CN105572021B - 农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，由流速模拟装置、电化学实验装置、流速测定装置组成，所述流速模拟装置包括水槽、泵、吸水管、出水管和外套管，所述流速测定装置由压力计与毕托管组成，所述电化学实验装置包括待测水管、土壤层、塑料套、信号线和三电极体系。利用泵进行液体的流量调节，在覆盖土壤层的水管段，就能够形成模拟农田灌溉的使用场景，在三个电极接通电化学工作站后，测定不同流速下的极化曲线，不同流速、不同阴极保护电位下的电化学阻抗谱，进而得到相关腐蚀参数。与现有技术相比，本发明的技术方案制作简单，成本低，操作简单。

Description

农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置

技术领域

本发明属于电化学检测技术领域，更加具体地说，涉及一种模拟农田灌溉用水管流量测定装置及其在电化学检测农田中土壤对于水管腐蚀行为的应用。

背景技术

现有技术中，土壤腐蚀性评价常采用多项指标综合评价法，该法是将各项土壤理化指标评分，而后进行腐蚀性等级评价。该种方法考虑的因素过多，实际运用中有时难以收集齐全。

其中，多项指标综合评价法需对土壤进行电阻率及氧化还原电位的测量。土壤电阻率测量一般是采用在土壤中埋设两个电极针。因潮湿的土壤具有导电性能，在电极间施加测量电压即可测量出土壤电阻率。土壤的氧化还原电位是利用参比电极和铂电极组成测量电池，用电位计测量电池电动势，计算出铂电极上的平衡电位，进而得出土壤的氧化还原电位。此两种测量方法均基于潮湿的土壤具有导电性能，可在外电压下形成电子移动。例如，对于甘肃、温带暖温带、荒漠土壤区、砂石含量大、土壤干燥、地下水水位较深，在测量土壤电阻率、氧化还原电位时会因砂石存在阻隔电子的移动，使测量出现较大偏差，使用该种方法不能正确分析评价土壤腐蚀。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，来对灌溉水管进行保护，装置简单、操作方便。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，由流速模拟装置、电化学实验装置、流速测定装置组成，其中：

所述流速模拟装置包括水槽、泵、吸水管、出水管和外套管；所述吸水管的出水端口与泵相连，吸水管的进水端口设置在水槽中；所述出水管的进水端口与泵相连，出水管的出水端口设置在水槽中，并与外套管的进水端口固定相连；所述外套管的出水端口设置在待测水管中央并与待测水管同轴，外套管的出水端口设置在待测水管的右端。泵由吸水管吸水，在出水管口获得有一定初始流速的水流，该流速的水流经外套管，在外套管的出水端口获得最终流速，即在待测水管内部形成模拟的流速，可通过调整泵的功率(泵的功率越大，初始流速越大)，形成大小可调的模拟流速；

选择水泵的额定功率为2.2KW，400x70x50mm的封闭槽，吸水管和出水管的直径为2.5mm，外套管直径为2.8mm(略大于吹水管的直径即可)，这样一来，与整个水槽相比，吸水管、出水管和外套管的直径较小，仅仅能够在进水端口和出水端口附近产生水流，这一水流比较小且不会引起整个水槽内水流的变化。

所述流速测定装置由压力计与毕托管组成，所述毕托管的测量头部设置在待测水管中央并与待测水管同轴，毕托管的测量头部设置在待测水管的左端。所述毕托管的尾部十字口与压力计相连，外套管出水端口的水流流经样品后经过毕托管的测量头部，产生一个压力，反应到压力计上，通过压力计计算出毕托管测量头部的动压，利用上述内容中公式测定样品附近的流速。

