CN102589789A - 包气带负压传感器 - Google Patents

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李俊亭
王文科
王哲
赵贵章
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Abstract

本发明公开了一种包气带负压传感器，包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管，所述不锈钢管的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头，所述不锈钢管的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管中空气的抽气阀，所述不锈钢管的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管中的负压变化进行测量的负压值采集装置。本发明结构简单，设计新颖合理，使用操作便捷，测量误差小，能够高效、精确地测量土壤中的负压值，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

包气带负压传感器
技术领域
本发明属于地下水科学与工程技术领域，尤其是涉及一种包气带负压传感器。
背景技术
负压——含水率曲线，反映了包气带(非饱和带)基本的物理特性。现有技术中，在非饱和带中测量负压多使用水或水银柱的办法来实现。通常采用一个一端封闭、另一端连接有陶瓷头的U形管，U形管中装有水或水银，利用水或水银与空气粘滞性的差异，陶瓷头(适当的孔隙率)可使水或水银通过而空气被阻。将完全充满水或水银的U形管插入非饱和土壤后，在土壤吸力的作用下，U形管中的水或水银向非饱和带运移，在陶瓷头的边界处两边的压力达到平衡时，U形管内就形成表示土壤吸力的负压值hc。截至目前，一些科研与生产单位仍然使用水或水银柱的办法来测量hc。其中存在的主要问题是U形管的排气注水或水银不易操作，导致测量误差较大。如何简单易行且能高精度的获取其负压值，长期困扰着水文地质工作者。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种包气带负压传感器，其结构简单，设计新颖合理，使用操作便捷，测量误差小，能够高效、精确地测量土壤中的负压值，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种包气带负压传感器，其特征在于：包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管，所述不锈钢管的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头，所述不锈钢管的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管中空气的抽气阀，所述不锈钢管的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管中的负压变化进行测量的负压值采集装置。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：靠近所述负压值采集装置一端的不锈钢管管壁上设置有玻璃观测窗。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：所述不锈钢管为304不锈钢管、316不锈钢管或316L不锈钢管。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：所述陶瓷头为采用陶土烧制而成的亲水性陶瓷头，所述亲水性陶瓷头的表面开有微孔。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：所述微孔的孔径小于0.22um。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：所述陶瓷头与所述不锈钢管采用粘合剂密封连接。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：所述抽气阀由阀桩、阀芯和阀盖三部分构成，所述阀桩为类似“U”字形结构且其内壁和外壁上均设置有螺纹，所述阀桩的底端与不锈钢管管壁焊接且开有与不锈钢管内部相连通的第一通孔，所述阀芯螺纹连接在阀桩内部，所述阀芯上开有气流通道，所述阀盖通过螺纹连接方式紧扣在阀桩顶部且其几何中心位置处设置有用于供阀芯穿过的第二通孔。
上述的包气带负压传感器，其特征在于：所述负压值采集装置包括用于对不锈钢管中的负压变化进行检测的压力传感器、与压力传感器相接且用于将压力传感器所输出的电压信号进行放大的放大电路和与放大电路相接且用于将放大电路所输出的电压信号转换为4mA-20mA标准电流信号的V/I转换电路。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的结构简单，设计新颖合理。
2、本发明使用操作便捷，测量误差小，能够高效、精确地测量土壤中的负压值。
3、本发明靠近负压值采集装置一端的不锈钢管管壁上设置有玻璃观测窗，用于对不锈钢管内的情况进行观测，以便确保无气水通过陶瓷头进入不锈钢管中，且不锈钢管中的空气被完全排除，有助于提高测量精度。
4、本发明的陶瓷头与不锈钢管采用粘合剂密封连接，能够保证结合处不能漏气，有助于提高测量精度。
5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，使用操作便捷，测量误差小，能够高效、精确地测量土壤中的负压值，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明抽气阀的结构示意图。
图3为本发明负压值采集装置的电路原理框图。
附图标记说明：
Figure BDA0000138370580000031
具体实施方式
