用于水文悬沙测定的多机位浊度仪标定系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于水文悬沙测定的多机位浊度仪标定系统，包括由下而上设置的磁力搅拌器、泥沙悬浮标定桶、和剪力盖板，在泥沙悬浮标定桶内壁设有水循环装置。本实用新型的用于水文悬沙测定的浊度仪标定系统可以一次多机位，多达4个浊度仪同时进行测定，大大增强了标定数据的稳定性，且重复性好，此外本新型的系统采用水循环装置模拟水流，使标定水样既上下交换又保持紊动，增加了数据的精确性。
【专利说明】用于水文悬沙测定的多机位浊度仪标定系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水文观测【技术领域】，具体地说是一种水文泥沙观测中所使用的浊度仪的标定系统。
【背景技术】
[0002]常规的水文观测方法一般采用“六点法”取水，室内分析的方法测定含沙量。此种方法操作繁琐，数据分析获取时间较长；其次，由于垂线中的取水点分散，全水深含沙量计算不准确。因此，现在国内外水文观测中，含沙量的测定一般借助光学浊度仪来完成。[0003]现代的水文观测中的光学浊度仪是运用光的投射原理或散射原理，该方法主要取决于光与沙粒的相互作用，当光通过悬沙水体时，溶剂要吸收光能，吸收的数量与吸收介质及水体宽度有关，同时泥沙颗粒要对光进行散射。当光源发出的入射光线投射到被检测的水样时，一部分光线穿透水样继续前进直达投射光检波器，从该检波器测定出透射光的强度，与光源的入射光强度进行比较，即可检测出水样的浊度，根据这种原理制造出的浊度仪就是透射光浊度仪(Turbidimeter)。另外，当光源发出的入射光线投射到被检测的水样时，除了前述的一部分光线穿透水样直达透射光检波器之外，还有一部分入射光可从投射光的垂直方向到达散射光检波器，从该检波器可测定出散射光强度，与光源的入射光强度进行比较，即可检出被检测水样的浊度，根据这种原理制造出的浊度仪就是散射光浊度仪(Nephelometer)。水文观测中多使用散射光浊度仪。
[0004]然而，浊度本来就是悬浮微粒浓度的替代参数，在水文观测中最终关心的是水体泥沙浓度，因此需要对浊度仪测量的NTU值与泥沙浓度进行率定。当入射光进入某一水体被吸收后，透过光的强度与入射光的强度之间的关系由朗伯-贝尔定律确定:
[0005]I = 10 (- a 0expcl)(I)
[0006]式(I)中，I为透射光强度入射光强度；Citl是消光系数，与位置的性质有关；c是溶液中物质的质量浓度；1为光源与接收器间距离。从上式可知，接受光强与介质的浓度就有一个确定的函数关系了。朗伯-贝尔定律是在理想状态下得到的，实际情况则较复杂，如颗粒间互相遮掩，浓度分布不均匀，沙粒粒径及形状不同等，所以不同区域的悬沙水样，同一台浊度仪其所测量的NTU与悬沙浓度关系曲线是不同的，均需要分别进行率定。
[0007]传统浊度仪率定方法可分为定NTU测定浓度法和定浓度测定NTU法。定NTU测定浓度法具体过程为:将浊度仪探头放入标定桶中，加入选定泥沙样搅拌，至NTU特定值后，将浊度仪取出，搅拌均匀后用取样器取出500ml水样；依次递增NTU至特定值并取样，最终将取到的500ml水样烘干称重，计算出含沙量，与浊度值进行线性相关得到标定曲线。此种方法浊度仪每次取样需取出标定桶，费时费力，多个浊度仪同时标定轮换较为繁琐，取样之前的搅拌不能保证与浊度仪测量时溶液均匀度一致，且不能消除扰动气泡对浊度仪的影响。定浓度测定NTU法具体过程为:将取选定泥沙烘干碾成细粉末，并称取特定质量，加入定量清水中置于标定桶中搅拌，计算溶液浓度，并同时将浊度仪置于溶液中测定NTU值；依次递增沙粒质量至特定值搅拌并记录浊度仪NTU值，最终将计算的溶液浓度和测定的浊度仪NTU值进行线性相关得到标定曲线。此种方法不需要处理水样，过程相对简单，但由于不能保证放入的泥沙颗粒能均匀分布，且不能消除扰动气泡对浊度仪的影响，因此标定曲线失真度较大，多次标定的结果一致性较差。
