CN103293083A - 一种土壤吸水或放水模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤吸水或放水模拟装置及方法，该装置包括用于提供预设温度环境的植物生长箱，放置在植物生长箱内部、且用于提供封闭环境的封闭容器，水平设置在封闭容器内部、且用于放置模拟用试样的试样架，放置在植物生长箱内部的温度计和温度控制及补偿装置，以及盛装在封闭容器内部、且用于提供预设湿度环境的过饱和盐溶液；在试样架上放置有试样，过饱和盐溶液位于试样架的下方；当植物生长箱提供的环境温度变化时，封闭容器提供的湿度环境相应变化。该土壤吸水或放水模拟装置及装置，可以克服现有技术中无法了解土体吸放湿特性等缺陷，以实现便于了解土体吸放湿特性、不会造成土样损失及污染土样、操作简单、以及投入少。

Description

一种土壤吸水或放水模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及土木建筑、农业科学以及文物保护技术领域，具体地，涉及一种土壤吸水或放水模拟装置。

背景技术

在土木建筑、农业科学以及文物保护等领域，科研人员通常需要了解土体的吸放湿过程。

例如，在壁画保护领域，已有研究表明，空气所含水分是壁画病害发生贡献源之一，空气相对湿度高低起伏变化能够引起壁画地仗中水分发生迁移。在这个吸湿-放湿过程中，水分会携带盐分向壁画表面的迁移聚集。

另外，作为壁画附着体的地仗在壁画病害的发生过程中占据着主导地位，环境相对湿度的交替变化，使壁画地仗始终处于“活动”状态，导致壁画逐渐劣化。因此，模拟土体吸放湿过程显得尤为重要。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在无法了解土体吸放湿特性、以及无法根据土体吸放湿特性采取相应保护措施等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种土壤吸水或放水模拟装置，以实现便于了解土体吸放湿特性、不会造成土样损失及污染土样、操作简单、以及投入少的优点。

本发明的另一目的在于，提出一种土体吸放湿模拟方法，

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种土壤吸水或放水模拟装置，包括用于提供预设温度环境的植物生长箱，放置在所述植物生长箱内部、且用于提供封闭环境的封闭容器，水平设置在所述封闭容器内部、且用于放置模拟用试样的试样架，与植物生长箱配合设置、且用于检测封闭容器内部温度的温度计、以及用于根据温度计检测所得温度值和预设温度进行比较以对封闭容器内部温度进行调控的温度控制及补偿装置，以及盛装在所述封闭容器内部、且用于提供预设湿度环境的过饱和盐溶液；

在所述试样架上放置有试样，所述过饱和盐溶液位于试样架的下方；当所述植物生长箱提供的环境温度变化时，封闭容器提供的湿度环境相应变化。

进一步地，所述封闭容器提供的湿度环境相应变化的过程，具体包括：

当封闭容器内部的相对湿度值下降时，过饱和盐溶液中的部分水份蒸发，变成水蒸气，重新建立平衡；

当封闭容器内部的相对湿度值上升时，部分水蒸气凝结，进入过饱和盐溶液，重新建立平衡。

进一步地，所述过饱和盐溶液，至少包括过饱和氯化锂（LiCl）溶液。

进一步地，所述植物生长箱提供的环境温度包括10-40℃。

进一步地，所述试样，至少包含土体样品。

进一步地，所述温度控制及补偿装置，包括依次与温度计连接的温度控制器、空调室内机和空调室外机；所述温度计和温度控制器位于封闭容器内部的试样架上，所述空调室内机位于植物生长箱内部的地面上，所述空调室外机位于植物生长箱外部的地面上。

