- 期刊
超音波懸浮泥沙溶液濃度及流速量測
Ultrasonic Measurement of Suspended Sediment Concentrations and Flow Velocity
摘要
懸浮懸浮顆粒溶液系統被廣泛地在水文學、生物、化學以及食品工業方面等使用。而超音波量測是一種快速、非侵入和即時線上作業的測量技術，可對高濃度及大範圍粒徑的懸浮顆粒系統達成特性描述。雖然高嶺土已經被廣泛的研究，但是在各個溫度下的高嶺土濃度特性卻沒有完整的被提出過。本篇文章提供在大的濃度範圍(0-300,000ppm)和不同的溫度(5-25˚C)下高嶺土的超音波衰減特性量測。此外，也在石門水庫中量測，庫區儲水在超音波的衰減變化，其中量測樣本泥沙的平均粒徑在4到8μm。結果顯示濃度和溫度爲衰減的變化的主要影響因素。根據這些實驗的校準數據，完成一套由國人設計並製造且能在高濃度範圍下，量測濃度及水流速度的量測系統。其中包含了設計並製造超音波發射接收的探頭、系統電路以及資料儲存等部份，而且能符合台灣特殊的水文環境條件。最後完成了能在水下100公尺執行量測任務的攜帶浸水式系統，和能抽取不同水下深度水樣的固定式量測系統。顆粒溶液系統被廣泛地在水文學、生物、化 學以及食品工業方面等使用。而超音波量測是一種快 速、非侵入和即時線上作業的測量技術，可對高濃度及大範圍粒徑的懸浮顆粒系統達成特性描述。雖然高嶺土已經被廣泛的研究，但是在各個溫度下的高嶺土濃度特性卻沒有完整的被提出過。本篇文章提供在大的濃度範圍(0-300,000ppm)和不同的溫度(5-25˚C)下高嶺土的超音波衰減特性量測。此外，也在石門水庫中量測，庫區儲水在超音波的衰減變化，其中量測樣本泥沙的平均粒徑在4到8μm。結果顯示濃度和溫度為衰減的變化的主要影響因素。根據這些實驗的校準數據，完成一套由國人設計並製造且能在高濃度範圍下，量測濃度及水流速度的量測系統。其中包含了設計並製造超音波發射接收的探頭、系統電路以及資料儲存等部份，而且能符合台灣特殊的水文環境條件。最後完成了能在水下100公尺執行量測任務的攜帶浸水式系統，和能抽取不同水下深度水樣的固定式量測系統。
並列摘要
Multiphase suspension systems are extensively used in hydrology, biochemistry, and the food industry. Ultrasonic spectroscopy is a rapid, on-line, non-invasive measurement technique for suspension characterization of different particle sizes and wide-ranging concentrations. This study presents the design and fabrication of a novel experimental system to simultaneously measure the sediment concentration and flow velocity of ultrasound wave propagation in liquid at different temperatures. Experimental validation in a laboratory environment provides a series of measurement results for kaolin ultrasonic attenuation under a wide range of concentration (0-300,000ppm) and various temperatures (5-25℃). This study also investigates the ultrasonic attenuation measurement of sediment sampled from the Shihmen reservoir in Taiwan. Results show that ultrasonic attenuation variations are driven by concentration, particle size, and temperature. We verify the function of flowmeter via propeller type flowmeter and verify the function of concentration via extractive methods. These experiments demonstrate that the total error of full scale concentration and the error of the flowmeter are 5% and 2%, respectively.