CN104407632B - 一种土柱盆栽实验水位自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土柱盆栽实验水位自动控制装置。该装置通过特殊设计的结构，利用水的重力致动和大气压力制动，在水箱储水充足的情况下即可实现水位自动补偿的目的。本发明装置简单、高效、无能耗、无污染、实用性强、易于改装、具备扩展性。
Description
技术领域
本发明属于一种水位控制装置，具体涉及一种土柱盆栽实验水位自动控制装置。
背景技术
目前用于水位控制的设备其原理大多为两类，其一是通过浮球、浮子等的浮力机械传递，进行制动操作，该类装置大多笨重、复杂，且难以做到微型化、多路控制；另一类是使用电子技术，采用芯片、继电器、传感器等组成的电路对水位进行控制，此类设备虽然不存在以上问题，然而需要电源，且不适宜恶劣环境下使用，易于损坏。
在生态学科研领域，特别是盆栽实验过程中，常有水位控制的需要，对设备具有以下需求：自动控制，多路控制，适应性强(能在野外或温室的高温、高湿条件下正常工作)，结构简单，便于改造、扩展和维护，成本低廉。已有的设备难以达到以上要求。针对上述问题，本发明提出一种利用水的重力提供动力，大气压力制动的水位补偿控制装置。
发明内容
本发明的目的是通过特定的装置结构，实现无人值守条件下盆栽装置水位的自动补偿。装置具有简单、高效、无能耗、成本低等特点。且具备扩展性，可自由组合不同规格的部件或多套装置并联，以满足不同的实际需求。
本发明的目的是通过以下解决方案实现的：
本发明提供一种土柱盆栽实验水位自动控制装置，包括负压水箱，且所述负压水箱出、入水口设置阀门，所述负压水箱密闭性良好，正常工作时关闭其入水口；管结构，所述管结构包括连通左、右两侧竖管的中部连通管和底部连通管，所述管结构的辅助导气口与所述负压水箱的辅助导气口通过辅助导气管连接，所述管结构的入水口与所述负压水箱的出水口通过导水管连接，所述管结构的出水口通过一连接管与盆栽容器连接；所述连接管的出水端口和管结构内部均设置滤网；
所述管结构的右侧竖管与盆栽容器形成一个连通器，当盆栽装置的水位降低，所述管结构的右侧竖管水位同步下降，当所述管结构的右侧竖管水位下降至露出中部连通管时，空气通过所述辅助导气管从所述中部连通管进入，等体积的水通过所述底部连通管从左向右流动，对所述管结构的右侧竖管进行补充，直到所述管结构的右侧竖管水位再次淹没中部连通管，形成新的平衡；所述水位自动控制装置无需电源，在负压水箱储水充足时，能够自动补偿因蒸发和植物蒸腾作用降低的水位；所述管结构固定于一铁架台上，所述管结构所处位置高度可自由调节，从而设定不同的平衡水位。
可选的，所述连接管为乳胶软管。
可选的，所述负压水箱材质透明，且具备刻度线。
可选的，所述管结构的中部连通管与水平方向有-3°夹角，中部连通管内径不应小于6mm。
可选的，连接负压水箱和管结构的辅助导气管和导水管组合为为上、下并联的双管，所述辅助导气管和所述导水管均为乳胶软管，所述辅助导气管和所述导水管内径均不小于6mm，避免弯折，同时负压水箱出水口的绝对高度高于所述管结构的中部连通管。
可选的，多套装置通过分水排并联在一个储水箱下，用于生态学盆栽实验中多个处理的控制。
装置主要部件采用有机玻璃材质制作，使用乳胶软管连接各部件，连接方式见附图1。
在负压水箱储水充足的情况下，管结构右侧管与盆栽装置内部达成水位平衡后，负压水箱中的水将不再流出。随着蒸发和植物蒸腾消耗土壤中的水分，盆栽装置的水位降低，由于管结构右侧与盆栽形成一个连通器，所以管结构右侧管水位亦同步下降。当水位下降至露出与管结构左侧相连的管孔时，由于流体内部的压力平衡被打破，空气将从该孔进入，等体积的水则通过管结构底部从左向右流动，对右侧管进行补充。直到右侧管水位再次淹没管结构中部的连通孔，由于大气压力，负压水箱中的水不再流出，此时即形成新的平衡。这样一个负反馈的调节循环即可维持管结构右侧水位始终位于连通孔上下界范围内，由此即可完成对盆栽装置的水位控制。
