1、 產(chǎn)品簡介及設(shè)計(jì)目標(biāo)

QYJL-CZ001型直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀是我公司在現(xiàn)代電子技術(shù)、土壤物理學(xué)和微氣候?qū)W等學(xué)科領(lǐng)域不斷深入發(fā)展的基礎(chǔ)上，為測定徑流小區(qū)徑流量與泥沙量隨降雨變化而研發(fā)生產(chǎn)的一種更系統(tǒng)更綜合的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。其通過對(duì)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*的高分辨率稱重系統(tǒng)和液位測量系統(tǒng)，配置了智能數(shù)據(jù)采集器和信號(hào)傳感器，可同時(shí)檢測降雨量的大小。并對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線快速分析處理、記錄儲(chǔ)存，做到了數(shù)據(jù)采集的高速化、準(zhǔn)確化和人性化，大大提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。適用于農(nóng)田、草原、森林及河流濕地等生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)的長期監(jiān)測。

直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀，是我公司在充分汲取國內(nèi)外有關(guān)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研制的新款設(shè)備。其主要特點(diǎn)是：緊跟傳感器技術(shù)和檢測技術(shù)的革新提高了相關(guān)參數(shù)的測量精度；同時(shí)，進(jìn)一步改善和提高了直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀使用中的效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)工作量。其筒體結(jié)構(gòu)與工作原理如圖所示，主要包括箱體（主體系統(tǒng)的核心）、稱重系統(tǒng)、液位測量系統(tǒng)、雨量采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。

直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀整機(jī)總體結(jié)構(gòu)

2、 系統(tǒng)組成及總體結(jié)構(gòu)

直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀整機(jī)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，共四個(gè)板塊：

（1）  測量部分：由采樣桶、稱重系統(tǒng)平臺(tái)，液位測量平臺(tái)、雨量筒以及配套傳感器等組成、

（2）  數(shù)據(jù)傳輸部分：由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、放大器、網(wǎng)絡(luò)模塊及供電系統(tǒng)等組成。

（3）  終端顯示部分：由數(shù)據(jù)采集器、主控制器、配套軟件及液晶顯示屏等組成。

QYJL-CZ001型直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（單套）

直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（照片）

3、 整體解決方案

1·測量原理

對(duì)于被測量的泥水混合物密度方程為：

ρ=m/V (1)

式中ρ為泥水密度，m為泥水重量，V為泥水體積。

對(duì)于本設(shè)備應(yīng)用以下公式：

ρ=m/S×h （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(jìn)而計(jì)算出密度，根據(jù)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(jī)構(gòu)原理如下圖所示：稱重系統(tǒng)采購專用的稱重傳感器，作用在稱重平臺(tái)上，直接稱重桶體的總重量。

直稱式蒸滲儀稱重結(jié)構(gòu)

稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，在稱重平臺(tái)下1個(gè)支點(diǎn)支撐稱重土箱，支點(diǎn)放置一個(gè)稱重傳感器稱重計(jì)算。

選用稱重傳感器照片

稱重傳感器的主要性能指標(biāo)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(zhì)：不銹鋼，全焊接密封，并通過IP68工業(yè)防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；

由于稱重傳感器固有的零漂和蠕變特性，在長期受力狀態(tài)下不可避免影響測量精度，并且每只傳感器的誤差參數(shù)又不同。我公司專門設(shè)計(jì)開發(fā)了稱重傳感器校驗(yàn)設(shè)備和方法，對(duì)其量程、穩(wěn)定性、重復(fù)性和敏感性進(jìn)行測試和校驗(yàn)。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(wěn)定性，在2h內(nèi)向稱重傳感器加載300Kg重物，然后每30min測量度數(shù)，判斷其穩(wěn)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(fā)出，聲波經(jīng)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(zhuǎn)換成電信號(hào)，并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來計(jì)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(zhì)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(jì)工作原理是由超聲波換能器（探頭）發(fā)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(zhuǎn)換成電信號(hào).聲波的傳播時(shí)間與聲波的發(fā)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(shí)間T的關(guān)系可用公式表示：S=C×T/2.

由于發(fā)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(qū)域內(nèi)的反射波與發(fā)射波重迭，無法識(shí)別，不能測量其距離值。這個(gè)區(qū)域稱為測量盲區(qū)。盲區(qū)的大小與超聲波物位計(jì)的型號(hào)有關(guān)。

探頭部分發(fā)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(jīng)過的時(shí)間成比例：

距離 [m] = 時(shí)間×聲速/2 [m]

聲速的溫度補(bǔ)償公式：環(huán)境聲速= 331.5 + 0.6×溫度

4·數(shù)據(jù)采集原理及方案

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集全部為自動(dòng)化采集，數(shù)據(jù)可直接保存到采集器中，也可以數(shù)據(jù)文件的形式按設(shè)計(jì)定的周期保存，并且能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳遞和狀態(tài)監(jiān)控。

直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀系統(tǒng)組成框圖

4、性能參數(shù)

1、桶體尺寸： 表面積0.5m2,深1m

2、土箱要求： 不銹鋼

3、泥沙測量范圍： 0~300.0kg，誤差小于5%

4、水位精度： 1mm

4、雨量精度： 0.2mm

5、工作溫度： 0℃~75℃

6、工作條件： 220V交流隔離供電或太陽能

7、顯示屏： 4行中英文字福

8、輸出： RS232、RS485、WIFI、GPRS等

9、稱重采樣速率： 30~3600秒可調(diào)