CN102608294B - 一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，该装置包括：试验箱体，设置在试验箱体内的低位水箱和高位水箱，以及低位水箱和高位水箱中间相连的数个迭加的土壤箱及热泵加热/制冷装置。与所述低位水箱连接的热泵加热端使水蒸发上升至高位水箱，并利用热泵制冷端使其在高位水箱中凝结，由控制器操作电磁阀定时进行喷淋，形成循环。与现有技术相比，本发明可长期进行工作，具有节能节水、间歇喷淋、方便测定、回收率高等优点。

Description

一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置

技术领域

本发明涉及土壤成分研究装置，尤其是涉及一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置。

背景技术

我国是一个人口众多，资源短缺的农业大国。化肥、农药在我国粮食生产中占有非常重要的地位，是农民生产性投资中最大的物资性投资。但连年大量施肥、喷施农药，一些负面效应也逐渐显现出来，如水体富营养化、土壤板结、疾病发生率增高、能源严重浪费等现象。土壤中氮素淋溶损失、磷素水体富营养化、重金属污染、农药残留污染等不但是重要的农业问题，而且是威胁到人类健康和生存的重要问题。因此，研究土壤中特定成分的淋溶、迁移过程对于防止土壤污染、保护生态环境具有重要意义。

在研究土壤成分的试验过程中，往往需要使用到能模拟自然界的降雨过程的试验装置。模拟自然界的降雨过程，其原理是通过变频器控制压缩机的转速，调节喷淋的频次和强度，已达到间歇喷淋的目的。这样有利于在密闭条件下，水的蒸发凝结，使喷淋成循环，无需补水，能达到浓缩溶出物的效果。

Robert和Wanda Henke的专利US4,594,899和USS,203,824中都公开了一种可通过扭转激发土壤来测量土壤的耐溶解性的技术。在这些专利中，所说明的检测装置包括一对穿入待检测土壤中的端部开口的同心圆柱体。可给内圆柱体施加一个扭转力，并通过安装在内圆柱体上的传感器来测量土壤中的圆柱体对所施加扭矩的反应。

在这样的土壤检测中，钻出一个到达上壤采样的的钻孔，并使检测装置通过所述钻孔下降，以便检测土壤。检浏装置可固定在钻孔中的螺旋土钻上。可使检测装置经受所施加的相当大的力或力矩或者是来自上壤的其它反作用力的作用.这样，固定有检测装置的螺旋土钻可用作反作用装置，以便在检测装置上进行各种操作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能节水、间歇喷淋、方便测定、回收率高的温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，该试验装置包括：

试验箱体：内部设有低位水箱及高位水箱，低位水箱与高位水箱经数个迭加的土壤箱连接，

其中，所述的低位水箱设置在试验箱体的下方，其内放置温度传感器，下方连接有加热管，所述的高位水箱设置在试验箱体的上方，其周围连接有冷凝器、水位控制器、三通电磁阀，所述的土壤箱上部设有取样孔，下部排列设置有集水锥；

气泵：一端连接于低位水箱上设置的伸缩式取样管，另一端连接高位水箱；

节流毛细管：设在低位水箱与高位水箱之间，使水箱中的水蒸气凝结成水，并通过两个水箱间连接的气泵，水蒸气与空气从低位水箱向高位水箱流动，低位水箱中的制冷剂液化后，通过节流毛细管到连接有冷凝器的高位水箱中汽化并吸热；

列管多孔喷淋器：设在迭加在最顶部的土壤箱的上部，定时定量的向土壤箱喷淋；

压缩机：连接在试验装置底部一侧并与低位水箱及高位水箱连接，压缩机在低位压缩制冷，使制冷剂在加热管中液化，同时放热。

所述的冷凝器将从低位水箱传递上来的水蒸气冷凝成水，所述的水位控制器控制高位水箱内的加水量，所述的三通电磁阀控制高位水箱中水的流出情况。

所述的高位水箱中的凝结水到达一定高度时，水箱内的水位指示器出现提示，由控制器和三通电磁阀控制高位水箱中水的流出情况。通过列管多孔喷淋器定时定量的向土壤箱喷淋，使得喷洒入土壤箱中的水更加均匀。经过几个迭加的土壤箱后流回低位水箱。无需补水，呈现循环喷淋效果，模拟了自然界的降雨过程。

所述的低位水箱中水分的加热蒸发与高位水箱中水汽的凝结由压缩机的热端和冷端同时提供热量和冷量。

所述的土壤箱设有2-8个。

土壤箱内设有的土样采集杆及伸缩式取样管。

所述的高位水箱与三通电磁阀、列管多孔喷淋器连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的土壤成分淋溶试验箱采用节能设计，利用热泵循环原理。使其加热和制冷的部分都有效利用。

2、本发明的土壤成分淋溶试验箱的整个水循环过程采用节水设计，在密闭条件下，水蒸发凝结，喷淋成循环，无需补水。同时水量一定，溶出物迭加溶在其中，相当于浓缩，使测定更加方便。