实用新型内容
[0008]本实用新型的所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种保证浊度仪标定数据精确、稳定、可重复性高的标定系统，能有效的获得不同浊度仪在不同粒径悬沙环境的标定结果，且多次重复实验结果一致性较好。
[0009]本实用新型的目的是这样实现的:用于水文悬沙测定的多机位浊度仪标定系统，其特征在于，包括由下而上设置的磁力搅拌器、泥沙悬浮标定桶、水循环装置和剪力盖板，其中，水循环装置设置在泥沙悬浮标定桶的内壁。
[0010]本实用新型的一优选技术方案中，所述泥沙悬浮标定桶为圆柱体，在所述泥沙悬浮标定桶圆柱体外侧均匀分布至少3个圆柱状浊度仪插槽，各个浊度仪插槽指向桶内一侧留有窄带间隙。
[0011]本实用新型的一优选技术方案中，浊度仪插槽下端呈椎体状设计，倾斜向下回收到桶壁，与插槽下端高度相同位置的每个插槽旁设有出水口。
[0012]本实用新型的一优选技术方案中，所述泥沙悬浮标定桶圆柱体外侧均匀分布4个圆柱状浊度仪插槽。
[0013]本实用新型的一优选技术方案中，水循环装置包括上下两层平行环形水管，所述上、下环形水管上分别设有复数个均匀分布的水嘴；上、下环形水管之间通过连通管贯通，且在连通管上设有加压泵。
[0014]本实用新型的一优选技术方案中，所述上、下环形水管上设置的水嘴朝一定方向倾斜，如顺时针或逆时针倾斜。
[0015]本实用新型的一优选技术方案中，所述剪力盖板为由电机控制可绕其圆心旋转的盖板，该盖板上设有若干孔洞。
[0016]本实用新型的一优选技术方案中，所述剪力盖板和泥沙悬浮标定桶的间距可以调节。
[0017]本实用新型的一优选技术方案中，该盖板的直径和泥沙悬浮标定桶的直径相同。
[0018]本实用新型的一优选技术方案中，该盖板由圆心向外周辐射均匀分布若干孔洞。
[0019]本实用新型的用于用于水文悬沙测定的多机位浊度仪标定系统的优点是:
[0020](I)采用外突式仪器插槽，与水体接触面留有窄带式设计，既可以方便仪器的安装，满足探头高度不同的浊度仪同时使用，且外突式设计不影响水体的整体旋转流动；多达4个浊度仪可以一次多机位同时进行测定，提高了工作效率。
[0021](2)采用水循环装置，四个压力泵同时加压，使喷嘴压力均匀，上下层喷嘴均采用与切线75度角倾斜设计，有效带动水体旋转，保持紊动，水循环系统使标定水样既上下交换又保持紊动，增加了数据的精确性和可靠性。
[0022](3)采用非接触式取水口设计，采集水样与浊度仪测量水体一致，且非接触式设计对水体本身无任何影响。
[0023](4)采用多孔式剪力盖板，不仅可以带动上层水流反向旋转，增加水体紊动，亦可以防止水体旋转出现漩涡，进而影响水沙均匀混合，且多孔式设计可以方便悬沙样品添加，使样品均匀扩散进入水体。剪力盖板在连杆带动下可以随标定水体的深度随意升降，方便操作。
[0024](5)底座采用滚轮式设计，方便本套标定系统移动。
[0025](6)本套标定系统标定结果稳定，实验结果重复性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1a为本实用新型标定系统示意图；图1b为本实用新型标定系统立体结构示意图。
[0027]图2a为剪力盖板结构示意图；图2b剪力盖板结构立体结构图，图2c为盖板结构示意图。
[0028]图3a为泥沙悬浮标定桶结构示意图，图3b方泥沙悬浮标定桶俯视图，图3c为浊度仪插槽结构示意图。
[0029]图4a为水循环装置侧面结构示意图；图4b为水循环装置立体结构示意图，图4c为水循环装置俯视图。
