一种基于真密度的污泥含水率检测装置及其测量方法与流程

1.本发明涉及污泥含水测量技术领域，特别是涉及一种基于真密度的污泥含水率检测装置及其测量方法。


背景技术：

2.全国污泥产量逐年攀升，处置压力较大。污泥脱水干化是实现污泥减量化的重要手段，且多种污泥处理处置方式均对含水率有一定要求，因此污泥含水率关系到污泥处理处置是否达标，在该领域内是重要的检测指标。
3.目前主要的污泥含水率测量方法有烘干法，微波法和近红外测量法。其中烘干法需对污泥进行烘干处理，处理时间较长；微波法需建立介电常数与含水率的关系，近红外测量法建立波长与含水率的关系，测量方式复杂，仪器费用较高。另有探针式的测量方法，测量范围窄，精度低。
4.本装置及方法仅引入污泥的真密度即可快速而准确地测量污泥含水率，所需设备结构简单，测量时间短，可极大提高测量效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于真密度的污泥含水率检测装置及其测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题，通过非接触式的方法排除孔隙的影响，确保污泥真密度计算的准确性。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于真密度的污泥含水率检测装置，包括样品仓，所述样品仓内设置有检测装置，所述样品仓一侧设置有压缩装置，所述压缩装置安装于支持装置内，所述检测装置包括气压传感器、重力传感器和限位传感器，所述气压传感器安装于所述样品仓侧壁上，所述重力传感器安装于所述样品仓底部，所述重力传感器上端设置有样品托盘，所述限位传感器设置于所述样品仓与所述压缩装置连接处，所述压缩装置包括动力驱动座，所述动力驱动座连接有液压杆，所述液压杆连接活塞，所述活塞一侧设置有挤压缸，所述支持装置包括顶板，所述顶板上分别连接有多个内支柱和外支柱，所述内支柱一侧连接顶板，所述内支柱另一侧连接挤压缸，所述外支柱一侧连接于所述顶板边缘处，所述外支柱另一侧连接所述样品仓。
8.优选的，还包括信息处理与显示装置，所述信息处理与显示装置与所述检测装置连接，所述信息处理与显示装置包括处理器与显示器，所述处理器分别与所述气压传感器、重力传感器和限位传感器电连接，所述显示器与所述处理器连接。
9.优选的，所述内支柱数量为4个，所述外支柱的数量为4个，所述内支柱分别固定所述顶板和所述挤压缸，所述外支柱固定所述动力驱动座与所述样品仓。
10.优选的，所述内支柱与所述挤压缸连接，能够使所述液压杆、活塞和挤压缸在同一轴线上。
11.优选的，所述挤压缸侧面设置有排气孔，所述排气孔设置于所述挤压缸上端，所述排气孔距离所述挤压缸左侧边缘的距离不小于所述活塞的厚度。
12.优选的，所述样品仓与所述检测装置之间设置有通孔，通过所述通孔使所述样品仓与所述检测装置联通，所述通孔上设置有限位传感器，所述限位传感器通过限位杆连接于所述通孔上，自排气孔至限位传感器的挤压缸容积为已知。
13.优选的，所述样品仓前端设置有仓门，所述仓门上设置有密封条，所述样品托盘安装于底柱上，所述底柱上设置有重力传感器。
14.优选的，一种基于真密度的污泥含水率检测装置的测量方法，包括以下步骤：
15.s1：打开仓门，将用于盛放待测污泥样品的空容器置于样品仓内的重力传感器之上的托盘上，紧闭仓门，通过所述处理器处理，所述显示器上显示记录质量m0；
16.s2：在关闭仓门气压稳定时，记录气压传感器数值为p0，通过动力驱动座上的动力启动液压杆，所述液压杆直至将活塞推至限位传感器后，所述限位传感器限位信号传输给所述处理器，所述处理器传出信号停止推动液压杆，等待数秒气压稳定时，记录气压传感器数值p1；
17.s3：再次打开仓门，将已盛放污泥样品的容器置于样品仓内的重力传感器之上的托盘，紧闭仓门，通过所述处理器处理，所述显示器上显示记录质量m1；
