CN109342259B - 一种杠杆式蒸渗仪 - Google Patents

Abstract

本发明的技术方案涉及一种杠杆式蒸渗仪，包括杠杆系统、测量系统、容器系统、配重和控制系统。本发明通过杠杆式配重结构，抵消了大部分容器系统的重量，减少了作用在称重传感器的重量，可以用量程较小的传感器对容器的重量变化进行测量，进而获得较高的测量精度；同时由于该结构仅仅是抵消了容器系统某一固定的重量，而容器系统重量的变化量没有被抵消也没有被缩放，进而实现将容器系统重量的变化量原封不动的作用在称重传感器上，保证了测量的准确性。本发明通过自动化控制技术实现了容器系统重量的自动测量和记录，并且可以在不测量作业时将待测物体和称重传感器分离开，避免了称重传感器长期持续被重物压紧而带来的测量误差。

Description

一种杠杆式蒸渗仪

技术领域

本发明的技术方案涉及蒸渗仪，具体地说是一种杠杆式蒸渗仪。

背景技术

蒸渗仪作为一种水资源研究中的仪器对土壤中水体下渗和蒸发具有重要作用，但是由于蒸渗仪的容器内盛放的土壤，往往导致容器满载状态下的自重较重，这种情况下只能用量程较大称来测量容器的重量变化，但是称的量程越大其最小分度值也越大，测量的精度也就越低。常规的技术中往往采用小容量的容器，以降低自重后选用量程较小的称，进而获得较好的测量精度，但是小容器往往由于截面积和深度都较小，对土壤真实情况的模拟成都不够准确。也有部分技术采用大容器，但是以牺牲测量精度为代价的。

总之，现有蒸渗仪不能很好的解决大容器高精度测量的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种杠杆式蒸渗仪，能够通过配重抵消容器的大部分重量，进而提高测量精度的技术问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案包括一种杠杆式蒸渗仪，包括杠杆系统、测量系统、容器系统、配重和控制系统；

进一步的，杠杆系统包括：横架、容器定位挡片、配重定位挡片、通孔A、支撑轴、轴端支架、垫块A、带座轴承、垫板A、垫板B、垫块B、电动推杆、螺栓、通孔B、螺纹孔、长螺栓，其中垫板A放置在地面上，垫板A的左右边沿位置有通孔B，垫板A通过其上的通孔B用膨胀螺栓固定在地面上，垫板A的前后边沿分别各设置有2个贯通的螺纹孔，垫块A设置为2块，垫块A的左右两侧设置有2个上下贯通的通孔，2块垫块A分别设置在垫板A前后的边缘处位于垫板A的上面，轴端支架设置为2个，轴端支架的左右两侧设置有竖直的通孔，轴端支架位于垫块A的上面，长螺栓依次穿过轴端支架上的竖直通孔和垫块A上的通孔后旋合在垫板A上的螺纹孔内，长螺栓将轴端支架、垫块A和垫板A固定在一起，支撑轴的两端分别通过2个轴端支架支撑起来，带座轴承设置有2个且分别嵌套在支撑轴的两端并位于2个轴端支架的内侧，带座轴承的底座平面向上倒置安装，横架位于带座轴承的上面，横架的下表面与带座轴承的底座平面贴合，横架的前后两侧的设置有通孔A，通孔A位于横架的中部，螺栓穿过通孔A后将横架和带座轴承固定在一起，横架左部上表面设置有4个向上的容器定位挡片，横架右部上表面设置有4个向上的配重定位挡片，配重位于4个配重定位挡片内，容器定位挡片设置为直角形状，配重定位挡片设置为直角形状，垫板B设置为2块，2块垫板B分别位于横架左侧前后2根梁的下方，垫板B通过膨胀螺栓固定设置在地面上，垫块B设置有2块，2块垫块B分别位于2块垫板B的上面，电动推杆设置有2个，2个电动推杆分别位于2个垫块B的上面，电动推杆、垫块B、垫板B通过螺栓固定连接在一起；