同时，本发明采用的另一技术方案是：一种土体吸放湿模拟方法，包括：

⑴在封闭容器内配制过饱和盐溶液，使该过饱和盐溶液的液面，低于设置在封闭容器内部的试样架；

将封闭容器置于用于提供预设温度环境的植物生长箱内，通过温度控制及补偿装置控制植物生长箱内部的温度环境，在预设时间段后，封闭容器内部的湿度环境稳定；

⑵将模拟用试样放置在封闭容器内部的试样架上，等待封闭容器内部的湿度环境稳定；

⑶当上述封闭容器内部的湿度环境稳定后，调节植物生长箱的温度环境，使封闭容器内部的湿度环境相应改变，等待封闭容器内的湿度再次稳定；

⑷重复执行步骤⑶，直至达到所需吸湿-放湿循环次数。

进一步地，在步骤⑴-步骤⑷中，所述过饱和盐溶液，至少包括过饱和LiCl溶液。

进一步地，在步骤⑴-步骤⑷中，所述植物生长箱提供的环境温度包括10-40℃。

进一步地，在步骤⑵-步骤⑷中，所述试样，至少包含土体样品。

本发明各实施例的土壤吸水或放水模拟装置及方法，由于该装置包括用于提供预设温度环境的植物生长箱，放置在植物生长箱内部、且用于提供封闭环境的封闭容器，水平设置在封闭容器内部、且用于放置模拟用试样的试样架，放置在试样架上的温度计和温度控制及补偿装置，以及盛装在封闭容器内部、且用于提供预设湿度环境的过饱和盐溶液；在试样架上放置有试样，过饱和盐溶液位于试样架的下方；当植物生长箱提供的环境温度变化时，封闭容器提供的湿度环境相应变化；可以解决室内模拟土体吸放湿过程这一实际工程问题；从而可以克服现有技术中无法了解土体吸放湿特性、以及无法根据土体吸放湿特性采取相应保护措施的缺陷，以实现便于了解土体吸放湿特性、不会造成土样损失及污染土样、操作简单、以及投入少的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明土壤吸水或放水模拟装置的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-植物生长箱；2-封闭容器；3-试样；4-试样架；5-过饱和盐溶液；6-温度计。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

装置实施例

根据本发明实施例，提供了一种土壤吸水或放水模拟装置。如图1所示，本实施例包括用于提供预设温度环境的植物生长箱植物生长箱1，放置在植物生长箱植物生长箱1内部、且用于提供封闭环境的封闭容器封闭容器2，水平设置在封闭容器封闭容器2内部、且用于放置模拟用试样3的试样架4，与植物生长箱配合设置、且用于检测封闭容器内部温度的温度计6、以及用于根据温度计检测所得温度值和预设温度进行比较以对封闭容器内部温度进行调控的温度控制及补偿装置，以及盛装在封闭容器封闭容器2内部、且用于提供预设湿度环境的过饱和盐溶液5；在试样架4上放置有试样3，过饱和盐溶液5位于试样架4的下方；当植物生长箱植物生长箱1提供的环境温度变化时，封闭容器封闭容器2提供的湿度环境相应变化。

上述温度控制及补偿装置，包括依次与温度计连接的温度控制器、空调室内机和空调室外机；温度计和温度控制器位于封闭容器内部的试样架上，空调室内机位于植物生长箱内部的地面上，空调室外机位于植物生长箱外部的地面上。

具体地，上述封闭容器2提供的湿度环境相应变化的过程，包括：

当封闭容器2内部的相对湿度值下降时，过饱和盐溶液5中的部分水份蒸发，变成水蒸气，重新建立平衡；

当封闭容器2内部的相对湿度值上升时，部分水蒸气凝结，进入过饱和盐溶液5，重新建立平衡。

在上述实施例中，过饱和盐溶液5，至少包括过饱和LiCl溶液；植物生长箱1提供的环境温度包括10-40℃；试样3，至少包含土体样品。

在上述实施例中，过饱和LiCl溶液在不同温度环境下提供的相对湿度值，可参见表1显示的实验数据。

表1：不同温度环境下过饱和LiCl溶液提供的相对湿度值

上述实施例的土壤吸水或放水模拟装置，具有良好的社会价值和应用价值。在上述土壤吸水或放水模拟装置中，封闭容器2中可以采用过饱和LiCl溶液作为蒸汽压控制溶液，该过饱和LiCl溶液位于在封闭容器2底部；封闭容器2放置于植物生长箱1，植物生长箱1提供的环境温度不同，相对湿度值不同；如果封闭容器2中相对湿度下降，过饱和LiCl溶液中部分水会蒸发，重新建立平衡；反过来，如果封闭容器2中相对湿度上升，部分水蒸气凝结进入过饱和LiCl溶液。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种土体吸放湿模拟方法，包括：

步骤1：在封闭容器内，使用纯净水配制过饱和盐溶液（该过饱和盐溶液中含有多余的固体盐份），在植物生长箱提供的温度环境固定时，可以利用该过饱和盐溶液营造不变得相对湿度值；使该过饱和盐溶液的液面，低于设置在封闭容器内部的试样架；该过饱和盐溶液，至少包括过饱和LiCl溶液；

将封闭容器置于用于提供预设温度环境的植物生长箱内，通过温度控制及补偿装置控制植物生长箱内部的温度环境，在预设时间段后，封闭容器内部的湿度环境稳定；例如，植物生长箱提供的环境温度包括10-40℃；

植物生长箱提供的环境温度不同时，封闭容器内部的相对湿度值不同；如果封闭容器中相对湿度下降，过饱和盐溶液中的部分水份会蒸发，重新建立平衡；反过来，如果封闭容器中相对湿度上升，部分水蒸气凝结进入过饱和盐溶液，重新建立平衡；