18.s4：再次关闭仓门气压稳定时，记录气压传感器数值为p2，通过动力驱动座上的动力启动液压杆，所述液压杆直至将活塞推至限位传感器后，所述限位传感器限位信号传输给所述处理器，所述处理器传出信号停止推动液压杆，等待数秒气压稳定时，记录气压传感器数值，p3；
19.由于自排气孔至限位传感器的挤压缸容积为已知，设定为v，
20.根据如下公式计算污泥含水率：
[0021][0022][0023]
其中ρs为污泥干基密度，污泥干基密度为ρs＝-0.5sin(t/12π)+2.6g/cm3，t为月份，取值1-12任一数值，或者通过本发明所述污泥真密度测量方法，将若干份污泥烘干至绝干状态测其真密度并取平均值后，将其作为当月污泥干基密度；ρ
l
为水密度，取值为1g/cm3。
[0024]
优选的，所述处理器分别接收并处理气压传感器、重力传感器和限位传感器的信号，并将信号转换为质量与压力的数字信号，根据所述计算公式计算污泥含水率，并保存和显示数据。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026]
1、可以较为准确地反映污泥含水率和真密度之间的关系，本方法通过排空气法以去除污泥中孔隙的影响，得到污泥的真密度，从而计算其含水率。
[0027]
2、通过样品仓的密封性能，在动力驱动座的影响下实现液压杆将活塞推入挤压缸
内，实现挤压缸的内压力冲入样品仓进行加压，实现加压后的装置测量压力的变换，实现空仓与样品放置内的压力比较，计算出污泥体积重量实现含水率且测试。
[0028]
3、通过信息处理与显示装置完成对气压传感器、重力传感器的信息传输及计算，完成对数据的收集比较，实现装置的操作过程中的自动化和智能化，在测试流程上能够更加便捷，测试效率提升明显。
[0029]
4、通过内支柱和外支柱的支撑实现支持装置与样品仓的连接固定，同时能够将保证内支柱的液压缸水平推动，保证挤压缸的挤压效果。
[0030]
5、自排气孔至挤压缸与样品仓联通处限位传感器的挤压缸容积为已知，且挤压缸容积不应大于样品仓容积，以防止空气压力过高。
附图说明
[0031]
图1为本发明基于真密度的污泥含水率检测装置整体结构原理示意图。
[0032]
图2为本发明信息处理与显示装置结构示意图。
[0033]
图3为本发明公式计算其真密度数据与实测污泥含水率对比图。
[0034]
图4为本发明测量污泥含水率的装置侧视图。
[0035]
附图标记：1、顶板，2、液压杆，3、内支柱，4、外支柱，5、活塞，6、排气孔，7、挤压缸，8、样品仓，9、气压传感器，10、重力传感器，11、限位传感器，12、仓门,13、检测装置，14、压缩装置，15、动力驱动座，16、支持装置，17、信息处理与显示装置，18、处理器，19、显示器，21、通孔，22、限位杆，23、底柱。
具体实施方式
[0036]
下面内容结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0037]
实施例1
[0038]
一种基于真密度的污泥含水率检测装置，包括样品仓8，所述样品仓8内内设置有检测装置13，所述样品仓8一侧设置有压缩装置14，所述压缩装置14安装于支持装置16内，所述检测装13置包括包括气压传感器9、重力传感器10和限位传感器11，所述气压传感器9安装于所述样品仓8侧壁上，所述重力传感器10安装于所述样品仓底部，所述重力传感器上端设置有样品托盘，所述限位传感器设置于所述样品仓8与所述压缩装置14连接处，所述压缩装置14包括动力驱动座15，所述动力驱动座15连接有液压杆2，所述液压杆2连接活塞5，所述活塞5一侧设置有挤压缸7，所述支持装置16包括顶板1，所述顶板1上分别连接有多个内支柱3和外支柱4，所述内支柱3一侧连接顶板1，所述内支柱3另一侧连接挤压缸7，所述外支柱4一侧连接于所述顶板1边缘处，所述外支柱4另一侧连接所述样品仓8；通过样品仓8的密封性能，在动力驱动座15的影响下实现液压杆2将活塞5推入挤压缸7内，实现挤压缸7的内压力冲入样品仓进行加压，实现加压后的装置测量压力的变换，实现空仓与样品放置内的压力比较，计算出污泥体积重量实现含水率且测试。
