CN106442210B - 气量法土壤含水量检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用气量法检测土壤水分含量的专用装置和采用该装置进行土壤水分含量检测的方法。其中气量法土壤含水量检测装置，包括反应罐，所述反应罐包括罐体、设置在罐体顶部的外盖以及设置在外盖下方的内盖，所述罐体顶部具有开口，内部具有空腔，所述内盖中部具有反应平台，所述反应平台上设有开口，所述外盖上设有若干通孔，所述外盖与内盖之间设有过滤层，所述罐体底部为弧面。本发明提供的检测装置结构简单，方法操作简便，反应完全、迅速，能够准确地测量土壤在3‑60%之间的质量含水量，与现有的仪器监测法和取土烘干法相比较，大幅降低了成本投入，大幅提升了检测效率，具有很高的推广价值。

Description

气量法土壤含水量检测装置及方法
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种采用气量法测量土壤含水量的装置及土壤含水量的检测方法。
背景技术
土壤墒情监测是抗旱的重要基础工作，墒情监测要求测量墒情站土壤含水量，基本测量方法有人工取土烘干法和自动监测仪器法等。墒情自动监测仪器按照使用方法可分为固定埋设式和便携式，固定埋设式监测仪器所在位置的土壤结构和环境变化难以与大田保持同步，监测数据代表性较差。便携式监测仪器可直接在大田使用，但在干旱或土壤粘度较大时，难以插入土壤，容易损坏监测仪器，多次多点测量时监测仪器传感器与土壤接触程度难以保持一致，影响监测数据准确度。此外，墒情自动监测仪器安装后，还应与墒情站土壤建立新的率定公式，通过与人工取土烘干法得到的重量含水量进行对比分析，其监测数据误差小于规范要求时方可使用。而率定公式及对比观测分析过程中耗费大量人力和资金，耗时较长。相比仪器而言，人工取土烘干法的准确性较高。但人工取土烘干法耗时长，监测数据时效性较差，而且野外取样到室内烘干过程中土壤水分有一定损失，而且具体操作时烘干时间掌握尺度不一致，这些因素也会影响监测数据准确度。此外，现有人工取土方式会破坏环刀内原状土结构，影响测量数据的准确性。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种采用气量法检测土壤水分含量的专用装置和采用该装置进行土壤水分含量检测的方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
气量法土壤含水量检测方法，包括如下步骤：
步骤A，将若干粉碎球放入罐体底部；
步骤B，称量合适重量的待测土壤样品，放入罐体内；
步骤C，将内盖置入罐体顶部且保持罐体呈竖直状态，内盖的反应平台上放有称量合适重量的碳化钙；盖好外盖；
步骤D，称量反应前反应罐整体重量；
步骤E，摇动或旋转反应罐体，并且令内盖中的全部碳化钙落入反应罐体内；
步骤F，持续摇动或旋转反应罐体，令反应罐体内碳化钙与土壤充分接触反应；
步骤G，称量反应后反应罐整体重量；
步骤H，根据反应前反应罐整体重量、反应后反应罐整理重量、待测土壤样品重量计算土壤含水量。
进一步的，所述步骤E中反应罐体放置在自动旋转装置或自动摇晃装置中。
气量法土壤含水量检测装置，包括反应罐，所述反应罐包括罐体、设置在罐体顶部的外盖以及设置在外盖下方的内盖，所述罐体顶部具有开口，内部具有空腔，所述内盖中部具有反应平台，所述反应平台上设有开口，所述外盖上设有若干通孔，所述外盖与内盖之间设有过滤层，所述罐体底部为弧面。
进一步的，还包括自动旋转装置或自动摇晃装置，所述自动旋转装置用于旋转反应罐，所述自动摇摆装置用于摇晃反应罐。进一步的，所述反应平台低于罐体顶部。
进一步的，所述罐体包括内胆和设置在内胆外的外壳。
进一步的，所述外壳底部设有透气孔。
进一步的，所述外壳包括可拆卸的底盖。
进一步的，所述外壳内壁上端设有限位突起，所述限位突起用于限制内胆的顶部高度。
