厲明排，楊金泉，李 倩

（黃委山東水文水資源局，山東 濟(jì)南 250100）

電控技術(shù)在懸移質(zhì)新型量沙器中的應(yīng)用

厲明排，楊金泉，李 倩

（黃委山東水文水資源局，山東 濟(jì)南 250100）

介紹了將電控技術(shù)用于新型量沙器的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)及主要特點(diǎn)；從量沙器的結(jié)構(gòu)、工作方式、工作效率、工人勞動(dòng)強(qiáng)度及天氣條件等幾個(gè)方面對(duì)新、舊量沙器進(jìn)行了對(duì)比；經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，效果良好。

量沙器；電控技術(shù)；應(yīng)用

1 問題的提出

黃河水文測(cè)站在日常水文測(cè)報(bào)工作中，懸移質(zhì)泥沙測(cè)取是一項(xiàng)非常重要并且作業(yè)頻率很高的工作，如今外業(yè)取沙無(wú)論嚴(yán)寒酷暑均由人工完成，十分辛苦。在以往取沙過(guò)程中，量沙一直采用玻璃量杯或自制的簡(jiǎn)易手持式量沙器，尤其在冬季作業(yè)時(shí)，工作人員不可避免的與冰冷的河水直接接觸，經(jīng)常出現(xiàn)被凍傷的情況。此外，由于在手持量沙時(shí)不容易使沙樣在量沙容器中保持水平狀態(tài)，容易造成水樣體積誤讀或影響讀數(shù)精度，進(jìn)而影響最終含沙量的計(jì)算成果。因此，有必要研制一種新型量沙器，提升黃河泥沙懸移質(zhì)含沙量取樣分析計(jì)算的技術(shù)水平。

根據(jù)以上問題經(jīng)反復(fù)調(diào)研、試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的不斷改進(jìn)，成功地將現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用到量沙器當(dāng)中，研制出具有電控防凍、夜間照明等功能的新型量沙器。新型量沙器操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，不受晝夜限制，有效減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了工作風(fēng)險(xiǎn)，提高了量沙讀數(shù)的準(zhǔn)確性和工作效率，在實(shí)際工作中發(fā)揮了很好的作用。

2 技術(shù)原理

新型量沙器電路采用12V直流電源，在測(cè)船和吊箱均可使用，安全便捷，不需要單獨(dú)充電，機(jī)器本身可以自充電。

控制水咀采用ZCW內(nèi)螺紋零壓?jiǎn)?dòng)通用電磁閥，當(dāng)水樣注入量沙器后，在玻璃管處讀數(shù)（夜間讀數(shù)時(shí)開啟 LED背光燈），讀數(shù)完畢后作業(yè)人員只需用腳輕踩設(shè)置在甲板上的腳踏開關(guān)，量沙器里面的水樣就會(huì)流入沙桶，如此往復(fù)操作，輕便快捷。在冬季使用時(shí)開啟 PTC加熱裝置，電磁閥密封膠墊處的結(jié)冰層在30s內(nèi)就會(huì)融化，確保冬季量沙器不結(jié)冰、量沙過(guò)程順利見圖1。

圖1 新型量沙器線路圖

3 新舊量沙器對(duì)比

舊式量沙器是由鐵皮葫蘆、鐵管或塑料管、漏斗制成，鐵皮葫蘆容積在 1000m l左右，鐵管或塑料管一側(cè)有沙樣體積測(cè)量刻度，它是沙樣容器的一部分，也是沙樣體積的測(cè)量標(biāo)尺（圖2）。新型量沙器（圖 3）由不銹鋼漏斗式量沙器、ZCW內(nèi)螺紋零壓?jiǎn)?dòng)通用電磁閥、LED燈光（圖4、圖5）、電子控制系統(tǒng)、防凍溫控器、散熱風(fēng)扇、腳踏開關(guān)、MZJ-100A直流接觸器、安裝支架9部分組成。該量沙器取沙人員一人可以完成取沙、倒沙、量沙任務(wù)，特別是夜間具有 LED燈光照明，為夜間測(cè)沙提供了方便，得到測(cè)驗(yàn)人員的普遍贊譽(yù)。

圖2 舊式量沙器

圖3 新型量沙器

圖5 量沙器夜間量沙模式

4 關(guān)鍵技術(shù)及主要特點(diǎn)

4.1 關(guān)鍵技術(shù)

電子技術(shù)在量沙器中得到了較好的應(yīng)用，新型量沙器具有加熱防凍功能、夜間照明等功能，關(guān)鍵技術(shù)如下。

（1）直流電源電壓:初步設(shè)計(jì)方案使用的是24伏直流電源，調(diào)試和維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)12伏直流電源也完全可以滿足量沙器用電需求，并且在市場(chǎng)上配件較多，可有效降低后期運(yùn)行維護(hù)成本。因此，新型量沙器使用了 12伏直流電源提供電能。

