泥沙監(jiān)測水樣水溫采集裝置研制與應(yīng)用

董學(xué)陽 董方慧 陳若楠 尚華超 路藝

摘 要：通過設(shè)計和加工比重瓶定位轉(zhuǎn)盤、自動升降感應(yīng)裝置、自動定位感應(yīng)裝置，利用水平旋轉(zhuǎn)和垂直升降電機的運動，對不同容積的比重瓶內(nèi)的水樣水溫進行自動監(jiān)測、處理、計算、顯示、傳輸，實現(xiàn)了泥沙監(jiān)測水樣水溫數(shù)據(jù)的自動采集，該裝置性能穩(wěn)定，功能突出，效果良好，值得推廣。

關(guān)鍵詞：泥沙監(jiān)測；水樣水溫；采集裝置；研制與應(yīng)用

中圖分類號：X85 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

黃河是一條高含沙河流，也是世界上含沙量最大的河流，含沙量數(shù)據(jù)是黃河重要的水文數(shù)據(jù)之一，含沙量測驗和數(shù)據(jù)處理工作尤為重要和突出，也是一項最基本的水文測報項目。

目前，黃河下游各水文站對于懸移質(zhì)含沙量計算處理是采用的置換法，水樣水溫是重要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如何快速有效地獲取比重瓶加渾水（水樣）水溫，是一項很重要的工作。

為了提高泥沙測驗精度，減輕測驗人員的勞動強度，縮短監(jiān)測時間，提高泥沙監(jiān)測的精度以及自動化水平，促進水文測報水平升級工作。非常有必要對現(xiàn)在泥沙處理水樣水溫的采集方式進行技術(shù)改造和升級。

1 泥沙監(jiān)測水樣水溫采集裝置的研制方法

1.1 裝置總體設(shè)計

水樣水溫采集裝置主要構(gòu)造部件和元裝置件包括：

（1）水平旋轉(zhuǎn)電機：把比重瓶自動旋轉(zhuǎn)到溫度表下方。

（2）垂直升降電機：自動把數(shù)字溫度表的探桿下降并準(zhǔn)確地插入比重瓶內(nèi)，并迅速測定水樣水溫。

（3）自動定位感應(yīng)裝置：將比重瓶放入托盤相應(yīng)位置后，啟動比重瓶定位轉(zhuǎn)盤，通過感應(yīng)元裝置件作用，自動準(zhǔn)確到達數(shù)字溫度表正下方。

（4）自動升降感應(yīng)裝置：當(dāng)比重瓶到達數(shù)字溫度表后，利用自動感應(yīng)控制數(shù)字溫度表自動升降，并將數(shù)字溫度表探桿準(zhǔn)確插入比重瓶內(nèi)，迅速測定水樣水溫。

（5）溫度表支架：用于支撐和固定比重瓶定位轉(zhuǎn)盤、數(shù)字溫度表、控制裝置元裝置件、控制電路等。

（6）比重瓶定位轉(zhuǎn)盤：用于比重瓶放置和定位，常規(guī)置換法處理泥沙，一般配備5個大小不一的比重瓶，分別是：50 mL、100 mL、250 mL、500 mL和1 000 mL，在托盤上事先按每個比重瓶的大小尺寸設(shè)計好固定位置（固定槽），當(dāng)比重瓶盛滿水樣放置到托盤上后，利用水平旋轉(zhuǎn)電機，通過電磁感應(yīng)準(zhǔn)確到達精密數(shù)字溫度表下方。

（7）基座：用于安放和固定比重瓶定位轉(zhuǎn)盤、支架、水平和垂直電機、定位感應(yīng)裝置、控制電路等。

1.2 裝置動力設(shè)計

水樣水溫采集裝置動力裝置包括：

（1）水平旋轉(zhuǎn)電機：選用DC12V20W直流電機，經(jīng)鋁制減速裝置變?yōu)槊糠昼?轉(zhuǎn)。

（2）垂直升降動力，由電機帶動垂直螺旋桿提供，選用DC12V50W直流電機，經(jīng)鋁制減速裝置變?yōu)槊糠昼?60轉(zhuǎn)，螺旋桿直徑：12 mm，螺旋桿長度：400 mm，螺距：4 mm，總行程：200 mm。

1.3 裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

所有動力裝置與控制裝置都進行聯(lián)控設(shè)計：

（1）垂直升降控制：當(dāng)電源開關(guān)打開后，裝置通電后由開關(guān)電源提供DC12V電源，此時A組繼電裝置在未點點控升降開關(guān)時，由常閉觸點聯(lián)通，并經(jīng)1號觸點接通220 V電源，供給電磁閥1開啟上升通道，此時垂直電機帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，完成上升上止點，此后儀裝置進入待機功能。

（2）水平旋轉(zhuǎn)控制：當(dāng)設(shè)備需要工作時，按動主盤點控按鈕B組DC繼電裝置接通DC12V電源吸合，此時主盤電機開始旋轉(zhuǎn)工作，當(dāng)?shù)谝还の欢ㄎ唤饘賶K轉(zhuǎn)到DC12V接近開關(guān)傳感裝置時，傳感裝置發(fā)送一信號到B組DC12V繼電裝置，此時B組繼電裝置斷開主盤供電，主盤電機停止工作，與此同時B組繼電裝置2觸點接通并供給12 V磁力開關(guān)電源，開關(guān)線圈通電后產(chǎn)生磁力并吸合定位軸將轉(zhuǎn)盤鎖止于設(shè)定位置，等待本工位后續(xù)工序。

