CN104596882A - 一种大气凝结水测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及重量测定技术领域，尤其涉及一种大气凝结水测定装置。该装置包括用于放置在待测地表土壤中的：电子天平、土样桶、外罩和防水部件；土样桶通过竖杆与电子天平的承载部位抵接，且土样桶的桶底外周开设有渗水孔；外罩罩装于所述土样桶和竖杆的外侧，外罩呈上大下小的阶梯状，且其中部台阶的外侧开设有排水孔，外罩的下部小尺寸段与所述电子电平非接触；防水部件设置在电子天平的外侧，以保持干燥状态；还包括通过线缆与电子天平信号连接的数据采集器，以采集重量值。应用本发明，能够在确保地表结构关系自我保存能力的前提下遵循自然条件，基于电子天平和数据采集器的配合能够精确地进行大气凝结水测定，使用简单方便，具有较好的可操作性。

Description

一种大气凝结水测定装置

技术领域

本发明涉及重量测定技术领域，尤其涉及一种大气凝结水测定装置。

背景技术

大气凝结水是地表水分来源之一，在土壤水量平衡中起一定的补充作用。对于特殊种植区域而言，例如在干旱半干旱的包气带土壤系统中，凝结水是水均衡系统中要素之一，直接影响其生态环境。显然，大气凝结水量的精确测定，对于相应区域的生态环境有着非常重要的作用。

目前，受自身结构原理的限制存，现有的大气凝结水测定仪器在需要定期将样品拿出地表称重，存在操作复杂的缺陷；其测定的水分包括了空气的凝结水和植被叶片自身代谢排出的水(叶片吐水)两部分总和，引起测量值偏高，实验数据不准确。而蒸渗仪主要用于测定土壤蒸发、降水入渗、植物蒸腾等，一般是设在林下或田间的大型仪器，操作较复杂，且工程量大，对土样破坏较大，无法保证近自然状态；特别是，大型仪器价格昂贵，不便于推广。

有鉴于此，亟需针对现有技术存在的上述不足进行优化设计，在精确测定大气凝结水的基础上，有效提升其可操作性，符合近自然研究的测定发展趋势。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中大气凝结水的测定精度低，操作性差，以及无法保证近自然状态的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大气凝结水测定装置，包括用于放置在待测地表土壤中的：电子天平、土样桶、外罩和防水部件；其中，所述土样桶通过竖杆与所述电子天平的承载部位抵接，且所述土样桶的桶底外周开设有渗水孔；所述外罩罩装于所述土样桶和竖杆的外侧，所述外罩呈上大下小的阶梯状，且其中部台阶的外侧开设有排水孔，所述外罩的下部小尺寸段与所述电子电平非接触；所述防水部件设置在所述电子天平的外侧，以保持干燥状态；还包括通过线缆与所述电子天平信号连接的数据采集器，以采集重量值。

优选地，所述土样桶的渗水孔为多个，且周向均布设置于所述桶底；所述外罩的中部台阶呈内高外低状，在水平投影面内，所述渗水孔位于所述外罩的下部小尺寸段的外侧。

优选地，所述土样桶与所述竖杆可拆卸连接。

优选地，所述竖杆的上端固定设置有连接盘，所述连接盘与所述土样桶的桶底通过螺纹紧固件连接，且所述连接盘上开设有与所述桶底上渗水孔相对设置的通孔。

优选地，所述防水部件包括：底壳，容置所述电子天平；和顶盖，设置在所述底壳的上沿处，且所述外罩的下部小尺寸段穿过所述顶盖伸入所述底壳。

优选地，所述顶盖采用海绵制成。

优选地，所述底壳内设置有垫板，所述电子天平通过两个支撑部件设置在所述防水部件内。

优选地，所述支撑部件与所述电子天平的底部线接触，且在每个所述支撑部件与所述电子天平之间设置有底部调节机构，以调整所述支撑部件的工作高度。

优选地，所述外罩与所述土样桶的上沿齐平。

优选地，还包括设置在所述土样桶上方的遮雨棚。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：实际应用时，在待测地表沿地面垂直向下挖出一坑穴，即可将电子天平、土样桶及外罩和防水部件等构件置入，对地表破坏程度较低；大气凝结水集结于土样桶内，或者一定量的凝结水自土样桶渗水孔及外罩排水孔排出后，均可由电子天平精确测得其重量值；由此，经由数据采集器获得相邻采集时刻的重量差变化，进而可获得精确地大气凝结水测定结果。与传统大气凝结水测定方式相比，应用本发明能够在减少地表扰动，最大限度的维持自然状态或模拟近自然状态，基于电子天平和数据采集器的配合能够精确地进行大气凝结水测定，使用简单方便，成本较低且具有较好的可操作性。

在本发明的优选方案中，土样桶与竖杆采用可拆卸连接的方式，可根据具体情况将土样桶取出，完成土样的更换或者进行必要的土质测定等操作，而无需将预置构件全部取出，进一步提高了整体装置的可操作性。