进一步的，测量系统包括：“T”形支架、称重传感器、调高地脚、垫板C、电子计重器，其中“T”形支架位于横架左侧的正下方，称重传感器设置为3个分别设置在“T”形支架的3个端部的上表面，称重传感器和“T”形支架通过螺钉固定，当横架位于水平姿态时，称重传感器的承重点恰好和横架的左侧的下表面接触，调高地脚设置为3个分别位于“T”形支架的3个端部的下表面，调高地脚和“T”形支架通过螺钉固定，垫板C设置有2个，分别位于左侧2个调高地脚的下面，垫板C通过膨胀螺栓固定设置在地面上，右侧调高地脚放置在垫板A上，电子计重器放置在地面上且位于出水口的正下方；

进一步的，容器系统包括：容器上壁、加强板、容器底座、容器支脚、加强筋、出水口，其中容器上壁设计为上下贯通的桶状，容器上壁的水平横截面设计为方形，容器上壁的上口设计为水平，容器上壁的下口设计为水平，容器上壁的外侧设置有环形的加强板，加强板共有4圈，第1圈加强板设置在容器上壁的上边缘，其余3圈布置在容器上壁的下半部，容器底座设计为带底的桶状，容器底座的水平横截面设计为方形，容器底座的上口设计为水平，容器底座的底部设计有密封的底板，容器的底板设置为倾斜的，倾斜方向为从后上方向前下方倾斜，出水口设置在容器底座的前侧壁上，出水口的内壁最下侧与容器底座底板的上表面平齐，出水口的末端位于电子计重器的正上方，容器底座的下表面设计有加强筋，加强筋设置为“井”字形，容器底座上口的内壁尺寸等于容器上壁下口的外壁尺寸，容器上壁的下部嵌入到容器底座的上部一段距离，容器底座的上口边缘与容器上壁的外侧壁密封焊接，容器底座的四角焊接有4个容器支脚，4个容器支脚分别位于横架上的4个容器定位挡片内，容器底座内装有过滤沙粒，出水口的入口处设置有过滤棉纱；

进一步的，控制系统是PLC控制系统，控制系统和电动推杆、称重传感器、电子计重器均连接。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述容器上壁的长宽高尺寸为800mm×800mm×1500mm。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述称重传感器的量程100kg。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述称重传感器的最小分度值10g。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述电动推杆是24伏直流供电。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述称重传感器是24伏直流供电。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述加强板是由角钢制成的。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所述容器系统全部由不锈钢制成。

上述一种杠杆式蒸渗仪，所用部件是本技术领域的技术人员所熟知的，均通过公知的途径获得。所述部件的连接方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明一种杠杆式蒸渗仪的突出特点和显著进步是：

(1)本发明通过杠杆式配重结构，抵消了大部分容器系统的重量，减少了作用在称重传感器的重量，可以用量程较小的传感器对容器的重量变化进行测量，进而获得较高的测量精度；同时由于该结构仅仅是抵消了容器系统某一固定的重量，而容器系统重量的变化量没有被抵消也没有被缩放，进而实现将容器系统重量的变化量原封不动的作用在称重传感器上，保证了测量的准确性。

(2)本发明通过自动化控制技术实现了容器系统重量的自动测量和记录，并且可以在不测量作业时将待测物体和称重传感器分离开，避免了称重传感器长期持续被重物压紧而带来的测量误差。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明一种杠杆式蒸渗仪的组成结构图。

图2为本发明一种杠杆式蒸渗仪的杠杆系统组成结构图。

图3为本发明一种杠杆式蒸渗仪的杠杆系统组成结构仰视示意图。

图4为本发明一种杠杆式蒸渗仪的测量系统组成结构图。

图5为本发明一种杠杆式蒸渗仪的容器系统组成结构图。

图6为本发明一种杠杆式蒸渗仪的容器系统组成结构仰视示意图。

图中，1.杠杆系统，2.测量系统，3.容器系统，4.配重，101.横架，102.容器定位挡片，103.配重定位挡片，104.通孔A，105.支撑轴，106.轴端支架，107.垫块A，108.带座轴承，109.垫板A，110.垫板B，111.垫块B，112.电动推杆，113.螺栓，114.通孔B，115.螺纹孔，116.长螺栓，201.“T”形支架，202.称重传感器，203.调高地脚，204.垫板C，205.电子计重器，301.容器上壁，302.加强板，303.容器底座，304.容器支脚，305.加强筋，306.出水口。

