泥沙监测水样水温采集装置研制与应用

董学阳 董方慧 陈若楠 尚华超 路艺

摘 要：通过设计和加工比重瓶定位转盘、自动升降感应装置、自动定位感应装置，利用水平旋转和垂直升降电机的运动，对不同容积的比重瓶内的水样水温进行自动监测、处理、计算、显示、传输，实现了泥沙监测水样水温数据的自动采集，该装置性能稳定，功能突出，效果良好，值得推广。

关键词：泥沙监测；水样水温；采集装置；研制与应用

中图分类号：X85 文献标志码：A

0 前言

黄河是一条高含沙河流，也是世界上含沙量最大的河流，含沙量数据是黄河重要的水文数据之一，含沙量测验和数据处理工作尤为重要和突出，也是一项最基本的水文测报项目。

目前，黄河下游各水文站对于悬移质含沙量计算处理是采用的置换法，水样水温是重要的关键数据，如何快速有效地获取比重瓶加浑水（水样）水温，是一项很重要的工作。

为了提高泥沙测验精度，减轻测验人员的劳动强度，缩短监测时间，提高泥沙监测的精度以及自动化水平，促进水文测报水平升级工作。非常有必要对现在泥沙处理水样水温的采集方式进行技术改造和升级。

1 泥沙监测水样水温采集装置的研制方法

1.1 装置总体设计

水样水温采集装置主要构造部件和元装置件包括：

（1）水平旋转电机：把比重瓶自动旋转到温度表下方。

（2）垂直升降电机：自动把数字温度表的探杆下降并准确地插入比重瓶内，并迅速测定水样水温。

（3）自动定位感应装置：将比重瓶放入托盘相应位置后，启动比重瓶定位转盘，通过感应元装置件作用，自动准确到达数字温度表正下方。

（4）自动升降感应装置：当比重瓶到达数字温度表后，利用自动感应控制数字温度表自动升降，并将数字温度表探杆准确插入比重瓶内，迅速测定水样水温。

（5）温度表支架：用于支撑和固定比重瓶定位转盘、数字温度表、控制装置元装置件、控制电路等。

（6）比重瓶定位转盘：用于比重瓶放置和定位，常规置换法处理泥沙，一般配备5个大小不一的比重瓶，分别是：50 mL、100 mL、250 mL、500 mL和1 000 mL，在托盘上事先按每个比重瓶的大小尺寸设计好固定位置（固定槽），当比重瓶盛满水样放置到托盘上后，利用水平旋转电机，通过电磁感应准确到达精密数字温度表下方。

（7）基座：用于安放和固定比重瓶定位转盘、支架、水平和垂直电机、定位感应装置、控制电路等。

1.2 装置动力设计

水样水温采集装置动力装置包括：

（1）水平旋转电机：选用DC12V20W直流电机，经铝制减速装置变为每分钟4转。

（2）垂直升降动力，由电机带动垂直螺旋杆提供，选用DC12V50W直流电机，经铝制减速装置变为每分钟360转，螺旋杆直径：12 mm，螺旋杆长度：400 mm，螺距：4 mm，总行程：200 mm。

1.3 装置控制系统设计

所有动力装置与控制装置都进行联控设计：

（1）垂直升降控制：当电源开关打开后，装置通电后由开关电源提供DC12V电源，此时A组继电装置在未点点控升降开关时，由常闭触点联通，并经1号触点接通220 V电源，供给电磁阀1开启上升通道，此时垂直电机带动螺杆旋转，完成上升上止点，此后仪装置进入待机功能。

（2）水平旋转控制：当设备需要工作时，按动主盘点控按钮B组DC继电装置接通DC12V电源吸合，此时主盘电机开始旋转工作，当第一工位定位金属块转到DC12V接近开关传感装置时，传感装置发送一信号到B组DC12V继电装置，此时B组继电装置断开主盘供电，主盘电机停止工作，与此同时B组继电装置2触点接通并供给12 V磁力开关电源，开关线圈通电后产生磁力并吸合定位轴将转盘锁止于设定位置，等待本工位后续工序。