在本发明的另一优选方案中，防水部件的顶盖采用海棉制成，一方面可吸附自外罩排水孔排出的大汽凝结水，满足防水的基本功能；另外，海棉与外周土壤接触进而可将凝结水引流至外周，保持周围土壤温湿度等因子的自然状态，从而建议可靠的凝结水排放路径，为整体装置的正常使用提供了可靠的保障。

附图说明

图1是具体实施方式中所述大气凝结水测定装置的整体结构剖面示意图；

图2是具体实施方式中所述土样桶与连接盘之间的装配关系示意图；

图3是图1中所示大气凝结水测定装置的使用状态剖面示意图。

图中：

电子天平1、土样桶2、渗水孔21、外罩3、上部大尺寸段31、下部小尺寸段32、中部台阶33、排水孔331、防水部件4、底壳41、顶盖42、数据采集器5、竖杆6、连接盘7、通孔71、螺纹紧固件72、垫板8、支撑部件9、遮雨棚10、木板11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；方位词“上”、“下”以本发明的实际使用姿态为基准定义，方位词“内”、“外”以相应构件的几何中心为基准定义，显然，上述方位词的使用仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。因此，不能理解为对本发明的限制。

请参见图1，该图为本实施方式所述大气凝结水测定装置的整体结构剖面示意图。

该测定装置主要包括电子天平1、土样桶2、外罩3、防水部件4和数据采集器5；实际应用时，电子天平1、土样桶2、外罩3和防水部件4放置在待测地表土壤中。如图所示，土样桶2用于容置原状土，当然为了与待测区域的自然生态条件一致，保证土壤结构不被改变或破坏，可种上当地乡土灌草植株；该土样桶2通过竖杆6与电子天平1的承载部位抵接，土样桶2的桶底开设有渗水孔21，以便在大气凝结水大量积聚后排出；需要明确的是，渗水孔21的直径应当确保装进土样桶中的土不会小孔漏出来；另外，或者可以在装土前在土样桶2底部铺一层纱网，达到防止漏土的目的。这里的“承载部件”是指，电子天平1的用于测重的工作区域。

外罩3罩装于土样桶2和竖杆6的外侧，该外罩3整体呈上大下小的阶梯状。为了最大限度的接近自然状态，外罩3与土样桶2的上沿齐平，同时土样桶2内土样上表面与周围地表水平。如图所示，上部大尺寸段31主要罩装于土样桶2外侧，下部小尺寸段32罩装于竖杆6的外侧，两者之间具有中部台阶33，该中部台阶33的外侧开设有排水孔331，以进一步将大气凝结水排出装置，以保持电子天平1精确反应土样桶2重量变化。需要保证，外罩3的下部小尺寸段32与电子电平1非接触，只要保证预定距离达成实时反应基本称重功能的需要均可。应当理解，外罩3可以采用整体一体式设计，也可以采用分体式设计，即上部大尺寸段31、下部小尺寸段32和中部台阶33分别加工后组装固定为一体；相比较而言，分体式加工的设计工艺性较佳。

防水部件4设置在电子天平1的外侧，以保持干燥状态，使得其称重功能不受凝结水等的影响；需要说明的是，这里的“干燥状态”是指满足电子天平1的正常工作及常规使用寿命的使用状态。数据采集器5通过线缆与电子天平1信号连接，以采集重量值。

需要说明的是，电子天平1的选择精度直接影响测量精度，优选精度为千分之一的电子天平作为重量加载装置，天平的电池为氧化银纽扣电池，更换频率为每月一次，天平长、宽、高分别为10cm*10cm*2cm，外形尺寸较小，在待测地表挖出一相应尺寸坑穴，即可将电子天平、土样桶及外罩和防水部件等构件置入，对地表破坏程度较低。此外，数据采集器5也可以根据不同区域地表特质进行选择，通常情况下选择datataker数据采集器即可满足大部分待测要求，datataker数据采集器的供电由220V转换为12V即可，每10min记录一次重量值，并以此作为大气凝结水量的测定基础。

相对于土样桶2的横截面，其桶底上开设的渗水孔21可以为多个，且周向均布设置于桶底，以便均衡进行大气凝结水的排出；为了避免凝结水落入外罩3的下部小尺寸段32，在水平投影面内，每个渗水孔21位于外罩3的下部小尺寸段32的外侧。

另外，土样桶2与竖杆6之间可以采用固定连接，也可以采用可拆卸固定连接的方式。例如，竖杆6的上端固定设置有连接盘7，连接盘7与土样桶2的桶底通过螺纹紧固件8连接，且连接盘7上开设有与桶底上渗水孔21相对设置的通孔71；也就是说，保证土样桶2上的渗水也21与连接盘7上的通孔71完全吻合，在实现土样桶2可拆卸连接的基础上，不影响积存大气冷凝水的排放。如图2所示，该图示出土样桶与连接盘之间的装配关系示意图。具体地，在连接盘7和土样桶2的桶底部确定靠近边缘的三个均布连接点，并采用螺纹紧固件72连接在一起，或者采用卡扣连接形式。当需要土样的更换或者进行必要的土质测定等操作时，可根据具体情况松开螺纹紧固件，即可将土样桶取出，完成，而无需将预置构件全部取出，进一步提高了整体装置的可操作性。

