專利名稱：振動式測砂方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測砂方法，特別是涉及一種量測簡便的振動式測砂方法。
背景技術(shù)：
以往在量測河流的含砂量時，一般是采用烘干法(俗稱秤重法)，其步驟包含取 樣、干燥、秤重，也就是先采取所欲量測的樣本河水，接著，將樣本河水烘干，最后，再將烘干 得到的泥砂稱重，如此，將泥砂重量(g)除以樣本河水體積(1)，即可得到樣本河水的含砂 量(g/1)。
雖然，利用上述的烘干法可達(dá)到量測河流含砂量的目的，但是，此種方法不但量測 過程繁復(fù)又耗時，且極不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種量測簡便的振動式測砂方法。本發(fā)明振動式測砂方法，包含以下步驟(A)建立一個振動周期-含砂量關(guān)系函 數(shù)。(B)取得一個振動式測砂儀在一個待測渾水內(nèi)量測到的一個振動周期。(C)根據(jù)該振 動周期_含砂量關(guān)系函數(shù)，由該振動周期計算出該待測渾水的含砂量。本發(fā)明的有益效果在于利用該振動式測砂儀量測出待測渾水的振動周期后，即 可根據(jù)所建立的壓差_含砂量關(guān)系函數(shù)，方便地計算出該待測渾水的含砂量。


圖1是本發(fā)明振動式測砂方法的一優(yōu)選實施例的流程圖；圖2是該優(yōu)選實施例所采用的一個振動式測砂儀浸置于一個樣本渾水內(nèi)的示意 圖；圖3是一個樣本振動周期與含砂量的關(guān)系表，說明該振動式測砂儀在不同含砂量 的樣本渾水內(nèi)所量測到的一個樣本振動周期；圖4是一個樣本振動周期與含砂量的函數(shù)關(guān)系圖；圖5是一個類似圖2的視圖，說明該振動式測砂儀浸置于一條河流的一個待測渾 水內(nèi)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一優(yōu)選 實施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的明白。參閱圖5，本發(fā)明振動式測砂方法的優(yōu)選實施例所采用的一個測砂裝置，是可用于 量測一條河流100的一個待測渾水110的一個含砂量Cs (g/Ι)，該測砂裝置包含一個振動 式測砂儀10及一個中央處理單元20。
該振動式測砂儀10是可置入該河流100的待測渾水110內(nèi)。該振動式測砂儀10 具有一個殼體11、一個裝設(shè)于該殼體11內(nèi)的振動管12、一個設(shè)置于該振動管12上的激振 線圈13，及一個設(shè)置于該振動管12上的檢測線圈14。該激振線圈13可將電壓轉(zhuǎn)換為振動 機(jī)械能，以維持該振動管12的振動，該檢測線圈14可量測該振動管12的振動頻率。該振 動式測砂儀10的量測原理為將該振動管12的振動頻率預(yù)設(shè)成在清水內(nèi)時的特征頻率，則 當(dāng)該待測渾水110進(jìn)入該殼體11內(nèi)時，由于液體密度、溫度的改變，將會影響該振動管12 的特征頻率，如此，該檢測線圈14即可將量測到的振動頻率回傳給該中央處理單元20。該中央處理單元20是與該振動式測砂儀10電連接。在本實施例中，該中央處理 單元20是一種電腦，該中央處理單元20可將該檢測線圈14量測到的振動頻率(f)轉(zhuǎn)換為 振動周期(T = 1/f)。
在說明本發(fā)明振動式測砂方法的一優(yōu)選實施例之前，由圖5及下述公式推導(dǎo)，可 得知該優(yōu)選實施例的理論依據(jù)在該振動管12的材料、壁厚、直徑、長度及兩端固緊方式均已確定的情況下，定義 液體流經(jīng)振動管時振動頻率的振動方程為/ ==EI、4(1)
切仏L4 2π \{Asps+Ap)L'在(1)式中，f為該振動管12充滿該待測渾水110時的振動頻率；L為該振動管 12的有效長度；E為該振動管12材料的彈性模數(shù)；I為該振動管12的慣性矩；Cin為兩端緊 固梁的固有頻率系數(shù);AS為該振動管12的截面積；P s為該振動管12的材料密度；A為該待 測渾水110的截面積；P為該待測渾水110的密度(g/cm3)。把(1)式進(jìn)行整理可得
Ρ = = (2)
廠/\ 2rlA1riuf 2π) 4 J Λ/
