電控技術在懸移質新型量沙器中的應用

厲明排，楊金泉，李 倩

（黃委山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

電控技術在懸移質新型量沙器中的應用

厲明排，楊金泉，李 倩

（黃委山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

介紹了將電控技術用于新型量沙器的工作原理、關鍵技術及主要特點；從量沙器的結構、工作方式、工作效率、工人勞動強度及天氣條件等幾個方面對新、舊量沙器進行了對比；經過實際應用，效果良好。

量沙器；電控技術；應用

1 問題的提出

黃河水文測站在日常水文測報工作中，懸移質泥沙測取是一項非常重要并且作業頻率很高的工作，如今外業取沙無論嚴寒酷暑均由人工完成，十分辛苦。在以往取沙過程中，量沙一直采用玻璃量杯或自制的簡易手持式量沙器，尤其在冬季作業時，工作人員不可避免的與冰冷的河水直接接觸，經常出現被凍傷的情況。此外，由于在手持量沙時不容易使沙樣在量沙容器中保持水平狀態，容易造成水樣體積誤讀或影響讀數精度，進而影響最終含沙量的計算成果。因此，有必要研制一種新型量沙器，提升黃河泥沙懸移質含沙量取樣分析計算的技術水平。

根據以上問題經反復調研、試驗和生產實踐過程中的不斷改進，成功地將現代電子技術應用到量沙器當中，研制出具有電控防凍、夜間照明等功能的新型量沙器。新型量沙器操作簡單、性能穩定，不受晝夜限制，有效減輕了勞動強度，降低了工作風險，提高了量沙讀數的準確性和工作效率，在實際工作中發揮了很好的作用。

2 技術原理

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

控制水咀采用ZCW內螺紋零壓啟動通用電磁閥，當水樣注入量沙器后，在玻璃管處讀數（夜間讀數時開啟 LED背光燈），讀數完畢后作業人員只需用腳輕踩設置在甲板上的腳踏開關，量沙器里面的水樣就會流入沙桶，如此往復操作，輕便快捷。在冬季使用時開啟 PTC加熱裝置，電磁閥密封膠墊處的結冰層在30s內就會融化，確保冬季量沙器不結冰、量沙過程順利見圖1。

圖1 新型量沙器線路圖

3 新舊量沙器對比

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，鐵管或塑料管一側有沙樣體積測量刻度，它是沙樣容器的一部分，也是沙樣體積的測量標尺（圖2）。新型量沙器（圖 3）由不銹鋼漏斗式量沙器、ZCW內螺紋零壓啟動通用電磁閥、LED燈光（圖4、圖5）、電子控制系統、防凍溫控器、散熱風扇、腳踏開關、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，特別是夜間具有 LED燈光照明，為夜間測沙提供了方便，得到測驗人員的普遍贊譽。

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 關鍵技術及主要特點

4.1 關鍵技術

電子技術在量沙器中得到了較好的應用，新型量沙器具有加熱防凍功能、夜間照明等功能，關鍵技術如下。

（1）直流電源電壓:初步設計方案使用的是24伏直流電源，調試和維護過程中發現12伏直流電源也完全可以滿足量沙器用電需求，并且在市場上配件較多，可有效降低后期運行維護成本。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:初步設計防凍溫控裝置采用加熱橡膠，但反復試驗和實際應用證明PTC加熱材料具有熱敏、限流、延時等開關特性和無觸點、無噪聲、使用壽命長的特點，更符合產品要求，因此，新型量沙器中改用了PTC加熱材料，并加入了定溫斷電功能，避免線路因長時間高溫加速老化。

4.2 主要特點

（1）漏斗式量沙器全部使用優質不銹鋼，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；讀數視窗采用透明玻璃管代替有機玻璃，使讀數更加清晰準確。

（2）電子控制系統采用12V直流電源、ZCW內螺紋零壓啟動通用電磁閥和腳踏電子控制開關。

（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、延時等開關特性和無觸點、無噪聲、使用壽命長的特點，性能穩定，升溫迅速，受電源電壓波動影響小。當PTC通電發熱時，并聯在PTC加熱電路背面的散熱風扇同步開始工作，將熱風吹向電磁閥結冰的位置，保證設備正常運轉。為了防止溫度過高造成線路損壞，在電磁閥艙還裝有溫控開關，當溫度到達90℃時，溫控開關將會自動切斷加熱電源，避免線路因長時間高溫加速老化。

（4）支撐桿固定在船體或吊箱的一側，使用時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）在讀數視窗的玻璃管內加裝一組LED背光燈，夜間測驗時，打開電源LED燈光會在透視窗前亮起，保證夜間讀數清晰。

（6）為了防止作業完畢忘記關閉總電源，在控制箱內裝有蜂鳴器，操作結束后蜂鳴器會提醒工作人員關閉總電源。

5 應用情況與結論

量沙是泥沙測驗中重要組成部分，其精度直接影響河流懸移質含沙量的大小，山東黃河懸移質泥沙測驗的量沙器建國以來在水文職工的實踐中一直在不斷地改進，目前使用的舊式量沙器迄今為止已經使用了幾十年，該量沙器需要2人配合才能完成倒沙量沙過程，沙樣體積完全由人工目測讀取，其數值精度受人為因素影響嚴重。研發人員將電控技術用于量沙器，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，較舊式量沙器節省1個人力，同時提高了測驗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驗工作中應用，經2年的實際使用，新型量沙器工作性能穩定、操作簡便、調平方便、測量準確、夜間讀數清晰，使用以來未發生任何故障，每次取沙都可以節省一個接沙工作人員，有效降低了勞動強度，提高了量沙讀數的準確性和工作效率，冬季取沙時可有效避免工作人員發生凍傷、跌滑等不安全現象，實現了水文測驗外業沙量器器皿智能化。新型量沙器自動化程度較高，是目前黃河水文懸移質泥沙測驗中較好的現場量取泥沙較先進的設備，有較好的實用價值和推廣前景。

［1］王仁豹，李耀天.新編簡明五金手冊［M］.北京出版社，1996.

［2］GB50159-92.河流懸移置泥沙測驗規范［S］.

TV149.1

：B

：1008-1305（2015）05-0075-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.027

厲明排（1967年—），男，工程師。