[0039]
优选的，还包括信息处理与显示装置17，所述信息处理与显示装置17与所述检测装置13连接，所述信息处理与显示装置17包括处理器18与显示器19，所述处理器18分别与所述气压传感器9、重力传感器10和限位传感器11电连接，所述显示器19与所述处理器18连接，通过信息处理与显示装置17完成对气压传感器9、重力传感器10的信息传输及计算，完
成对数据的收集比较，实现装置的操作过程中的自动化和智能化，在测试流程上能够更加便捷，测试效率提升明显。
[0040]
优选的，所述内支柱3数量为4个，所述外支柱4的数量为4个，所述内支柱3分别固定所述顶板1和所述挤压缸7，所述外支柱4固定所述动力驱动座15与所述样品仓8；通过内支柱3和外支柱4的支撑实现支持装置与样品仓8的连接固定，同时能够将保证内支柱3的挤压缸水平推动，保证挤压缸的挤压效果。
[0041]
优选的，所述内支柱3与所述挤压缸7连接能够使所述液压杆、活塞和挤压缸在同一轴线上。
[0042]
优选的，所述挤压缸7侧面设置有排气孔6，所述排气孔6设置于所述挤压缸7上端，所述排气孔6距离所述挤压缸7左侧边缘的距离不小于所述活塞5的厚度，自排气孔6至挤压缸7与样品仓8联通处限位传感器11的挤压缸容积为已知，且挤压缸7容积不应大于样品仓容积，以防止空气压力过高。
[0043]
优选的，所述样品仓8与所述检测装置13之间设置有通孔21，通过所述通孔21使所述样品仓8与所述检测装置13联通，所述通孔21上设置有限位传感器11，所述限位传感器11通过限位杆22连接于所述通孔21上。
[0044]
优选的，所述样品仓8前端设置有仓门12，所述仓门12上设置有密封条，样品托盘安装于底柱23上，所述底柱23上设置有重力传感器10。
[0045]
优选的，一种基于真密度的污泥含水率检测装置的测量方法，包括以下步骤：
[0046]
s1：打开仓门12，将用于盛放待测污泥样品的空容器置于样品仓8内的重力传感器10之上的托盘上，紧闭仓门12，通过所述处理器18处理，所述显示器19上显示记录质量m0；
[0047]
s2：在关闭仓门12气压稳定时，记录气压传感器9数值为p0，通过动力驱动座15上的动力启动液压杆2，所述液压杆2直至将活塞5推至限位传感器11后，所述限位传感器11限位信号传输给所述处理器18，所述处理器18传出信号停止推动液压杆2，等待数秒气压稳定时，记录气压传感器数值p1；
[0048]
s3：再次打开仓门12，将已盛放污泥样品的容器置于样品仓8内的重力传感器10之上的托盘，紧闭仓门12，通过所述处理器18处理，所述显示器19上显示记录质量m1；
[0049]
s4：再次关闭仓门12气压稳定时，记录气压传感器9数值为p2，通过动力驱动座15上的动力启动液压杆2，所述液压杆2直至将活塞5推至限位传感器11后，所述限位传感器限位信号传输给所述处理器，所述处理器传出信号停止推动液压杆，等待数秒气压稳定时，记录气压传感器数值，p3；
[0050]
由于自排气孔6至限位传感器11的挤压缸7容积为已知，设定为v，根据如下公式计算污泥含水率：
[0051][0052]
[0053]
其中ρs为污泥干基密度，污泥干基密度为ρs＝-0.5sin(t/12π)+2.6g/cm3，t为月份，取值1-12任一数值，或者通过本发明所述污泥真密度测量方法，将若干份污泥烘干至绝干状态测其真密度并取平均值后，将其作为当月污泥干基密度；ρ
l
为水密度，取值为1g/cm3。
[0054]
所述处理器18分别接收并处理气压传感器9、重力传感器10和限位传感器11的信号，并将信号转换为质量与压力的数字信号，根据所述计算公式计算污泥含水率，并保存和显示数据。
[0055]
实施例2：
[0056]
对不同含水率的污泥测其真密度，并通过本发明提供的公式计算其真密度，结果如图3所示；
[0057]