所述电化学实验装置包括待测水管、土壤层、塑料套、信号线和三电极体系，待测水管外侧设置有土壤层，所述土壤层设置在塑料套内，所述塑料套与待测水管密封连接，在所述待测水管的径向上，与所述土壤层齐平的待测水管的左右两端内径和外侧设置有土壤层的待测水管的管壁组成测试区域，在测试区域中，与所述土壤层齐平的待测水管的左右两端内径构成测试区域的左右边界，毕托管的测量头部与测试区域的左边界齐平，外套管与测试区域的右边界齐平；在径向上所述待测水管的中央与毕托管的测量头部的中央、外套管的中央位于同一水平面上；所述三电极体系包括工作电极、参比电极、辅助电极和电化学工作站，所述参比电极和辅助电极设置在测试区域中，所述待测水管上与土壤层接触的部分为工作电极，在所述工作电极、参比电极和辅助电极上分别设置信号线，用于电化学工作站相连。

在上述技术方案中，所述压力计为U型压力计，所述毕托管的尾部十字口与压力计通过软导管相连。

在上述技术方案中，在所述三电极体系中，所述参比电极为饱和甘汞电极(SCE电极)，所述辅助电极为铂电极，所述电化学工作站为PARSTAT2273电化学工作站。

接通泵电源，使贮水槽形成稳定的水循环体系。通过调节泵的功率来获取不同的流速：比如2m/s，4m/s，6m/s。

利用U型压力计与毕托管配合确定流速，将毕托管测量头部放在与外套管口中心和测试样品位于同一水平线的位置，水流流经毕托管测量头部时会产生一个压力，反应到压力计上，通过压力计计算出毕托管头部测得的动压，利用

式中：V—水流速(m/s)

K—毕托管系数

P—通过毕托管测得的动压(Pa)

ρ—流体密度(kg/m³)

在上述技术方案中，利用泵进行液体的流量调节，在覆盖土壤层的水管段，就能够形成模拟农田灌溉的使用场景，在三个电极接通电化学工作站后，测定不同流速下的极化曲线，不同流速、不同阴极保护电位下的电化学阻抗谱，进而得到相关腐蚀参数。

与现有技术相比，本发明的技术方案制作简单，成本低，操作简单。本发明能够模拟0～20m/s流速下的电化学实验，流速稳定，模拟腐蚀过程真实有效。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中1为吸水管，2为出水管，3为毕托管，4为软导管，5为水槽，6为外套管，7为塑料套，8为土壤层，9为信号线，10为待测水管。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如附图所示，农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，由流速模拟装置、电化学实验装置、流速测定装置组成，其中：

所述流速模拟装置包括水槽、泵、吸水管、出水管和外套管；所述吸水管的出水端口与泵相连，吸水管的进水端口设置在水槽中；所述出水管的进水端口与泵相连，出水管的出水端口设置在水槽中，并与外套管的进水端口固定相连；所述外套管的出水端口设置在待测水管中央并与待测水管同轴，外套管的出水端口设置在待测水管的右端。泵由吸水管吸水，在出水管口获得有一定初始流速的水流，该流速的水流经外套管，在外套管的出水端口获得最终流速，即在待测水管内部形成模拟的流速，可通过调整泵的功率(泵的功率越大，初始流速越大)，形成大小可调的模拟流速；

选择水泵的额定功率为2.2KW，400x70x50mm的封闭槽，吸水管和出水管的直径为2.5mm，外套管直径为2.8mm(略大于吹水管的直径即可)，这样一来，与整个水槽相比，吸水管、出水管和外套管的直径较小，仅仅能够在进水端口和出水端口附近产生水流，这一水流比较小且不会引起整个水槽内水流的变化。

所述流速测定装置由压力计与毕托管组成，所述毕托管的测量头部设置在待测水管中央并与待测水管同轴，毕托管的测量头部设置在待测水管的左端。所述毕托管的尾部十字口与压力计相连，外套管出水端口的水流流经样品后经过毕托管的测量头部，产生一个压力，反应到压力计上，通过压力计计算出毕托管测量头部的动压，利用上述内容中公式测定样品附近的流速。

