤蒸滲儀整機系統可分為硬件和軟件兩大部分,共四個板塊:
(1)測量部分:由采樣桶、稱重系統平臺,液位測量平臺、雨量筒以及配套傳感器等組成、
(2)數據傳輸部分:由數據轉換模塊、放大器、網絡模塊及供電系統等組成。
(3)終端顯示部分:由數據采集器、主控制器、配套軟件及液晶顯示屏等組成。

QYJL-CZ002型卡口站直稱式徑流泥沙監測儀(單套)

序號

名稱

數量

備注

1

高精度稱重傳感器

1個

2

高精度液位傳感器

2個

3

數據采集器及主控制器

1臺

含控制模塊

4

雨量筒

1臺

5

采樣桶及支架

1套

6

卡口堰板

1套

7

控制閥

2臺

8

供電箱和太陽能電池板及蓄電池

1套

9

配套軟件

1套





卡口站直稱式徑流泥沙監測儀(照片)


卡口站直稱式徑流泥沙監測儀(照片)


三、整體解決方案
1、測量原理
對于被測量的泥水混合物密度方程為:
(1)
式中為泥水密度,m為泥水重量,V為泥水體積。
對于本設備應用以下公式:
(2)
S為桶體的橫截面積,h為液位高度,可求出泥水混合物體積,進而計算出密度,根據密度可得出水中泥沙含量。

2、稱重原理及方案

直稱式蒸滲儀稱重機構原理如下圖所示:稱重系統采購專用的稱重傳感器,作用在稱重平臺上,直接稱重桶體的總重量。利用污水泵抽取卡口中的泥水混合物到采樣桶。



直稱式蒸滲儀稱重結構

稱重傳感器采用高精度稱重傳感器,在稱重平臺下1個支點支撐稱重土箱,支點放置一個稱重傳感器稱重計算。




選用稱重傳感器照片
稱重傳感器的主要性能指標如下:
1)稱重范圍:0~1000.0Kg,分辨率0.01Kg;
2)綜合精度:0.01%;
3)稱重采樣速率:1秒;
4)輸出阻抗:2.0(+/-0.25%);
5)材質:不銹鋼,全焊接密封,并通過IP68工業防護等級標準;

由于稱重傳感器固有的零漂和蠕變特性,在長期受力狀態下不可避免影響測量精度,并且每只傳感器的誤差參數又不同。我公司專門設計開發了稱重傳感器校驗設備和方法,對其量程、穩定性、重復性和敏感性進行測試和校驗。如量程的測試采用依次加載已知重量砝碼2~300Kg然后再依次減載的方法;為了測試其穩定性,在2h內向稱重傳感器加載300Kg重物,然后每30min測量度數,判斷其穩定。稱重傳感器的敏感性采用依次加載和減載10g、20g、20g、30g、20g、100g、100g、200g的方法來測量。從而有效的清除零漂和蠕變帶來的測量誤差。

3、液位測量原理
在測量中超聲波脈沖由傳感器(換能器)發出,聲波經液體表面反射后被同一傳感器接收或超聲波接收器,通過壓電晶體或磁致伸縮器件轉換成電信號,并由聲波的發射和接收之間的時間來計算傳感器到被測液體表面的距離。 由于采用非接觸的測量,被測介質幾乎不受限制,可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。
超聲波物位計工作原理是由超聲波換能器(探頭)發出高頻脈沖聲波遇到被測物位(物料)表面被反射折回反射回波被換能器接收轉換成電信號.聲波的傳播時間與聲波的發出到物體表面的距離成正比.聲波傳輸距離S與聲速C和聲傳輸時間T的關系可用公式表示:S=C×T/2.
由于發射的超聲波脈沖有一定的寬度,使得距離換能器較近的小段區域內的反射波與發射波重迭,無法識別,不能測量其距離值。這個區域稱為測量盲區。盲區的大小與超聲波物位計的型號有關。
探頭部分發射出超聲波,然后被液面反射,探頭部分再接收,探頭到液(物)面的距離和超聲波經過的時間成比例:
距離 [m] = 時間×聲速/2 [m]
聲速的溫度補償公式:環境聲速= 331.5 + 0.6×溫度

4、徑流流量測量原理
依據卡口的實際徑流量范圍而制作的30°角量水堰,能夠比較真實準確的反映出流量結果。是通過超聲波水位計測量流過堰口的水位高低利用量水堰公式計算流量來的,可以通過管理軟件修改相關參數或通過標定段來計算,以提高計算精度


選用超聲波液位傳感器照片

5、數據采集原理及方案
本系統的數據采集全部為自動化采集,數據可直接保存到采集器中,也可以數據文件的形式按設計定的周期保存,并且能通過網絡進行遠程數據傳遞和狀態監控。


直稱式徑流泥沙監測儀系統組成框圖
四、性能參數
1)水位量程: 0~30m、精度5mm
2)雨量精度: 0.2mm
3泥沙含量測量范圍: 0~300.0kg/m3,誤差小于5%
4工作溫度: 0℃~60℃
5工作條件: 220V交流隔離供電或太陽能
6顯示屏: 4行中英文字福
7輸出: RS232、RS485、WIFI、GPRS等
8稱重采樣速率: 60~3600秒可調


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