如图1所示，本发明包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管1，所述不锈钢管1的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头2，所述不锈钢管1的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管1中空气的抽气阀3，所述不锈钢管1的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管1中的负压变化进行测量的负压值采集装置4。
本实施例中，靠近所述负压值采集装置4一端的不锈钢管1管壁上设置有玻璃观测窗5，用于对不锈钢管1内的情况进行观测，以便确保无气水通过陶瓷头2进入不锈钢管1中，且不锈钢管1中的空气被完全排除。所述不锈钢管1为304不锈钢管、316不锈钢管或316L不锈钢管。所述陶瓷头2为采用陶土烧制而成的亲水性陶瓷头，所述亲水性陶瓷头的表面开有微孔。所述微孔的孔径小于0.22um；确保在预定压力下水可以通过陶瓷头2而空气被阻，即达到过水不过空气的状态。所述陶瓷头2与所述不锈钢管1采用粘合剂密封连接；以保证结合处不能漏气。
结合图2，本实施例中，所述抽气阀3由阀桩3-1、阀芯3-2和阀盖3-3三部分构成，所述阀桩3-1为类似“U”字形结构且其内壁和外壁上均设置有螺纹，所述阀桩3-1的底端与不锈钢管1管壁焊接且开有与不锈钢管1内部相连通的第一通孔3-11，所述阀芯3-2螺纹连接在阀桩3-1内部，所述阀芯3-2上开有气流通道3-21，所述阀盖3-3通过螺纹连接方式紧扣在阀桩3-1顶部且其几何中心位置处设置有用于供阀芯3-2穿过的第二通孔3-31；阀芯3-2能够在由阀桩3-1内上下活动，当阀芯3-2完全与阀桩3-1接触后，阀盖3-3通过螺纹连接方式紧扣在阀桩3-1顶部，使抽气阀3处于完全不漏气状态。
结合图3，本实施例中，所述负压值采集装置4包括用于对不锈钢管1中的负压变化进行检测的压力传感器4-1、与压力传感器4-1相接且用于将压力传感器4-1所输出的电压信号进行放大的放大电路4-2和与放大电路4-2相接且用于将放大电路4-2所输出的电压信号转换为4mA-20mA标准电流信号的V/I转换电路4-3。
本发明的工作原理及工作过程是：
1、准备一定数量的无气水(将烧开的自来水置于有盖的容器中让其自然冷却即可)；
2、将装配好的该包气带负压传感器设有陶瓷头2的一端置于无气水中，水必须淹没陶瓷头2；
3、将小型真空泵的吸端与抽气阀3相连，稍许松动抽气阀3的阀盖3-3，并将阀芯3-2微微上提，开动真空泵抽气；
4、通过玻璃观测窗5对不锈钢管1内的情况进行观测，通过玻璃观测窗5确认不锈钢管1中无气泡，以便确保无气水通过陶瓷头2进入不锈钢管1中，且不锈钢管1中的空气被完全排除，此时拧紧抽气阀3的阀芯3-2与阀盖3-3，关闭真空泵；
5、原则上，做好的该包气带负压传感器已可应用于实际，但实践经验指出，做好的该包气带负压传感器宜在无气水中放置24小时后，再次观测不锈钢管1中是否有气泡，若有气泡，应再次采用真空泵抽气，只有确保不锈钢管1中无气泡时才可应用；做好的该包气带负压传感器如果不能立即使用，应将陶瓷头2装入专门的保护套中或者继续放置于无气水中，以免不锈钢管1中的水向空气中蒸发；
6、按预定的实施方案，将做好的该包气带负压传感器置于土壤中预定的位置和深度，将负压值采集装置4与与之配套的巡捡仪连接，巡检仪接收负压值采集装置4中V/I转换电路4-3所输出的4mA～20mA标准电流信号并对该信号进行I/U转换、A/D转换后输出该包气带负压传感器所检测到的负压值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种包气带负压传感器，其特征在于：包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管(1)，所述不锈钢管(1)的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头(2)，所述不锈钢管(1)的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管(1)中空气的抽气阀(3)，所述不锈钢管(1)的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管(1)中的负压变化进行测量的负压值采集装置(4)。
2.按照权利要求1所述的包气带负压传感器，其特征在于：靠近所述负压值采集装置(4)一端的不锈钢管(1)管壁上设置有玻璃观测窗(5)。
3.按照权利要求1或2所述的包气带负压传感器，其特征在于：所述不锈钢管(1)为304不锈钢管、316不锈钢管或316L不锈钢管。
4.按照权利要求1或2所述的包气带负压传感器，其特征在于：所述陶瓷头(2)为采用陶土烧制而成的亲水性陶瓷头，所述亲水性陶瓷头的表面开有微孔。
5.按照权利要求4所述的包气带负压传感器，其特征在于：所述微孔的孔径小于0.22um。
6.按照权利要求1或2所述的包气带负压传感器，其特征在于：所述陶瓷头(2)与所述不锈钢管(1)采用粘合剂密封连接。
7.按照权利要求1或2所述的包气带负压传感器，其特征在于：所述抽气阀(3)由阀桩(3-1)、阀芯(3-2)和阀盖(3-3)三部分构成，所述阀桩(3-1)为类似“U”字形结构且其内壁和外壁上均设置有螺纹，所述阀桩(3-1)的底端与不锈钢管(1)管壁焊接且开有与不锈钢管(1)内部相连通的第一通孔(3-11)，所述阀芯(3-2)螺纹连接在阀桩(3-1)内部，所述阀芯(3-2)上开有气流通道(3-21)，所述阀盖(3-3)通过螺纹连接方式紧扣在阀桩(3-1)顶部且其几何中心位置处设置有用于供阀芯(3-2)穿过的第二通孔(3-31)。
8.按照权利要求1或2所述的包气带负压传感器，其特征在于：所述负压值采集装置(4)包括用于对不锈钢管(1)中的负压变化进行检测的压力传感器(4-1)、与压力传感器(4-1)相接且用于将压力传感器(4-1)所输出的电压信号进行放大的放大电路(4-2)和与放大电路(4-2)相接且用于将放大电路(4-2)所输出的电压信号转换为4mA-20mA标准电流信号的V/I转换电路(4-3)。
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