CN102183434B - 土壤水势速测仪及其测定方法 - Google Patents

Abstract

土壤水势速测仪及其测定方法，该测定仪包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器、集气室和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。本发明提供的土壤水势速测仪可以迅速测定土壤水势，缩短测定的时间，提高工作效率。测定过程中，同时可以收集其他土壤环境数据。

Description

土壤水势速测仪及其测定方法

技术领域

本发明属于土壤水势测定技术领域，尤其涉及一种土壤水势速测仪及其测定土壤水势的方法。

背景技术

土壤水势高低是作物是否需要灌溉的主要指标。张力计是利用负压计测定土壤水分，是从能量角度研究土壤水分运动的工具，其具有结构简单，灵敏度较高，使用方便等优点，可以定位连续测定土壤水势动态变化。但张力计的缺点是仪器埋入土壤后，土壤水势参数的获得需要在仪器与土壤之间水力达到平衡之后，而这种平衡时间常常要几个小时。因此，用普通张力计就难以对土壤水势进行快速测定。本发明是对张力计的仪器结构进行重新设计、制作而成。

发明内容

所解决的技术问题：本发明针对目前使用张力计测定土壤水势的缺陷，提供一种土壤水势速测仪及其测定土壤水势的方法，该土壤水势速测仪可以迅速测定土壤水势，缩短使用原有张力计测定土壤水势的时间。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种土壤水势速测仪，包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器、集气室和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。

所述水势探头为陶土头，其空隙小于2.8微米，漏气值大于1巴，透水速度为0.8毫升/巴·分·厘米²。

所述集气室包括集气管，集气管一端设有活塞阀，活塞阀与集气管密封连接，集气管身设有排气口和压力传感器连接口，所述排气口上设有阀门。

所述活塞阀为螺旋活塞，螺旋活塞头部设有注射器皮头；所述集气管与螺旋活塞连接端的管身车有内螺纹，内螺纹下方套有注射器管。

所述排气口阀门为螺栓，排气口车有内螺纹，内螺纹靠近集气管身的一端设有O型橡皮圈。

所述数据采集装置还包括温度传感器，温度传感器通过数据线显示器连接。

所述显示器包括显示屏、数据信号接口和电源。

所述压力传感器为24PC型压力传感器，测试范围0～100KPa。

土壤水势速测仪测定方法，测定步骤为：使用前，将水势探头在水中浸泡1个小时以上；关闭排气口，拧开集气管上的螺旋活塞，向集气管内注入无气水，直到加满为止，将仪器直立，并见水从陶土管表面渗出，拧松排气口螺丝，使之可以通气透水，拧上螺旋活塞后，活塞的位置应停留在距活塞底尚有5~6mm距离的地方，再拧紧排气口螺栓；用吸水纸吸陶土头内水分；或对陶土头吹风，加速仪器内水分从陶头散发，使真空度上升，约30~60分钟；竖直仪器，轻拍连接管，使气泡集中于集气室，拧松排气口，拧出螺栓活塞，往仪器内加满水，排除气泡，拧入螺栓活塞，使活塞的位置仍停留在距活塞底尚有5~6mm距离的地方，拧紧排气口螺栓；将速测仪垂直插入水中，水浸没水势探头二分之一高度处，约3分钟后，记下显示屏显示读数h，为仪器内水柱压力引起的水势数据；在选好的测定点用土钻打孔至预定深度，把水势探头插入洞中，并使水势探头与土壤密切接触；拧螺旋活塞，使显示器数字显示为35Kpa上下，观察显示的吸力数字变化趋势，若数字变小，表明土壤吸力低于35Kpa；再向下拧螺旋活塞，使显示数为20Kpa，然后再观察显示屏上的数字变化趋势，若此时显示数字往大的方向变，那么我们再向上拧动螺旋活塞，使仪器内真空度变大，达28Kpa上下，如此反复观察显示数字与操作螺旋活塞，找到仪器系统内部真空度与土壤水吸力的平衡点，显示屏上数字不再变化，仪器所显示的读数减去h，得到土壤水势值。

工作原理：土壤水势速测仪的感应原件陶土头是一种多孔体。当仪器内完全充满水，陶土头与土壤紧密接触后，陶土头孔隙中的水便与土壤孔隙中的水相接，产生水力上的联系。土壤系统的水吸力与仪器系统的水吸力不相等时，水便由吸力低处通过陶土头向吸力高处流动，直至两个系统的吸水力平衡为止。因为仪器是密封的，仪器中就产生真空度。对仪器内真空度的测量即可获得土壤水势值。

仪器内的压力与土壤中水的吸力平衡过程，即是仪器中水分向土壤扩散（或相反）的过程，平衡所需的时间是比较长的。因为水从陶土头流向土壤及更远处，直至平衡是一个渐进的过程。特别在土壤比较干燥时，平衡所需时间更长，约需数小时，甚至10多个小时。因此，以往张力计不能在10分钟内测准土壤水势数据。