[0030]图5a为磁力搅拌器侧面结构示意图；图5b为磁力搅拌器立体图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0032]如图la、lb、lc所述的用于水文悬沙测定的浊度仪标定系统，包括由下而上设置的磁力搅拌器4、泥沙悬浮标定桶2、和剪力盖板1，在所述的泥沙悬浮标定桶2内有水循环装置3，磁力搅拌器4放在移动座5的底座1-5上，剪力盖板I固定在移动座5的侧方支架1-1 上。
[0033]磁力搅拌器4位于标定系统最下面，如图5a和5b所示，其中4_1为扰动旋桨，4_2为磁力搅拌器机身，4-3为电源、转速控制旋钮；扰动旋桨4-1为铸铁制成，两端成锥形，长15cm,中间最大直径3cm，在使用状态时，扰动旋桨应当置于泥沙悬浮标定桶2内。磁力搅拌器4功率40w，转向为顺时针，转速起动?1450rpm (无极调速)。
[0034]泥沙悬浮标定桶2置于磁力搅拌器4正上方,参看图3a、3b、3c。泥沙悬浮标定桶2呈圆柱体，在泥沙悬浮标定桶2圆柱体外侧2-3均匀分布四个圆柱状浊度仪插槽2-1，插槽2-1指向桶内一侧留有3cm窄带间隙2-1-1，使浊度仪探头可以有效的和标定样接触。标定实验开始时浊度仪探头位置位于插槽下端2-1-2，插槽底部2-1呈椎体状2-1-3设计:倾斜向下回收到桶壁，防止悬沙富集在浊度仪下方空间，影响水体均匀度；与插槽下端2-1-2高度相同的每个插槽2-1旁设有出水口 2-2，本实用新型的泥沙悬浮标定桶2能准确采集到浊度仪所测量到的样品，大幅度提高实验精度。本实用新型优选实施例的泥沙悬浮标定桶2为钢制,高70cm,内圈直径50cm,插槽2_1内径10cm。
[0035]水循环装置3呈网状位于泥沙悬浮标定桶2的内壁，参看图4a、4b、4c，水循环装置3包括上下两层平行环形水管3-1、3-3，上、下环形水管之间通过连通管3-4贯通，且在连通管3-4上设有加压泵3-2加压，通过连通管3-4将下层环形水管3-3的较高浓度水沙泵至高处的上层环形水管3-1。下层环形水管3-3共，例如24个水嘴3-5，顺时针倾斜，与桶壁切线夹角75度；下层环形水管3-1共24个水嘴，顺时针倾斜，与桶壁切线夹角75度。由于需要循环的水体有可能为高浓度，因此水嘴直径为8_ ;水循环装置3使用胶合PVC材料。水循环装置3工作后，下层环形水管的水嘴3-5进水，带动下层水体顺时针旋转，上层环形水管的水嘴3-5出水，带动上层水体逆时针旋转，使标定水样既上下交换又保持紊动。
[0036]剪力盖板I为由电机1-3控制可绕其圆心旋转的盖板1-4，该盖板1-4的直径和泥沙悬浮标定桶2的直径相同，且在该盖板1-4由圆心向外周辐射均匀分布若干孔洞:参看图2a、2b、2c。盖板1-4可在连杆1_2的带动下，手动调节升降，来调节剪力盖板I和泥沙悬浮标定桶2的间距，电机1-3可带动盖板1-4顺、逆时针旋转，剪力盖板I通过连杆1-2固定在侧方支架1-1，侧方支架1-1连接在有滚轮1-6的底座1-5上。
[0037]本实用新型的一优选实施例的剪力盖板为高强度亚克力浇筑透明板位于泥沙悬浮标定桶上方，盖板1-4由中心向周围辐射出六圈3cm直径孔洞，由中心向外侧孔洞数量分别为5个，22个，32个，39个，50个，59个，剪力盖板I工作时，手动调节下降至水面以下不少于5cm，与磁力搅拌器4扰动旋桨4-1相反方向转动，既可以增加水体紊动性，同时防止因扰动旋桨转动造成的上层漩涡出现，继而预防了漩涡所造成的水体悬沙分布不均匀现象出现。
[0038]水文悬沙测定的浊度仪标定系统的标定方法，包括如下具体步骤:
[0039](I)组建标定系统
[0040]标定系统包括:磁力搅拌器4泥沙悬浮标定桶2、水循环装置3和剪力盖板1，参看图la、lb，将各个装置安装准备。
[0041](2)标定系统调试
[0042]i)根据水深调节剪力盖板I高度；