（3）实际水样水温测量：将水样称重后，迅速移到水样水温数据采集装置的比重瓶旋转托盘的相应位置，点动升降按钮，当按钮触点接通时，此时C组继电装置（DC12V插座式）受电工作，触点断开（注：此触点工作电压220 VAC），此时电磁因失电断开，升降装置恢复到下降通道；精密数字温度表探杆下降到下止点开始测温。

A组继电装置在点动升降按钮的同时，并将时间继电装置回位归零，当松开按钮，时间继电装置开始按照预设时间而倒计时工作（注：测量时间可以以时、分、秒进行设定）。

当时间继电装置完成设定工作时，此时A组继电装置输送信号给电磁阀指令吸合并开通上升通道，升降杆上升至上止点，完成此水温的测量。

（4）互控设计：互控是指在按动升降点控开关后，电动螺旋杆带动测量组件的温度传感装置（数字温度表探杆）插入被测比重瓶时，为了避免误按点控主盘按钮而造成主盘启动产生的卡瓶、卡杆等测量事故，因此在升降架上安装一个接近传感装置，当升降杆带动测量组件启动后，接近传感装置即感应到限制信号，并发送到B组继电装置，此时继电装置将主盘电机的主电源执行断开命令，即使误按点控主要按钮，主盘也不会启动。

点控主盘按钮一次，主盘进行下一工位的动作，每点一次，即转换一次工位，点控主盘时升降装置不工作。

点控升降按钮一次，升降装置会按照时间继电装置的预设指令完成一次升降测量水温动作。

2 泥沙监测水样水温采集装置的操作要点及使用注意事项

2.1 装置操作要点

打开电源开关，装置的旋转托盘指示灯亮，确认水温数据采集装置通电。将水样（称重后的浑水比重瓶，移取瓶塞）放置到指定的固定槽内，确保比重瓶放正摆平、瓶口垂直；按下“旋转”按钮，水平转盘旋转，将比重瓶旋转至精密数字温度表探针正下方。

再按下“点测”按钮，精密数字温度表下降至比重瓶内合适位置停止，并开始按照事先设定的测温时间完成精密数字温度表的连续测温，水样温度自动采集完毕，机装置带动精密数字温度表自动升起，脱离比重瓶，此时，将并重瓶移出。整个水样水温采集完成。

时间继电装置：设定精密数字温度表测量水样水温的时间，按要求事先设定：10 s、30 s、60 s、300 s不等，可根据具体需要设定。

指示灯：电源开通指示。

点测：水样水温测量采集按钮。

旋转：将水样（浑水比重瓶）旋转移送到精密水温表探杆正下方，便于量取水样水温。短按：水平转动一个比重瓶位；长按：连续水平转动数个比重瓶位，长按操作要点：待测比重瓶位置一定在顺时針方向上不能越过精密数字温度表探杆位置，即：在待测比重瓶水平转动即将接近精密数字温度表探杆位置时松开按钮。

急停：用于突发状况。

2.2 使用注意事项

（1）在使用水温采集装置采集水样水温时，泥沙水样比重瓶一定要在相应位置放正摆平，瓶塞一定要移走，瓶口垂直中心线一定要保持垂直，在长按旋转按旧时，待测比重瓶在顺时针方向不能越位；同时，时间继电装置设置的水温测量时间必须大于计算机实际采集时间。

（2）在连接数据线时一定要按要求将连接线、转换装置、插头、插槽等连接正确，并要求连接稳定牢固，以免影响数据通信。

（3）所用计算机要符合按本装置配置要求，并且是配置win7系统。

（4）为了获取稳定的水温数据，建议采用DC12V蓄电池。

3 结语

泥沙监测水样水温采集装置不仅使泥沙监测水样水温采集精度得到很大提高，而且也提高了泥沙监测的自动化水平，更是促进了水文测报水平升级工作。

该装置已经获得国家发明专利，值得下一步推广应用。

参考文献

[1]董学阳.黄河泥沙含量水样水温采集装置：中国，ZL 2016 1 1003877.1[P].2018-11-27.