本仪器在集气室内装上螺旋活塞以后就改变了这种情况。而且利用压力传感器能快速准确反映压力情况的功能，使本仪器可供快速测定土壤湿度用。

拧动螺旋活塞可快速改变仪器内部的压力，根据显示器上压力数字变化，就能较快地判断出当时土壤水势值。陶土头与土壤密切接触后，观察显示器上吸力数值变化趋势。在拧动活塞后，若显示的压力数字在上升，表明这时土壤吸水力大于仪器内部真空度，应将活塞向上拧（增加仪器内部真空度），相反，则向下拧。重复操作几次后，显示器上吸力数字变化速度趋缓，直至不变，即找到了平衡点。这时显示屏上数字就是需要的测值了。

由活塞升降获得的仪器与土壤吸力平衡点的快速寻找，使经过陶土头的水分很少，从而使平衡时间大大缩短。

有益效果：本发明提供的土壤水势速测仪可以迅速测定土壤水势，缩短测定的时间，提高工作效率。测定过程中，同时可以收集其他土壤环境数据。

要实施科学用水、节约用水，在乡镇、团场基层管水员手中应该备有价位较低、能较快测定各地块土壤水分状况的器件。这种器件测得的土壤水分信息应能与作物当时水分需求直观相关。土壤水势是土壤水分的强度指标、土壤水势值的高低与各种植物是否需要灌水直接有关。张力计本可适用于这个要求，它可直读土壤水势，价位也较低。但是其读数的获得需要的平衡时间长，只可进行定点埋设观察，而难以在短时间内进行多田块测定。本项发明即能提供管水员这种需求。为灌溉管理科学化提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例3的结构示意图，图中1陶土头、2连接塑管、3集气室、4 O型橡皮圈、5排气口螺栓、6橡皮圈、7螺旋活塞、8螺纹、9压力传感器、10传感器选择开关、11显示屏、12显示器、13低电压显示灯、14温度传感器接口、15电源开关、16压力传感器接口、17充电器插孔；

图2为本发明集气室的集气管结构示意图，图中4 O型橡皮圈、19注射器管身；

图3为本发明集气室的螺旋活塞结构示意图，图中18 注射器皮头；

图4为本发明集气室的排气螺栓结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方案介绍本发明的实现及所带来的有益效果，但不对本发明保护范围构成任何限定。

实施例 1

一种土壤水势速测仪，包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器9、集气室3和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。所述水势探头为陶土头1，其空隙小于2.8微米，漏气值大于1巴，透水速度为0.8毫升/巴·分·厘米²。所述集气室包括集气管，集气管一端设有活塞阀，活塞阀与集气管密封连接，集气管身设有排气口和压力传感器连接口，所述排气口上设有阀门。所述活塞阀为螺旋活塞7，螺旋活塞头部设有注射器皮头18；所述集气管与螺旋活塞连接端的管身车有内螺纹8，内螺纹下方套有注射器管19。排气口阀门为螺栓，排气口车有内螺纹，内螺纹靠近集气管身的一端设有O型橡皮圈4。显示器包括显示屏11，数据信号接口和电源。压力传感器为24PC型压力传感器，测试范围0～100KPa。

实施例 2

如实施例中所描述的土壤水势速测仪，其数据采集装置还包括温度传感器，温度传感器通过数据线显示器连接。

实施例 3

仪器结构：

土壤水势速测仪由陶土头、显示器、压力传感器、集气室、排气口螺栓、连接管、螺旋活塞等部件构成（图1）

集气管上端为注水口，可拧上螺旋活塞封闭。集气管旁侧有一个接口与压力传感器联接，另一测有一排气口。拧紧排气口O形橡皮圈，可封闭排气口。集气管下端通过连接管与陶土头相接。压力传感器经四芯电缆与显示器相连。

1、陶土头：陶土头是一种多孔素烧陶器,其孔隙小于2.8微米；漏气值大于1巴；透水速度约为0.8毫升/巴·分·厘米²。

2、集气室：集气室不仅用来连接各个部件，而且重要作用是通过旋拧螺旋活塞增减仪器内部压力，用来缩减仪器内部与土壤之间水力平衡时间。

3、压力传感器：采用24PC型压力传感器，测试范围为0~100Kpa。

4、压力显示器：该显示器一面向传感器提供1.5mA恒流工作电源，并将来自传感器的电压信号经模数转换成数字信号显示在数显屏上。显示至小数后二位，即﹡﹡．﹡﹡。

5、连接管：可根据欲测土层深度，选用PVC连接管的长度。

仪器使用步骤：

（一）使用前（陶土头入土之前）仪器的准备工作

1、使用前水势探头（陶土头）应在水中浸泡1个小时以上。

2、关闭排气口，拧开集气管上的螺旋活塞，向集气管内徐徐注入经煮沸后新冷却的无气水，直到加满为止，将仪器直立，并见水从陶土管表面渗出。拧松排气口螺丝，（注意：加满水，拧紧螺旋活塞之前，若不打开排气口。拧紧螺旋活塞时剧烈增加的压力，会损坏传感器内的单晶硅薄片。）使之可以通气透水。拧上螺旋活塞后，活塞的位置应停留在距活塞底尚有5~6mm距离的地方。再拧紧排气口螺栓。