（3）實際水樣水溫測量：將水樣稱重后，迅速移到水樣水溫數(shù)據(jù)采集裝置的比重瓶旋轉(zhuǎn)托盤的相應(yīng)位置，點動升降按鈕，當(dāng)按鈕觸點接通時，此時C組繼電裝置（DC12V插座式）受電工作，觸點斷開（注：此觸點工作電壓220 VAC），此時電磁因失電斷開，升降裝置恢復(fù)到下降通道；精密數(shù)字溫度表探桿下降到下止點開始測溫。

A組繼電裝置在點動升降按鈕的同時，并將時間繼電裝置回位歸零，當(dāng)松開按鈕，時間繼電裝置開始按照預(yù)設(shè)時間而倒計時工作（注：測量時間可以以時、分、秒進行設(shè)定）。

當(dāng)時間繼電裝置完成設(shè)定工作時，此時A組繼電裝置輸送信號給電磁閥指令吸合并開通上升通道，升降桿上升至上止點，完成此水溫的測量。

（4）互控設(shè)計：互控是指在按動升降點控開關(guān)后，電動螺旋桿帶動測量組件的溫度傳感裝置（數(shù)字溫度表探桿）插入被測比重瓶時，為了避免誤按點控主盤按鈕而造成主盤啟動產(chǎn)生的卡瓶、卡桿等測量事故，因此在升降架上安裝一個接近傳感裝置，當(dāng)升降桿帶動測量組件啟動后，接近傳感裝置即感應(yīng)到限制信號，并發(fā)送到B組繼電裝置，此時繼電裝置將主盤電機的主電源執(zhí)行斷開命令，即使誤按點控主要按鈕，主盤也不會啟動。

點控主盤按鈕一次，主盤進行下一工位的動作，每點一次，即轉(zhuǎn)換一次工位，點控主盤時升降裝置不工作。

點控升降按鈕一次，升降裝置會按照時間繼電裝置的預(yù)設(shè)指令完成一次升降測量水溫動作。

2 泥沙監(jiān)測水樣水溫采集裝置的操作要點及使用注意事項

2.1 裝置操作要點

打開電源開關(guān)，裝置的旋轉(zhuǎn)托盤指示燈亮，確認(rèn)水溫數(shù)據(jù)采集裝置通電。將水樣（稱重后的渾水比重瓶，移取瓶塞）放置到指定的固定槽內(nèi)，確保比重瓶放正擺平、瓶口垂直；按下“旋轉(zhuǎn)”按鈕，水平轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，將比重瓶旋轉(zhuǎn)至精密數(shù)字溫度表探針正下方。

再按下“點測”按鈕，精密數(shù)字溫度表下降至比重瓶內(nèi)合適位置停止，并開始按照事先設(shè)定的測溫時間完成精密數(shù)字溫度表的連續(xù)測溫，水樣溫度自動采集完畢，機裝置帶動精密數(shù)字溫度表自動升起，脫離比重瓶，此時，將并重瓶移出。整個水樣水溫采集完成。

時間繼電裝置：設(shè)定精密數(shù)字溫度表測量水樣水溫的時間，按要求事先設(shè)定：10 s、30 s、60 s、300 s不等，可根據(jù)具體需要設(shè)定。

指示燈：電源開通指示。

點測：水樣水溫測量采集按鈕。

旋轉(zhuǎn)：將水樣（渾水比重瓶）旋轉(zhuǎn)移送到精密水溫表探桿正下方，便于量取水樣水溫。短按：水平轉(zhuǎn)動一個比重瓶位；長按：連續(xù)水平轉(zhuǎn)動數(shù)個比重瓶位，長按操作要點：待測比重瓶位置一定在順時針方向上不能越過精密數(shù)字溫度表探桿位置，即：在待測比重瓶水平轉(zhuǎn)動即將接近精密數(shù)字溫度表探桿位置時松開按鈕。

急停：用于突發(fā)狀況。

2.2 使用注意事項

（1）在使用水溫采集裝置采集水樣水溫時，泥沙水樣比重瓶一定要在相應(yīng)位置放正擺平，瓶塞一定要移走，瓶口垂直中心線一定要保持垂直，在長按旋轉(zhuǎn)按舊時，待測比重瓶在順時針方向不能越位；同時，時間繼電裝置設(shè)置的水溫測量時間必須大于計算機實際采集時間。

（2）在連接數(shù)據(jù)線時一定要按要求將連接線、轉(zhuǎn)換裝置、插頭、插槽等連接正確，并要求連接穩(wěn)定牢固，以免影響數(shù)據(jù)通信。

（3）所用計算機要符合按本裝置配置要求，并且是配置win7系統(tǒng)。

（4）為了獲取穩(wěn)定的水溫數(shù)據(jù)，建議采用DC12V蓄電池。

3 結(jié)語

泥沙監(jiān)測水樣水溫采集裝置不僅使泥沙監(jiān)測水樣水溫采集精度得到很大提高，而且也提高了泥沙監(jiān)測的自動化水平，更是促進了水文測報水平升級工作。

該裝置已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利，值得下一步推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]董學(xué)陽.黃河泥沙含量水樣水溫采集裝置：中國，ZL 2016 1 1003877.1[P].2018-11-27.