\αη)可見在一定條件下，密度P與振動頻率f呈單值函數(shù)關(guān)系。通常情況下，振動頻 率f均不超過1500Hz，這時測量其周期T比測量頻率f更為方便和準(zhǔn)確，因此，(2)式可整 理為ρ = k2T2-k0(3)(3)式為一次項系數(shù)&為零時的二次曲線方程式?？紤]到更為普遍的情況，將其 補(bǔ)上一次項，則得出標(biāo)準(zhǔn)的二次曲線方程式ρ m = k0+kJ+k2T2(4)在(4)式中，P m為該待測渾水110的密度(g/cm3) ；T為該振動管12的振動周期； k0為常數(shù)項系數(shù)屯為一次項系數(shù)；k2為二次項系數(shù)。V k” k2均帶有自己的符號，可正也 可為負(fù)。因為周期T將隨液體密度的變化而改變，所以加入下標(biāo)來表示其為自變量，則(4) 式可整理為Ρηι=^+^Τχ+^Τχ2(5)對于高精度的傳感器而言，要保證其振動周期穩(wěn)定、可靠，溫度影響是關(guān)鍵。在本 實施例中，該振動式測砂儀10的振動管12的材料為恒彈性鋼3J58材料，雖然該振動管12的材料經(jīng)過熱處理后，其溫度系數(shù)很小，但是溫度的變化對水的密度、砂的密度和該振動式 測砂儀10的電路元件都有影響。 因此，在(5)式中加 入中溫度修正，體現(xiàn)為溫度修正值kt，則(5)式的完全表示法 修正為 Pm =K+ kxTx + k2Tx2 +kt( 6 )在(6)式中，Tx為該振動管12的振動周期，Ivk1與k2為參個標(biāo)定系數(shù)，kt為溫度 標(biāo)定修正值。在本實施例中，該振動式測砂儀10出廠時，標(biāo)定系數(shù)h、kp k2是分別被率定 為-2. 8348565989,0. 00387781,0. 0000021625，相較于 k。、!^，k2 是趨近于 0，因此，J；2可加以 忽略，(6)式可修正為
(7)因此，由(7)式可得知，該待測渾水110的密度P m是隨該振動管12的振動周期 Tx呈線性變化。另外，由于該待測渾水110的重量等于水中所含砂的重量加上清水的重量，因此， 可得到下式
(8)在⑶式，Vffl為該待測渾水110的體積(cm3) ； P m為該待測渾水110的密度(g/ cm3)，Vs為砂的體積(cm3) ； P s為砂的密度(g/cm3) ； P w為清水的密度(g/cm3)。再者，該待測渾水110的含砂量(；&/1)是定義為砂的重量除以該待測渾水110的 體積
(9) m由(8)、(9)式整理可得
(10) 由于含砂量(；的單位是g/1，而Pm、Px、Pw的單位均為(g/cm3)，因此，將(10)式 作單位轉(zhuǎn)換可得
(11) 由于ps、P ,均為常數(shù)，且由(7)式可知，該待測渾水110的密度Pm是隨該振動 管12的振動周期Tx呈線性變化，因此，由(11)式可知該待測渾水110的含砂量Cs也是隨 該振動周期Tx呈線性變化，因此，當(dāng)測得該振動周期Tx后即可求出該待測渾水110的的含 砂量cs，此即是振動式測砂的原理。參閱圖5，當(dāng)利用上述的振動式測砂儀10量測該河流100的待測渾水110的含砂 量(；時，根據(jù)上述的理論推導(dǎo)，如圖1所示，該振動式測砂方法的優(yōu)選實施例是包含以下步 驟步驟(一)如圖2、3、4所示，將與該中央處理單元20電連接的該振動式測砂儀 10分別置入九個已知含砂量的樣本渾水200內(nèi)，取得該振動式測砂儀10在每一個樣本渾水200內(nèi)量測到的一個樣本振動周期，根據(jù)所述樣本渾水200的含砂量與量測到的所述樣本振動周期，建立一個振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)，并將該振動周期_含砂量關(guān)系函數(shù)內(nèi)建 于該中央處理單元20。在本實施例中，是在清水中倒入不同重量的工業(yè)用高嶺土，而使所述樣本渾水200 的含砂量分別為 10 (g/1)、20 (g/1)、30 (g/1) 40 (g/1)、50 (g/1)、60 (g/1)、70 (g/1)、90 (g/1) 與100 (g/1)，且所述樣本渾水200的水溫是維持在12°C。將該振動式測砂儀10置入每一 個樣本渾水200內(nèi)進(jìn)行量測，如此，根據(jù)該振動式測砂儀10所量測到而顯示于該中央處理 單元20上的樣本振動周期，即可建立如圖3所示的樣本振動周期與含砂量的關(guān)系表，并得 到如圖4所示的樣本振動周期與含砂量的一個實際函數(shù)S，則根據(jù)該實際函數(shù)S所進(jìn)一步計 算出的一個線性回歸函數(shù)Sl (y = 11. 117X-7770. 7，趨近率R2 = 0. 