3、本发明的土壤成分淋溶试验箱模拟了自然界的降雨过程，间歇喷淋，通过变频器控制压缩机转速，调节喷淋的频次和强度。

4、本发明的土壤成分淋溶试验箱式装配结构，可以由数个箱体迭加到需要的高度，每个箱底均排列有集水锥。从而使淋溶均匀，箱体横截面积大，从而减少了边缘效应。

5、在取样的过程中，水样和土样的部分都可以采取。土样使用专门的采集杆，可在箱体的大部分地方挖取土样；水样采集管采用伸缩式采集器，可在低位水箱中移动取样。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为土壤箱中采集杆的结构示意图；

图3为取样方向的示意图。

图中：1为加热器、2为压缩机、3为伸缩式取样管、4为气泵、5为节流毛细管、6为列管多孔喷淋器、7为冷凝器、8为低位水箱、9为温度传感器、10为集水锥、11为控制器、12为取样孔、13为三通电磁阀、14为水位控制器、15为高位水箱、16为土壤箱、17为采集杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，其结构如图1所示。本发明的主要包括低位水箱8、压缩机2、节流毛细管5、气泵4、冷凝器7、高位水箱15、土壤箱16、加热器1、取样孔12。本发明的整个箱体是全封闭的装置。

在低位水箱8处设置有用于压缩制冷剂的压缩机2、加热器1、温度传感器9、伸缩式取样管3。制冷剂在低位水箱中加热管中液化，同时放热。

在高位水箱15处设置有用于凝结水的冷凝器7、水位控制器14，下方设有三通电磁阀13、列管多孔喷淋器6。通过水位控制器14的指示，由三通电磁阀13控制高位水箱15中水的喷淋间隔；通过列管多孔喷淋器6控制水的喷淋效果。

低位水箱8以及高位水箱15之间，连接有节流毛细管5和气泵4。具体来说，加热器1与冷凝器7通过节流毛细管5以及气泵4连接。制冷剂通过节流毛细管5到高位水箱15冷却管中汽化。水箱中的水蒸气凝结成水，通过气泵与空气一起从低位水箱8向高位水箱15流动。

土壤箱16可以设置2-8个，本实施例中，3个迭加的土壤箱16在箱体的中间部分，每个土壤箱16上设置有一个取样孔12，每个土壤箱16底排列有集水锥10，从而使淋溶均匀。

试验时，称放一定量的土壤样品在3个迭加的土壤箱16中。在低位水箱8中注入一定体积的水，开启压缩机2和加热器1。当低位水箱8中的水达到一定温度时，温度传感器9做出提示，制冷剂通过节流毛细管5到高位水箱15中的冷却管中汽化，同时，水蒸汽通过气泵4与空气一道从低位水箱8向高位水箱15流动。当高位水箱15内的水达到一定高度时，水位控制器14做出提示，打开控制器11，由高位水箱15下端连接的三通电磁阀13控制水的间歇喷淋，通过下方的列管多孔喷淋器6控制水的喷淋效果。取样时，土样采用专门的采集杆17，其结构如图2所示，取样的方向如图3所示。在每个箱体的取样孔12内取样，可在箱体的大部分地方挖取土样；水样采集管采用伸缩式取样管3，用于采取水样。通过土样和水样的采集，可测试土壤特定成分的淋溶迁移情况。

Claims (4)

1.一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，其特征在于，该试验装置包括：

试验箱体：内部设有低位水箱及高位水箱，低位水箱与高位水箱经数个迭加的土壤箱连接，

其中，所述的低位水箱设置在试验箱体的下方，其内放置温度传感器，下方连接有加热管，所述的高位水箱设置在试验箱体的上方，其周围连接有冷凝器、水位控制器、三通电磁阀，所述的土壤箱上部设有取样孔，下部排列设置有集水锥；

气泵：一端连接于低位水箱上设置的伸缩式取样管，另一端连接高位水箱；

节流毛细管：设在低位水箱与高位水箱之间，使高位水箱中的水蒸气凝结成水，并通过两个水箱间连接的气泵，水蒸气与空气从低位水箱向高位水箱流动，低位水箱中的制冷剂液化后，通过节流毛细管到连接有冷凝器的高位水箱中汽化并吸热；

列管多孔喷淋器：设在迭加在最顶部的土壤箱的上部，定时定量的向土壤箱喷淋；

压缩机：连接在试验装置底部一侧并与低位水箱及高位水箱连接；

所述的冷凝器将从低位水箱传递上来的水蒸气冷凝成水，所述的水位控制器控制高位水箱内的加水量，所述的三通电磁阀控制高位水箱中水的流出情况，所述的高位水箱中的凝结水达到水位控制器提示高度时，水位控制器及三通电磁阀控制高位水箱中水的流出并通过列管多孔喷淋器定时定量的向土壤箱喷淋，再经过土壤箱后流回低位水箱，所述的低位水箱中水分的加热蒸发与高位水箱中水汽的凝结由压缩机的热端和冷端同时提供热量和冷量。

2.根据权利要求1所述的一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，其特征在于，所述的土壤箱设有2-8个。

3.根据权利要求1所述的一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，其特征在于，土壤箱内设有土样采集杆和伸缩式取样管。

4.根据权利要求1所述的一种温差蒸腾式土壤成分淋溶试验装置，其特征在于，所述的高位水箱与三通电磁阀、列管多孔喷淋器连接。