所述电化学实验装置包括待测水管、土壤层、塑料套、信号线和三电极体系，待测水管外侧设置有土壤层，所述土壤层设置在塑料套内，所述塑料套与待测水管密封连接，在所述待测水管的径向上，与所述土壤层齐平的待测水管的左右两端内径和外侧设置有土壤层的待测水管的管壁组成测试区域，在测试区域中，与所述土壤层齐平的待测水管的左右两端内径构成测试区域的左右边界，毕托管的测量头部与测试区域的左边界齐平，外套管与测试区域的右边界齐平；在径向上所述待测水管的中央与毕托管的测量头部的中央、外套管的中央位于同一水平面上；所述三电极体系包括工作电极、参比电极、辅助电极和电化学工作站，所述参比电极和辅助电极设置在测试区域中，所述待测水管上与土壤层接触的部分为工作电极，在所述工作电极、参比电极和辅助电极上分别设置信号线，用于电化学工作站相连。

在上述技术方案中，所述压力计为U型压力计，所述毕托管的尾部十字口与压力计通过软导管相连。

在上述技术方案中，在所述三电极体系中，所述参比电极为饱和甘汞电极(SCE电极)，所述辅助电极为铂电极，所述电化学工作站为PARSTAT2273电化学工作站。

接通泵电源，使贮水槽形成稳定的水循环体系。通过调节泵的功率来获取不同的流速：比如2m/s，4m/s，6m/s。

利用U型压力计与毕托管配合确定流速，将毕托管测量头部放在与外套管口中心和测试样品位于同一水平线的位置，水流流经毕托管测量头部时会产生一个压力，反应到压力计上，通过压力计计算出毕托管头部测得的动压，利用

式中：V—水流速(m/s)

K—毕托管系数

P—通过毕托管测得的动压(Pa)

ρ—流体密度(kg/m³)

在上述技术方案中，利用泵进行液体的流量调节，在覆盖土壤层的水管段，就能够形成模拟农田灌溉的使用场景，在三个电极接通电化学工作站后，测定不同流速下的极化曲线，不同流速、不同阴极保护电位下的电化学阻抗谱，进而得到相关腐蚀参数。

与现有技术相比，本发明的技术方案制作简单，成本低，操作简单。本发明能够模拟0～20m/s流速下的电化学实验，流速稳定，模拟腐蚀过程真实有效。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，其特征在于，由流速模拟装置、电化学实验装置、流速测定装置组成，其中：

所述流速模拟装置包括水槽、泵、吸水管、出水管和外套管；所述吸水管的出水端口与泵相连，吸水管的进水端口设置在水槽中；所述出水管的进水端口与泵相连，出水管的出水端口设置在水槽中，并与外套管的进水端口固定相连；所述外套管的出水端口设置在待测水管中央并与待测水管同轴，外套管的出水端口设置在待测水管的右端；

所述流速测定装置由压力计与毕托管组成，所述毕托管的测量头部设置在待测水管中央并与待测水管同轴，毕托管的测量头部设置在待测水管的左端；所述毕托管的尾部十字口与压力计相连；

所述电化学实验装置包括待测水管、土壤层、塑料套、信号线和三电极体系，待测水管外侧设置有土壤层，所述土壤层设置在塑料套内，所述塑料套与待测水管密封连接，在所述待测水管的径向上，与所述土壤层齐平的待测水管的左右两端内径和外侧设置有土壤层的待测水管的管壁组成测试区域，在测试区域中，与所述土壤层齐平的待测水管的左右两端内径构成测试区域的左右边界，毕托管的测量头部与测试区域的左边界齐平，外套管与测试区域的右边界齐平；在径向上所述待测水管的中央与毕托管的测量头部的中央、外套管的中央位于同一水平面上；所述三电极体系包括工作电极、参比电极、辅助电极和电化学工作站，所述参比电极和辅助电极设置在测试区域中，所述待测水管上与土壤层接触的部分为工作电极，在所述工作电极、参比电极和辅助电极上分别设置信号线。

2.根据权利要求1所述的农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，其特征在于，所述压力计为U型压力计，所述毕托管的尾部十字口与压力计通过软导管相连。

3.根据权利要求1所述的农田灌溉用水管的模拟流速测定和腐蚀行为的装置，其特征在于，在所述三电极体系中，所述参比电极为饱和甘汞电极，所述辅助电极为铂电极，所述电化学工作站为PARSTAT2273电化学工作站。