步骤2：将模拟用试样放置在封闭容器内部的试样架上，等待封闭容器内部的湿度环境稳定；该试样，至少包含土体样品

步骤3：当上述封闭容器内部的湿度环境稳定后，调节植物生长箱的温度环境，使封闭容器内部的湿度环境相应改变，等待封闭容器内的湿度再次稳定；

步骤4：重复执行步骤3，直至达到所需吸湿-放湿循环次数。

在上述实施例中，实现土体吸放湿模拟方法时，可以采用装置实施例提供的土壤吸水或放水模拟装置；关于该土壤吸水或放水模拟装置的结构及性能，参见图1所示的装置实施例的相关说明，在此不再赘述。

综上所述，本发明各实施例的土壤吸水或放水模拟装置及方法，封闭容器中采用过饱和LiCl溶液作为蒸汽压控制溶液，放置于在封闭容器底部，封闭容器置于植物生长箱中，植物生长箱提供的环境温度不同，相对湿度值不同；如果容器中相对湿度下降，溶液中部分水会蒸发，重新建立平衡；反过来，如果相对湿度上升，部分水蒸气凝结进入溶液；有利于解决室内模拟土体吸放湿过程这一实际工程问题，至少具有不会造成土样损失以及污染土样、操作简单、以及无需过多经济和人力投入的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土壤吸水或放水模拟装置，其特征在于，包括用于提供预设温度环境的植物生长箱，放置在所述植物生长箱内部、且用于提供封闭环境的封闭容器，水平设置在所述封闭容器内部、且用于放置模拟用试样的试样架，与植物生长箱配合设置、且用于检测封闭容器内部温度的温度计、以及用于根据温度计检测所得温度值和预设温度进行比较以对封闭容器内部温度进行调控的温度控制及补偿装置，以及盛装在所述封闭容器内部、且用于提供预设湿度环境的过饱和盐溶液；

在所述试样架上放置有试样，所述过饱和盐溶液位于试样架的下方；当所述植物生长箱提供的环境温度变化时，封闭容器提供的湿度环境相应变化。

2.根据权利要求1所述的土壤吸水或放水模拟装置，其特征在于，所述封闭容器提供的湿度环境相应变化的过程，具体包括：

当封闭容器内部的相对湿度值下降时，过饱和盐溶液中的部分水份蒸发，变成水蒸气，重新建立平衡；

当封闭容器内部的相对湿度值上升时，部分水蒸气凝结，进入过饱和盐溶液，重新建立平衡。

3.根据权利要求1或2所述的土壤吸水或放水模拟装置，其特征在于，所述过饱和盐溶液，至少包括过饱和氯化锂LiCl溶液。

4.根据权利要求1或2所述的土壤吸水或放水模拟装置，其特征在于，所述植物生长箱提供的环境温度包括10-40℃。

5.根据权利要求1或2所述的土壤吸水或放水模拟装置，其特征在于，所述试样，至少包含土体样品。

6.根据权利要求1或2所述的土壤吸水或放水模拟装置，其特征在于，所述温度控制及补偿装置，包括依次与温度计连接的温度控制器、空调室内机和空调室外机；所述温度计和温度控制器位于封闭容器内部的试样架上，所述空调室内机位于植物生长箱内部的地面上，所述空调室外机位于植物生长箱外部的地面上。

7.一种土壤吸水或放水模拟方法，其特征在于，包括：

⑴在封闭容器内配制过饱和盐溶液，使该过饱和盐溶液的液面，低于设置在封闭容器内部的试样架；

将封闭容器置于用于提供预设温度环境的植物生长箱内，通过温度控制及补偿装置控制植物生长箱内部的温度环境，在预设时间段后，封闭容器内部的湿度环境稳定；

⑵将模拟用试样放置在封闭容器内部的试样架上，等待封闭容器内部的湿度环境稳定；

⑶当上述封闭容器内部的湿度环境稳定后，调节植物生长箱的温度环境，使封闭容器内部的湿度环境相应改变，等待封闭容器内的湿度再次稳定；

⑷重复执行步骤⑶，直至达到所需吸湿-放湿循环次数。

8.根据权利要求7所述的土壤吸水或放水模拟方法，其特征在于，在步骤⑴-步骤⑷中，所述过饱和盐溶液，至少包括过饱和氯化锂LiCl溶液。

9.根据权利要求7所述的土壤吸水或放水模拟方法，其特征在于，在步骤⑴-步骤⑷中，所述植物生长箱提供的环境温度包括10-40℃。

10.根据权利要求7所述的土壤吸水或放水模拟方法，其特征在于，在步骤⑵-步骤⑷中，所述试样，至少包含土体样品。

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