进一步的，所述过滤层包括两层滤布。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明提供的检测装置结构简单，方法操作简便，反应完全、迅速，能够准确地测量土壤在3-60%之间的质量含水量，与现有的仪器监测法和取土烘干法相比较，大幅降低了成本投入，大幅提升了检测效率，具有很高的推广价值。
附图说明
图1为本发明提供的气量法土壤含水量检测装置中反应罐剖视图。
图2为外盖仰视图。
图3为内盖俯视图。
图4为包含有自动旋转装置的气量法土壤含水量检测装置剖视图。
图5为设置在读数装置上的反应罐剖视图。
附图标记列表：
1-反应罐，2-罐体，201-内胆，202-外壳，203-透气孔，204-底盖，3-内盖，4外盖，5-通孔，6-压盖，7-滤布，8-O形圈，9-开口，10-反应平台，11-旋转座，12-旋转驱动机构，13-显示屏，14-称重装置，15-旋转固定架。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
请参阅附图1～4，图中所示的气量法土壤含水量检测装置包括反应罐1，反应罐1包括罐体2、罐内顶部设置有内盖3和外盖4，其中内盖3设置在外盖4下方。罐体2顶部具有开口，内部具有一定容积的空腔，罐体2底部为弧面，便于罐内反应物向罐底集中，利于反应物的充分反映。本实施例中罐体2为双层结构，分别包括内胆201和套在内胆外的隔热外壳202，内胆优选采用不锈钢、铝等耐用性好且不会与碳化钙起反应的材料制成，由于反应罐1内在反应过程中会产生热量，隔热外壳能够起到良好的隔热效果，防止手持罐体反应时烫伤。需要说明的是，双层结构仅仅为罐体的一种优选方式，我们也可以采用较为厚实的非金属材质来制作单层反应罐，当采用自动装置来旋转晃动反应罐时，罐体1仅具备内胆层即可满足需求。内盖3边缘搭接在内胆201顶端，内盖3中部下沉形成反应平台10，在反应平台的一边设有开口9，在使用反应罐1时，碳化钙即放置在反应平台上并远离开口，反应平台的下沉式设计便于碳化钙在需要反应时落入开口。外盖4上设有若干通孔5，用于气体逸。外盖4扣在外壳202顶端，外盖4底部设有压盖6，压盖401上端固定有两层滤布7，压盖6通过O形圈8固定在外盖4上从而将滤布固定在外盖底部。滤布能够防止罐内反应物在反应过程中洒出。实际使用过程中，滤布也可以固定在罐体2顶端，其只要设置在内外盖之间即可满足需求，此外，滤布也可采用其他能够起到过滤效果的材料，如无纺布等。
作为改进，在外壳202的底部设有透气孔203，用于外壳内外空气交换以便散出反应过程中产生的热量，防止罐内因密闭过热导致变形损坏或引发其他危险事件。
图1中外壳202底部设有可拆卸的底盖204，透气孔即设置在底盖204上。安装罐体时打开底盖即可将内胆由外壳底部放入外壳中。在外壳内壁上端还设有限位突起，安装内胆时内胆应正好抵住该限位突起，该限位突起部用于对内胆起到限位作用。
此外，本装置还包括自动摇晃装置或自动旋转装置，自动摇晃装置用于摇晃反应罐，自动旋转装置用于旋转反应罐。以图3中自动旋转装置为例，自动旋转装置包括用于固定反应罐的旋转固定架15、旋转座11以及能够驱动旋转座旋转的旋转驱动机构12，旋转固定架15固定在旋转座11上，旋转驱动机构可采用电机。相似的，自动摇晃装置应包括用于固定反应罐的固定部件以及能够驱动固定部件摇摆的驱动机构，驱动机构可采用现有的摇摆、摇晃机构。
使用上述装置进行土壤含水量检测的方法，包括如下步骤：
步骤A，将三个粉碎球16放入罐体底部。
步骤B，使用千分之一天平称15克左右待测土壤样品，放入罐体内；记录罐体内土壤重量并将重量值输入读数装置。读数装置包括单片机、显示屏13和称重装置14，能够称量重量并可进行简单的记录和计算功能。
步骤C，将内盖置入罐体顶部且保持罐体呈竖直状态，内盖的反应平台上放有称量20克碳化钙，可在内盖置入罐体之前将碳化钙放在内盖上，也可以先将内盖放在罐体上后再将碳化钙放在内盖上，注意这时切勿使内盖中的碳化钙接触到罐体底部的土壤；随后盖好外盖。