s1：打开仓门12，将用于盛放待测污泥样品的空容器置于样品仓8内的重力传感器10之上，紧闭仓门，重力传感器10，气压传感器9返回质量信号m0和气压信号p0到信息处理器；
[0058]
s2：信号处理器接收并记录质量和压力信号后，启动液压杆，限位传感器11感知到活塞5接触后，将信号传递至信号处理系统，信号处理系统控制液压杆2停止运动。待气压稳定时，气压传感器9返回气压信号p1到信息处理系统；
[0059]
s3：打开仓门12，将已盛放污泥样品的容器置于样品仓8内的重力传感器10之上，紧闭仓门12，重力传感器10，气压传感器返回质量信号m1和气压信号p2到信息处理系统；
[0060]
s4：信号处理系统接收并记录质量和压力信号后，再次启动液压杆，限位传感器感知到活塞接触后，将信号传递至信号处理系统，信号处理系统控制液压杆停止运动。待气压稳定时，气压传感器返回气压信号p3到信息处理系统。
[0061]
由于自排气孔至挤压缸7与样品仓8联通处的挤压缸7容积为已知，设定为v；根据如下公式计算污泥真密度：
[0062][0063]
根据如下公式计算污泥含水率：
[0064][0065]
其中ρs为污泥干基密度，污泥干基密度为ρs＝-0.5sin(t/12π)+2.6g/cm3，g/cm3，t为月份，取值1-12，或者通过本发明所述污泥真密度测量方法，将若干份污泥烘干至绝干状态测其真密度并取平均值后，将其作为当月污泥干基密度；ρ
l
为水密度，取1g/cm3。
[0066]
上述装置不仅能够测量污泥含水率参数，还可以测量其他吸湿性多孔材料的含水率，只需事先获得其中固体干基的密度即可。
[0067]
污泥干化为理想收缩，其真体积(去除污泥内部孔隙体积)可以视为污泥干基的体积与污泥中水分体积之和。因此污泥的真密度与污泥含水率的关系为：
[0068][0069]
其中ρs为污泥干基密度，ρ
l
为水密度，ρ为污泥真密度。
[0070]
结果证实，本发明提供的方法可以较为准确地反映污泥含水率和真密度之间的关系。本方法通过排空气法以去除污泥中孔隙的影响，得到污泥的真密度，从而计算其含水率。
[0071]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换均视为在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于真密度的污泥含水率检测装置，包括样品仓，其特征在于，所述样品仓内设置有检测装置，所述样品仓一侧设置有压缩装置，所述压缩装置安装于支持装置内，所述检测装置包括气压传感器、重力传感器和限位传感器，所述气压传感器安装于所述样品仓侧壁上，所述重力传感器安装于所述样品仓底部，所述重力传感器上端设置有样品托盘，所述限位传感器设置于所述样品仓与所述压缩装置连接处，所述压缩装置包括动力驱动座，所述动力驱动座连接有液压杆，所述液压杆连接活塞，所述活塞一侧设置有挤压缸，所述支持装置包括顶板，所述顶板上分别连接有多个内支柱和外支柱，所述内支柱一侧连接顶板，所述内支柱另一侧连接挤压缸，所述外支柱一侧连接于所述顶板边缘处，所述外支柱另一侧连接所述样品仓。2.根据权利要求1所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置，其特征在于，还包括信息处理与显示装置，所述信息处理与显示装置与所述检测装置连接，所述信息处理与显示装置包括处理器与显示器，所述处理器分别与所述气压传感器、重力传感器和限位传感器电连接，所述显示器与所述处理器连接。3.根据权利要求1所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置，其特征在于，所述内支柱数量为4个，所述外支柱的数量为4个，所述内支柱分别固定所述顶板和所述挤压缸，所述外支柱固定所述动力驱动座与所述样品仓。4.根据权利要求3所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置，其特征在于，所述内支柱与所述挤压缸连接能够使所述液压杆、活塞和挤压缸在同一轴线上。