3、用吸水纸吸陶土头内水分；或对陶土吹风，加速仪器内水分从陶头散发，使真空度上升，约30~60分钟。

4、竖直仪器，轻拍连接管，使气泡集中于集气室。拧松排气口。拧出螺栓活塞，往仪器内加满水，排除气泡。拧入螺栓活塞，使活塞的位置仍停留在距活塞底尚有5~6mm距离的地方。拧紧排气口螺栓。

经过上述操作，仪器反应会十分灵敏。

5、将传感器电缆插头插入显示器插座处。打开显示器电源开关。仪器杆子垂直插入水中，水浸没陶土头二分之一高度处。约3分钟后，记下显示屏显示读数h。. h。为仪器内水柱压力引起的水势数据。

（二）测试时的操作步骤：

1、在选好的测定点用土钻打孔至预定深度。把水势探头插入洞中。并使陶土头与土壤密切接触。

2、拧螺旋活塞，使显示器数字显示为35Kpa上下。观察显示的吸力数字变化趋势。若数字变小，表明土壤吸力低于35Kpa。再向下拧螺旋活塞，使显示数为20Kpa。然后再观察显示屏上的数字变化趋势。假如，此时显示数字往大的方向变。那么我们再向上拧动螺旋活塞，使仪器内真空度变大，达28Kpa上下，······如此反复观察显示数字与操作螺旋活塞，我们很快能找到仪器系统内部真空度与土壤水吸力的平衡点。这时，显示屏上数字不再变化，仪器所显示的读数减去h。数值就是土壤水势值了。

仪器制作工艺

集气室是本仪器的关键器件。它是由长113mm，外径32mm，内径18mm有机玻管车制而成。（图2）顶部21mm车成内螺纹。在内螺纹下方，胶上一截30mm长的注射器管子。距底部40mm处开二个孔。一个孔直径6mm，它用来胶结24PC压力传感器的进气嘴。另一个孔直径为10mm，这个孔胶上外径为10mm的排气口管子。

排气口顶部5mm处也车有内螺纹，内放一个○型橡皮圈，当拧上排气口螺钉时，它就起到封闭作用。

集气室顶部可用集气室螺栓拧紧封口。该螺栓尺寸如图2所示。螺栓的顶部装上医用注射器的橡皮活塞。拧动螺栓，改变活塞位置时，就会改变仪器内真空度。

集气室下端将内径18mm有机管扩至20mm。以便胶结20mm外径的PVC管（或有机玻管），在PVC管上胶接20mm的陶土头。

压力显示器选用SM-4型压力显示器，它可对压力传感器提供1.5mA DC恒流驱动电源。测压范围为0–100Kpa，并精确显示小数后2位压力数据。

Claims (1)

1.土壤水势速测仪测定方法，其特征在于测定步骤为：

a.使用前，将水势探头在水中浸泡1个小时以上；

b.关闭排气口，拧开集气管上的螺旋活塞，向集气管内注入无气水，直到加满为止，将仪器直立，并见水从陶土管表面渗出，拧松排气口螺栓，使之可以通气透水，拧上螺旋活塞后，活塞的位置应停留在距活塞底尚有5~6mm距离的地方，再拧紧排气口螺栓；

c.用吸水纸吸陶土头内水分；或对陶土头吹风，加速仪器内水分从陶土头散发，使真空度上升，约30~60分钟；

d.竖直仪器，轻拍连接管，使气泡集中于集气室，拧松排气口，拧出螺旋活塞，往仪器内加满水，排除气泡，拧入螺旋活塞，使活塞的位置仍停留在距活塞底尚有5~6mm距离的地方，拧紧排气口螺栓；

e.将速测仪垂直插入水中，水浸没水势探头二分之一高度处，约3分钟后，记下显示屏显示读数h，为仪器内水柱压力引起的水势数据；

f.在选好的测定点用土钻打孔至预定深度，把水势探头插入洞中，并使水势探头与土壤密切接触；

g.拧螺旋活塞，使显示器数字显示为35Kpa上下，观察显示的吸力数字变化趋势，若数字变小，表明土壤吸力低于35Kpa；再向下拧螺旋活塞，使显示数为20Kpa，然后再观察显示屏上的数字变化趋势，若此时显示数字往大的方向变，那么我们再向上拧动螺旋活塞，使仪器内真空度变大，达28Kpa上下，如此反复观察显示数字与操作螺旋活塞，找到仪器系统内部真空度与土壤水吸力的平衡点，显示屏上数字不再变化，仪器所显示的读数减去h，得到土壤水势值。

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