直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（卡口站）BN-ZCNS96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，進(jìn)一步改善和提高了徑流泥沙監(jiān)測儀使用中的效率，降低了勞動強(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)。
卡口式泥沙監(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)采集器和信號傳感器，可同時檢測降雨量的大小。并對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時在線快速分析處理、記錄儲存，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。
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。
卡口站土壤蒸滲儀整機(jī)總體結(jié)構(gòu)
二、系統(tǒng)組成及總體結(jié)構(gòu)
直稱式土壤蒸滲儀整機(jī)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，共四個板塊：
（1）測量部分：由采樣桶、稱重系統(tǒng)平臺，液位測量平臺、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。
BN-ZCNS96型卡口站徑流泥沙監(jiān)測儀（單套）
序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 高精度稱重傳感器 | 1個 | |
2 | 高精度液位傳感器 | 2個 | |
3 | 數(shù)據(jù)采集器及主控制器 | 1臺 | 含控制模塊 |
4 | 雨量筒 | 1臺 | |
5 | 采樣桶及支架 | 1套 | |
6 | 卡口堰板 | 1套 | |
7 | 控制閥 | 2臺 | |
8 | 供電箱和太陽能電池板及蓄電池 | 1套 | |
9 | 配套軟件 | 1套 | |
卡口站直稱式徑流泥沙儀
卡口站直稱式徑流泥沙儀
三、整體解決方案
1、測量原理
對于被測量的泥水混合物密度方程為：
(1)
式中為泥水密度，m為泥水重量，V為泥水體積。
對于本設(shè)備應(yīng)用以下公式：
（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)采購的稱重傳感器，作用在稱重平臺上，直接稱重桶體的總重量。利用污水泵抽取卡口中的泥水混合物到采樣桶。
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，在稱重平臺下1個支點(diǎn)支撐稱重土箱，支點(diǎn)放置一個稱重傳感器稱重計(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，并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計(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.聲波的傳播時間與聲波的發(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，無法識別，不能測量其距離值。這個區(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)過的時間成比例：
距離 [m] = 時間×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、徑流流量測量原理
依據(jù)卡口的實(shí)際徑流量范圍而制作的30°角量水堰，能夠比較真實(shí)準(zhǔn)確的反映出流量結(jié)果。是通過超聲波水位計(jì)測量流過堰口的水位高低利用量水堰公式計(jì)算流量來的，可以通過管理軟件修改相關(guān)參數(shù)或通過標(biāo)定段來計(jì)算，以提高計(jì)算精度
選用超聲波液位傳感器照片
5、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。
徑流泥沙監(jiān)測儀系統(tǒng)組成框圖
四、性能參數(shù)
1）水位量程： 0~30m、精度5mm
2）雨量精度： 0.2mm
3）泥沙含量測量范圍： 0~300.0kg/m³，誤差小于5%
4）工作溫度： 0℃~60℃
5）工作條件： 220V交流隔離供電或太陽能
6）顯示屏： 4行中英文字福
7）輸出： RS232、RS485、WIFI、GPRS等
8）稱重采樣速率： 60~3600秒可調(diào)
直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（卡口站）
卡口站直稱式土壤蒸滲儀整機(jī)總體結(jié)構(gòu)
二、系統(tǒng)組成及總體結(jié)構(gòu)
直稱式土壤蒸滲儀整機(jī)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，共四個板塊：
（1）測量部分：由采樣桶、稱重系統(tǒng)平臺，液位測量平臺、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-CZ002型卡口站直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（單套）
序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 高精度稱重傳感器 | 1個 | |
2 | 高精度液位傳感器 | 2個 | |
3 | 數(shù)據(jù)采集器及主控制器 | 1臺 | 含控制模塊 |
4 | 雨量筒 | 1臺 | |
5 | 采樣桶及支架 | 1套 | |
6 | 卡口堰板 | 1套 | |
7 | 控制閥 | 2臺 | |
8 | 供電箱和太陽能電池板及蓄電池 | 1套 | |
9 | 配套軟件 | 1套 | |
卡口站直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（照片）
卡口站直稱式徑流泥沙監(jiān)測儀（照片）
三、整體解決方案
1、測量原理
對于被測量的泥水混合物密度方程為：
(1)
式中為泥水密度，m為泥水重量，V為泥水體積。
對于本設(shè)備應(yīng)用以下公式：
（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)采購的稱重傳感器，作用在稱重平臺上，直接稱重桶體的總重量。利用污水泵抽取卡口中的泥水混合物到采樣桶。
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，在稱重平臺下1個支點(diǎn)支撐稱重土箱，支點(diǎn)放置一個稱重傳感器稱重計(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，并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計(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.聲波的傳播時間與聲波的發(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，無法識別，不能測量其距離值。這個區(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)過的時間成比例：
距離 [m] = 時間×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、徑流流量測量原理
依據(jù)卡口的實(shí)際徑流量范圍而制作的30°角量水堰，能夠比較真實(shí)準(zhǔn)確的反映出流量結(jié)果。是通過超聲波水位計(jì)測量流過堰口的水位高低利用量水堰公式計(jì)算流量來的，可以通過管理軟件修改相關(guān)參數(shù)或通過標(biāo)定段來計(jì)算，以提高計(jì)算精度
選用超聲波液位傳感器照片
5、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
四、性能參數(shù)
1）水位量程： 0~30m、精度5mm
2）雨量精度： 0.2mm
3）泥沙含量測量范圍： 0~300.0kg/m³，誤差小于5%
4）工作溫度： 0℃~60℃
5）工作條件： 220V交流隔離供電或太陽能
6）顯示屏： 4行中英文字福
7）輸出： RS232、RS485、WIFI、GPRS等
8）稱重采樣速率： 60~3600秒可調(diào)
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