步骤D，保持反应罐内盖中的碳化钙不接触到罐体底部的土壤，称量反应前反应罐整体重量；可采用读数装置进行称重记录，如图5所示。
步骤E，如图4所示，将反应罐放置在自动摇晃装置或自动旋转装置上，用自动摇晃装置摇晃反应罐体或用自动旋转装置旋转反应罐体，并且令内盖中的全部碳化钙落入反应罐体内；采用自动摇晃装置或自动旋转装置持续摇动或旋转反应罐，令反应罐体内碳化钙与土壤充分接触反应。当实际操作条件有限时，也可人工摇晃、旋转反应罐进行充分接触反应。
步骤G，称量反应后反应罐整体重量并记录，可采用读数装置进行称重记录，如图5所示；
步骤H，根据反应前反应罐整体重量、反应后反应罐整理重量、待测土壤样品重量，通过以下公式计算土壤质量含水量。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
上式中：θ为土壤质量含水量
a为初始土壤质量（15g左右）
x为初始的总重量（罐内反应前的所有东西的重量）
y为反应完全后罐子的总重量
上述数据均记录在读数装置中，公式优选预先设置在单片机内，由读数装置自动计算出土壤质量含水量。
测试完毕后打开反应罐，倒出罐体内物质，并用瓶刷刷干净内腔，用湿布擦净粉碎球。
采用上述装置和方法可以准确的测量3-60%之间的土壤质量含水量，与取土烘干法相比较，误差率小于1%。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.气量法土壤含水量检测方法，用于测量质量含水量范围为3%-60%之间的土壤的实际含水量，其特征在于，
基于气量法土壤含水量检测装置实现，气量法土壤含水量检测装置包括反应罐以及自动旋转装置或自动摇晃装置，所述反应罐包括罐体、设置在罐体顶部的外盖以及设置在外盖下方的内盖，所述罐体顶部具有开口，内部具有空腔，所述内盖中部下沉形成反应平台，所述反应平台的一边设有月牙形开口，开口具有弧形边，弧形边靠近内盖边缘且与内盖边缘形状相适应，并且月牙形开口的宽度小于反应平台的半径且偏置在反应平台一侧；所述外盖中部设有若干通孔，所述外盖与内盖之间设有过滤层，所述罐体底部为弧面，所述自动旋转装置用于旋转反应罐，所述自动摇晃装置用于摇晃反应罐；
方法包括如下步骤：
步骤A，将若干粉碎球放入罐体底部；
步骤B，称量合适重量的待测土壤样品，放入罐体内；
步骤C，将内盖置入罐体顶部且保持罐体呈竖直状态，反应平台上放有称量合适重量的碳化钙，碳化钙远离所述月牙形开口；盖好外盖；
步骤D，称量反应前反应罐整体重量；
步骤E，摇动或旋转反应罐，并且令内盖中的全部碳化钙自月牙形开口落入罐体内；
步骤F，持续摇动或旋转反应罐，令罐体内碳化钙与土壤充分接触反应，气体自外盖上的通孔溢出；
步骤G，称量反应后反应罐整体重量；
步骤H，根据反应前反应罐整体重量、反应后反应罐整体重量、待测土壤样品重量，通过以下公式计算土壤质量含水量：
Figure 789776DEST_PATH_IMAGE001
上式中：θ为土壤质量含水量
a为初始土壤质量
x为反应前反应罐整体重量
y为反应后反应罐整体重量。
2.根据权利要求1所述的气量法土壤含水量检测方法，其特征在于：所述步骤E中反应罐体放置在自动旋转装置或自动摇晃装置中。
3.根据权利要求1所述的气量法土壤含水量检测方法，其特征在于：所述罐体包括内胆和设置在内胆外的外壳。
4.根据权利要求3所述的气量法土壤含水量检测方法，其特征在于：所述外壳底部设有透气孔。
5.根据权利要求3所述的气量法土壤含水量检测方法，其特征在于：所述外壳包括可拆卸的底盖。
6.根据权利要求3所述的气量法土壤含水量检测方法，其特征在于：所述外壳内壁上端设有限位突起，所述限位突起用于限制内胆的顶部高度。
7.根据权利要求1所述的气量法土壤含水量检测方法，其特征在于：所述过滤层包括两层滤布。
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