5.根据权利要求4所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置，其特征在于，所述挤压缸侧面设置有排气孔，所述排气孔设置于所述挤压缸上端，所述排气孔距离所述挤压缸左侧边缘的距离不小于所述活塞的厚度。6.根据权利要求1所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置，其特征在于，所述样品仓与所述检测装置之间设置有通孔，通过所述通孔使所述样品仓与所述检测装置联通，所述通孔上设置有限位传感器，所述限位传感器通过限位杆连接于所述通孔上，自排气孔至限位传感器的挤压缸容积为已知。7.根据权利要求1所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置，其特征在于，所述样品仓前端设置有仓门，所述仓门上设置有密封条，所述样品托盘安装于底柱上，所述底柱上设置有重力传感器。8.一种基于真密度的污泥含水率检测装置的测量方法，其特征在于，污泥含水率检测装置为权利要求1到7任一项权利要求所述的污泥含水率检测装置，包括以下步骤：s1：打开仓门，将用于盛放待测污泥样品的空容器置于样品仓内的重力传感器之上的托盘上，紧闭仓门，通过所述处理器处理，所述显示器上显示记录质量m0；s2：在关闭仓门气压稳定时，记录气压传感器数值为p0，通过动力驱动座上的动力启动液压杆，所述液压杆直至将活塞推至限位传感器后，所述限位传感器限位信号传输给所述处理器，所述处理器传出信号停止推动液压杆，等待数秒气压稳定时，记录气压传感器数值p1；s3：再次打开仓门，将已盛放污泥样品的容器置于样品仓内的重力传感器之上的托盘，紧闭仓门，通过所述处理器处理，所述显示器上显示记录质量m1；s4：再次关闭仓门气压稳定时，记录气压传感器数值为p2，通过动力驱动座上的动力启
动液压杆，所述液压杆直至将活塞推至限位传感器后，所述限位传感器限位信号传输给所述处理器，所述处理器传出信号停止推动液压杆，等待数秒气压稳定时，记录气压传感器数值，p3；由于自排气孔至限位传感器的挤压缸容积为已知，设定为v，根据如下公式计算污泥含水率：根据如下公式计算污泥含水率：其中ρ
s
为污泥干基密度，污泥干基密度为ρ
s
＝-0.5sin(t/12π)+2.6g/cm3，t为月份，取值1-12任一数值，也可通过本发明所述污泥真密度测量方法，将若干份污泥烘干至绝干状态测其真密度并取平均值后，将其作为当月污泥干基密度；ρ
l
为水密度，取值为1g/cm3；通过所述信息处理与显示装置的处理器和显示器的传感器信号，并将其转换为质量与压力的数字信号，根据内嵌计算公式计算污泥含水率，并保存和显示数据。9.根据权利要求8所述的一种基于真密度的污泥含水率检测装置的测量方法，其特征在于，所述处理器分别接收并处理气压传感器、重力传感器和限位传感器的信号。

技术总结
本发明公开了一种基于真密度的污泥含水率检测装置，包括样品仓，其特征在于，所述样品仓内设置有检测装置，所述样品仓一侧设置有压缩装置，所述压缩装置安装于支持装置内，所述检测装置包括气压传感器、重力传感器和限位传感器，所述气压传感器安装于所述样品仓侧壁上，所述重力传感器安装于所述样品仓底部，所述重力传感器上端设置有样品托盘，所述限位传感器设置于所述样品仓与所述压缩装置连接处，所述压缩装置包括动力驱动座，所述动力驱动座连接有液压杆，所述液压杆连接活塞，本发明提供的污泥含水率检测装置及检测方法，装置简单，测量时间短，非接触式的方法排除孔隙的影响，确保污泥真密度计算的准确性，从而确定污泥含水率的检测精度。泥含水率的检测精度。泥含水率的检测精度。


技术研发人员：吴文庆 方宁 郭亚丽 梅晓洁 陈祥
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/9/12