（2）溫控加熱裝置:初步設(shè)計(jì)防凍溫控裝置采用加熱橡膠，但反復(fù)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用證明PTC加熱材料具有熱敏、限流、延時(shí)等開關(guān)特性和無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪聲、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，更符合產(chǎn)品要求，因此，新型量沙器中改用了PTC加熱材料，并加入了定溫?cái)嚯姽δ?，避免線路因長(zhǎng)時(shí)間高溫加速老化。

4.2 主要特點(diǎn)

（1）漏斗式量沙器全部使用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，漏斗和量筒整體合一，改變了以往白鐵制作容易滲漏的弊端；讀數(shù)視窗采用透明玻璃管代替有機(jī)玻璃，使讀數(shù)更加清晰準(zhǔn)確。

（2）電子控制系統(tǒng)采用12V直流電源、ZCW內(nèi)螺紋零壓?jiǎn)?dòng)通用電磁閥和腳踏電子控制開關(guān)。

（3）防凍溫控器加溫裝置采用 PTC作為加熱材料，PTC是一種新型熱敏電阻材料，具有熱敏、限流、延時(shí)等開關(guān)特性和無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪聲、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，性能穩(wěn)定，升溫迅速，受電源電壓波動(dòng)影響小。當(dāng)PTC通電發(fā)熱時(shí)，并聯(lián)在PTC加熱電路背面的散熱風(fēng)扇同步開始工作，將熱風(fēng)吹向電磁閥結(jié)冰的位置，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了防止溫度過(guò)高造成線路損壞，在電磁閥艙還裝有溫控開關(guān)，當(dāng)溫度到達(dá)90℃時(shí)，溫控開關(guān)將會(huì)自動(dòng)切斷加熱電源，避免線路因長(zhǎng)時(shí)間高溫加速老化。

（4）支撐桿固定在船體或吊箱的一側(cè)，使用時(shí)將其推到適合量沙的位置，使用完畢后可以推回到隱蔽位置，不影響其他工作，安裝支架具安有水平器，保證量沙器沙樣液面水平。

（5）在讀數(shù)視窗的玻璃管內(nèi)加裝一組LED背光燈，夜間測(cè)驗(yàn)時(shí)，打開電源LED燈光會(huì)在透視窗前亮起，保證夜間讀數(shù)清晰。

（6）為了防止作業(yè)完畢忘記關(guān)閉總電源，在控制箱內(nèi)裝有蜂鳴器，操作結(jié)束后蜂鳴器會(huì)提醒工作人員關(guān)閉總電源。

5 應(yīng)用情況與結(jié)論

量沙是泥沙測(cè)驗(yàn)中重要組成部分，其精度直接影響河流懸移質(zhì)含沙量的大小，山東黃河懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)的量沙器建國(guó)以來(lái)在水文職工的實(shí)踐中一直在不斷地改進(jìn)，目前使用的舊式量沙器迄今為止已經(jīng)使用了幾十年，該量沙器需要2人配合才能完成倒沙量沙過(guò)程，沙樣體積完全由人工目測(cè)讀取，其數(shù)值精度受人為因素影響嚴(yán)重。研發(fā)人員將電控技術(shù)用于量沙器，研制出一種具有冬天防凍、夜間照明及水平安裝支架功能的新型量沙器，該量沙器只需1人即可完成取、量沙樣的任務(wù)，較舊式量沙器節(jié)省1個(gè)人力，同時(shí)提高了測(cè)驗(yàn)人員的安全性和沙樣體積讀取精度。

黃河新型量沙器研制成功后，2013年在黃河下游孫口水文站水文測(cè)驗(yàn)工作中應(yīng)用，經(jīng)2年的實(shí)際使用，新型量沙器工作性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、調(diào)平方便、測(cè)量準(zhǔn)確、夜間讀數(shù)清晰，使用以來(lái)未發(fā)生任何故障，每次取沙都可以節(jié)省一個(gè)接沙工作人員，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了量沙讀數(shù)的準(zhǔn)確性和工作效率，冬季取沙時(shí)可有效避免工作人員發(fā)生凍傷、跌滑等不安全現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了水文測(cè)驗(yàn)外業(yè)沙量器器皿智能化。新型量沙器自動(dòng)化程度較高，是目前黃河水文懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)中較好的現(xiàn)場(chǎng)量取泥沙較先進(jìn)的設(shè)備，有較好的實(shí)用價(jià)值和推廣前景。

［1］王仁豹，李耀天.新編簡(jiǎn)明五金手冊(cè)［M］.北京出版社，1996.

［2］GB50159-92.河流懸移置泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范［S］.

TV149.1

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：1008-1305（2015）05-0075-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.027

厲明排（1967年—），男，工程師。