通过读取负压水箱的水位刻度变化即可获得植物消耗的水量。
当负压水箱储水不足时，需要关闭负压水箱的出水口，打开负压水箱的入水口，由储水箱或直连水龙头为其补水。补水完成后重新封闭负压水箱的入水口，打开负压水箱的出水口即可。
附图说明
图1为水位自动控制装置结构示意图；
图2为水位自动控制装置中管结构剖视图；
图3为水位自动控制装置中负压水箱剖视图；
其中，附图标记为：1、负压水箱；2、管结构；3、滤网；4、铁架台；5、盆栽容器；6、设定水位；7、乳胶软管；8、辅助导气管；801、负压水箱的辅助导气口；802、管结构的辅助导气口；9、入水口；10、中部连通管；11、底部连通管；12、出水口；13、溢流孔；14、负压水箱的入水口；15、阀门；16、刻度线；17、负压水箱的出水口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
某实验组计划进行一批土柱盆栽实验，盆栽容器为直径11cm，高40cm的PVC管(底部封口)，采用本装置对植物供水，需长期维持盆栽水位高度为15cm。
1、按照附图1所示连接装置各部件，调节管结构2在铁架台4上的高度并固定，管结构2的中部连通管10所处的高度即是目标水位高度。
2、封闭负压水箱的出水口17，打开负压水箱的入水口14，通过水龙头或蓄水箱为负压水箱1注水。
3、封闭负压水箱的入水口14，打开负压水箱的出水口17，水将从负压水箱1中流出，通过管结构2，进入盆栽容器5，直到达成管结构2右侧水位与盆栽容器5内水位的平衡。此后，只要负压水箱1储水充足，则盆栽容器5的水位即可保持稳定。当负压水箱1的水即将耗尽时，重复步骤2即可。
Claims (6)
1.一种土柱盆栽实验水位自动控制装置，其特征是：包括负压水箱，且所述负压水箱出、入水口设置阀门，所述负压水箱密闭性良好，正常工作时关闭其入水口；管结构，所述管结构包括连通左、右两侧竖管的中部连通管和底部连通管，所述管结构的辅助导气口与所述负压水箱的辅助导气口通过辅助导气管连接，所述管结构的入水口与所述负压水箱的出水口通过导水管连接，所述管结构的出水口通过一连接管与盆栽容器连接；所述连接管的出水端口和管结构内部均设置滤网；
所述管结构的右侧竖管与盆栽容器形成一个连通器，当盆栽装置的水位降低，所述管结构的右侧竖管水位同步下降，当所述管结构的右侧竖管水位下降至露出中部连通管时，空气通过所述辅助导气管从所述中部连通管进入，等体积的水通过所述底部连通管从左向右流动，对所述管结构的右侧竖管进行补充，直到所述管结构的右侧竖管水位再次淹没中部连通管，形成新的平衡；所述水位自动控制装置无需电源，在负压水箱储水充足时，能够自动补偿因蒸发和植物蒸腾作用降低的水位；所述管结构固定于一铁架台上，所述管结构所处位置高度可自由调节，从而设定不同的平衡水位。
2.根据权利要求1所述的土柱盆栽实验水位自动控制装置，其特征是：所述连接管为乳胶软管。
3.根据权利要求1所述的土柱盆栽实验水位自动控制装置，其特征是：所述负压水箱材质透明，且具备刻度线。
4.根据权利要求1所述的土柱盆栽实验水位自动控制装置，其特征是：所述管结构的中部连通管与水平方向有-3°夹角，中部连通管内径不应小于6mm。
5.根据权利要求1所述的土柱盆栽实验水位自动控制装置，其特征是：连接负压水箱和管结构的辅助导气管和导水管组合为为上、下并联的双管，所述辅助导气管和所述导水管均为乳胶软管，所述辅助导气管和所述导水管内径均不小于6mm，避免弯折，同时负压水箱出水口的绝对高度高于所述管结构的中部连通管。
6.根据权利要求1所述的土柱盆栽实验水位自动控制装置，其特征是：多套装置通过分水排并联在一个储水箱下，用于生态学盆栽实验中多个处理的控制。
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