9982)，即可定義為該振 動周期_含砂量關(guān)系函數(shù)，據(jù)此，即可將該振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)內(nèi)建于該中央處理單 元20，而使該中央處理單元20可依據(jù)該振動周期_含砂量關(guān)系函數(shù)進(jìn)行相關(guān)計算。步驟(二)如圖5所示，取得該振動式測砂儀10在該待測渾水內(nèi)110量測到的 一個振動周期。在本實施例中，是將該振動式測砂儀10置入該待測渾水110內(nèi)，以取得該 振動式測砂儀10量測到的振動周期。步驟(三)如4、5所示，根據(jù)該振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)，由該振動周期計算 出該待測渾水110的含砂量。在本實施例中，當(dāng)該振動式測砂儀10將在該待測渾水110內(nèi) 量測到的振動周期傳送至該中央處理單元20時，該中央處理單元20根據(jù)該振動周期_含 砂量關(guān)系函數(shù)，即可計算出該待測渾水渾水110的含砂量。經(jīng)由以上的說明，可再將本發(fā)明的優(yōu)點歸納如下本發(fā)明振動式測砂方法只需將該振動式測砂儀10置入所欲量測的河流100的待 測渾水Iio內(nèi)，該中央處理單元20根據(jù)內(nèi)建的壓差-含砂量關(guān)系函數(shù)，即可自動計算出該 待測渾水110的含砂量，因此，本發(fā)明的量測步驟不但簡便，更是省時，而可有效提高量測 作業(yè)的效率。歸納上述，本發(fā)明的振動式測砂方法，不但可便于使用者進(jìn)行量測，且測砂精度 高，所以確實能達(dá)到發(fā)明的目的。以上所述，只為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本 發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋 的范圍。
權(quán)利要求
一種振動式測砂方法，其特征在于所述振動式測砂方法，包含以下步驟(A)建立一個振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)；(B)取得一個振動式測砂儀在一個待測渾水內(nèi)量測到的一個振動周期；及(C)根據(jù)所述振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)，由所述振動周期計算出所述待測渾水的含砂量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動式測砂方法，其特征在于在步驟(A)中，將所述振動式測砂儀分別置入多個已知含砂量的樣本渾水內(nèi)，取得所 述振動式測砂儀在每一個樣本渾水內(nèi)量測到的一個樣本振動周期，根據(jù)所述樣本渾水的含 砂量與量測到的所述樣本振動周期，建立所述振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動式測砂方法，其特征在于在步驟(A)中，將一個中央處理單元與所述振動式測砂儀電連接，所述中央處理單元 內(nèi)建所述振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)，在步驟(C)中，當(dāng)所述振動式測砂儀將在所述待測 渾水內(nèi)量測到的振動周期傳送至所述中央處理單元時，所述中央處理單元根據(jù)所述振動周 期_含砂量關(guān)系函數(shù)，計算出所述待測渾水渾水的含砂量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動式測砂方法，其特征在于在步驟(A)中，所述振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)是一個線性回歸函數(shù)。
全文摘要
一種振動式測砂方法，包含以下步驟一、建立一個振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)。二、取得一個振動式測砂儀在一個待測渾水內(nèi)量測到的一個振動周期。三、根據(jù)該振動周期-含砂量關(guān)系函數(shù)，由該振動周期計算出該待測渾水的含砂量。
文檔編號G01N19/00GK101858850SQ20091013038
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者許盈松, 黃錦煌 申請人:逢甲大學(xué)