[0043]ii)根据标定水样浓度调节磁力搅拌器4转速；
[0044]iii)根据磁力搅拌器4转速调节剪力盖板I的高度。
[0045](3)标定实验过程
[0046]标定实验开始前，首先将浊度仪置于浊度仪插槽2-1中，连接电脑启动实时测量，向标定桶中放置清水并淹没水循环装置3上层出水口至少10cm，调节剪力盖板I高度，使盖板1-4浸入水中不少于5cm，打开水循环装置，启动剪力盖板，向桶内放置标定水沙浓缩样，悬沙通过剪力盖板I孔洞扩散入水体，通过磁力搅拌器4使泥沙悬浮测定桶2中的泥沙起悬，水循环装置3及剪力盖板I保持水体紊动，等待2min，标定水体稳定后，记录浊度仪的NTU值，并通过水样取水口打取500ml水样。剪力盖板1、水循环装置3、磁力搅拌器4持续工作，逐次增加桶内水沙样浓度，并记录浊度值打取水样。最终将取到的500ml水样烘干称重，计算出含沙量，与浊度值进行线性相关得到标定曲线。
[0047]以上所述，仅为本实用新型的优选实施例，并不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本实用新型覆盖的保护范围。
【权利要求】
1.用于水文悬沙测定的多机位浊度仪标定系统，其特征在于，包括由下而上设置的磁力搅拌器、泥沙悬浮标定桶、水循环装置和剪力盖板，其中，水循环装置设置在泥沙悬浮标定桶的内壁。
2.根据权利要求1中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，所述泥沙悬浮标定桶为圆柱体，在所述泥沙悬浮标定桶圆柱体外侧均匀分布至少3个圆柱状浊度仪插槽，各个浊度仪插槽指向桶内一侧留有窄带间隙。
3.根据权利要求2中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，浊度仪插槽下端呈椎体状设计，倾斜向下回收到桶壁，与插槽下端高度相同位置的每个插槽旁设有出水口。
4.根据权利要求2中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，所述泥沙悬浮标定桶圆柱体外侧均匀分布4个圆柱状浊度仪插槽。
5.根据权利要求1中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，水循环装置包括上下两层平行环形水管，所述上、下环形水管上分别设有复数个均匀分布的水嘴；上、下环形水管之间通过连通管贯通，且在连通管上设有加压泵。
6.根据权利要求5中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，所述上、下环形水管上设置的水嘴朝一定方向倾斜，如顺时针或逆时针倾斜。
7.根据权利要求1中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，所述剪力盖板为由电机控制可绕其圆心旋转的盖板，该盖板上设有若干孔洞。
8.根据权利要求7中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，所述剪力盖板和泥沙悬浮标定桶的间距可以调节。
9.根据权利要求7中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，该盖板的直径和泥沙悬浮标定桶的直径相同。
10.根据权利要求7中所述的浊度仪标定系统，其特征在于，该盖板由圆心向外周辐射均匀分布若干孔洞。
【文档编号】G01N15/04GK203720052SQ201420101015
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】程晨, 纪为刚, 曹杰, 王元叶, 李为华, 王钟寅, 张国庆 申请人:上海河口海岸科学研究中心