应当理解，土样桶2与竖杆6之间的可拆卸连接方式，可以通过不同的构件或结构配合关系实现，例如，在土样桶的底部设置螺纹连接附座，竖杆上端通过外螺纹段与其旋紧形成可拆卸连接，也就是说，只要满足两者之间的上述功能需要均在本申请请求保护的范围内。

另外，对于保持电子天平1干燥工作状态的防水部件4，同样可以采用不同的技术手段实现。本方案中，防水部件4包括两部分底壳41和顶盖42，其中的底壳41容置电子天平1，顶盖42设置在底壳41的上沿处，形成相对密封的容置空间；相应地，且外罩3的下部小尺寸段32穿过该顶盖42伸入底壳41。由此，可完全规避影响电子天平1正常工作的状况出现。优选地，顶盖42可以采用海绵制成，可吸附自外罩排水孔排出的大汽凝结水，满足防水的基本功能；另外，海棉与外周土壤接触进而可将凝结水引流至外周，从而建议了可靠的凝结水排放路径。

为了确保电子天平1的水平工作姿态，优选在底壳41内设置有垫板8，电子天平1可以通过两个支撑部件9设置在防水部件4内；每个支撑部件9与电子天平1的底部线接触。如图1所示，两个支撑部件9为三棱柱，与电子天平1线接触，建立稳定的支撑平面；仅就线接触的配合关系来说，不局限于图中所示的三棱柱状支撑部件9。

同时，进一步通过底部调节机构辅助完成顶部支撑部件9工作高度微调，实现电子天平1工作姿态的精确调整。可以理解的是，基于现有技术的状况，本领域技术人员可以选用不同的底部调节机构，故本文不再赘述。

为了防止降雨对装置的干扰，在土样桶2上方可以设置遮雨棚10，由此使得雨天仍然可进行大气凝结水的测定，而不受天气情况的影响。优选地，遮雨棚10的开张角度为150°左右，可减小遮雨棚对风的影响，保证近自然环境。具体请参见图3，该图示出了大气凝结水测定装置的使用状态剖面示意图。

实际使用时，在土样桶2内装好土样或者种上小植物，将整个装置放在挖好的土壤坑穴内，在土壤坡面底部放置水平木板11，保证整个装置的基础水平，同时保证土样桶2内部土样的上表面与周围地表水平。此外，还可以在放置装置的附近2m处削低地表，利于降雨后雨水排泄，进一步为确保大气凝结水的精确测定。除上述措施外，为了更进一步提升测定精度，上述装置可在使用时同时布设三个或三个以上，通过求平均得出的最终大气凝结水量的测定值；当然，注意采集的时钟需保持一致，也即同一时刻采集。

特别说明的是，本实施方式所述大气凝结水测定装置的构成中，除电子天平1、数据采集器5外，土样桶2、外罩3、底壳41、竖杆6、连接盘7、垫板8及支撑部件9等其他构件的材质选择范围，相对较为宽泛。例如，土样桶2和连接盘7可以采用铝材制造，可适应土壤湿度且自重较轻，垫板8可以采用木板或者金属板，支撑部件9也可以采用木材或者铝材制成，显然，上述材料例举对本方案的实质内容不构成任何限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种大气凝结水测定装置，其特征在于，包括用于放置在待测地表土壤中的：

电子天平；

土样桶，所述土样桶通过竖杆与所述电子天平的承载部位抵接，且所述土样桶的桶底开设有渗水孔；

外罩，罩装于所述土样桶和竖杆的外侧，所述外罩呈上大下小的阶梯状，且其中部台阶的外侧开设有排水孔，所述外罩的下部小尺寸段与所述电子电平非接触；和

防水部件，设置在所述电子天平的外侧，以保持干燥状态；还包括：

数据采集器，通过线缆与所述电子天平信号连接，以采集重量值。

2.根据权利要求1所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述土样桶的渗水孔为多个，且周向均布设置于所述桶底；所述外罩的中部台阶呈内高外低状，在水平投影面内，所述渗水孔位于所述外罩的下部小尺寸段的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述土样桶与所述竖杆可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述竖杆的上端固定设置有连接盘，所述连接盘与所述土样桶的桶底通过螺纹紧固件连接，且所述连接盘上开设有与所述桶底上渗水孔相对设置的通孔。

5.根据权利要求1所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述防水部件包括：

底壳，容置所述电子天平；和

顶盖，设置在所述底壳的上沿处，且所述外罩的下部小尺寸段穿过所述顶盖伸入所述底壳。

6.根据权利要求5所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述顶盖采用海绵制成。

7.根据权利要求5或6所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述底壳内设置有垫板，所述电子天平通过两个支撑部件设置在所述防水部件内。

8.根据权利要求7所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述支撑部件与所述电子天平的底部线接触，且在每个所述支撑部件与所述电子天平之间设置有底部调节机构，以调整所述支撑部件的工作高度。

9.根据权利要求1所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，所述外罩与所述土样桶的上沿齐平。

10.根据权利要求1所述的大气凝结水测定装置，其特征在于，还包括设置在所述土样桶上方的遮雨棚。