具体实施方式

图1～6所示实施例表明，本发明一种杠杆式蒸渗仪包括杠杆系统1、测量系统2、容器系统3、配重4和控制系统；

进一步的，杠杆系统1包括：横架101、容器定位挡片102、配重定位挡片103、通孔A104、支撑轴105、轴端支架106、垫块A107、带座轴承108、垫板A109、垫板B110、垫块B111、电动推杆112、螺栓113、通孔B114、螺纹孔115、长螺栓116，其中垫板A109放置在地面上，垫板A109的左右边沿位置有通孔B114，垫板A109通过其上的通孔B114用膨胀螺栓固定在地面上，垫板A109的前后边沿分别各设置有2个贯通的螺纹孔115，垫板A109用于扩大设备与地面接触的面积，进而减少压强，避免设备陷入地面，同时垫板A109用于找平接触面，垫块A107设置为2块，垫块A107的左右两侧设置有2个上下贯通的通孔，2块垫块A107分别设置在垫板A109前后的边缘处位于垫板A109的上面，垫块A107用于垫高轴端支架106的高度，轴端支架106设置为2个，轴端支架106用于支撑起支撑轴105，轴端支架106的左右两侧设置有竖直的通孔，轴端支架106位于垫块A107的上面，长螺栓116依次穿过轴端支架106上的竖直通孔和垫块A107上的通孔后旋合在垫板A109上的螺纹孔115内，长螺栓116将轴端支架106、垫块A107和垫板A109固定在一起，支撑轴105的两端分别通过2个轴端支架106支撑起来，支撑轴105用于连接轴端支架106和带座轴承108，带座轴承108设置有2个且分别嵌套在支撑轴105的两端并位于2个轴端支架106的内侧，带座轴承108的底座平面向上倒置安装，带座轴承108用于连接横架101和支撑轴105，横架101位于带座轴承108的上面，横架101的下表面与带座轴承108的底座平面贴合，横架101的前后两侧的设置有通孔A104，通孔A104位于横架101的中部，螺栓113穿过通孔A104后将横架101和带座轴承108固定在一起，横架101可以围绕支撑轴105旋转，横架101左部上表面设置有4个向上的容器定位挡片102，容器定位挡片102用于限定容器系统3在横架101上的位置，横架101右部上表面设置有4个向上的配重定位挡片103，配重定位挡片103用于限定配重4在横架101上的位置，配重4位于4个配重定位挡片103内，配重4用于抵消容器系统3的部分重量，容器定位挡片102设置为直角形状，配重定位挡片103设置为直角形状，垫板B110设置为2块，2块垫板B110分别位于横架101左侧前后2根梁的下方，垫板B110通过膨胀螺栓固定设置在地面上，垫板B110用于较少压强和找平接触面，垫块B111设置有2块，2块垫块B111分别位于2块垫板B110的上面，垫块B111用于调整电动推杆112的高度，使得电动推杆112的行程合适推动横架101，电动推杆112设置有2个，2个电动推杆112分别位于2个垫块B111的上面，电动推杆112用于推动横架101围绕支撑轴105发生顺时针旋转，电动推杆112、垫块B111、垫板B110通过螺栓固定连接在一起；

进一步的，测量系统2包括：“T”形支架201、称重传感器202、调高地脚203、垫板C204、电子计重器205，其中“T”形支架201位于横架101左侧的正下方，称重传感器202设置为3个分别设置在“T”形支架201的3个端部的上表面，称重传感器202和“T”形支架201通过螺钉固定，当横架101位于水平姿态时，称重传感器202的承重点恰好和横架101的左侧的下表面接触，称重传感器202用于测量横架101水平姿态时横架101左侧向下的压力大小，调高地脚203设置为3个分别位于“T”形支架201的3个端部的下表面，调高地脚203和“T”形支架201通过螺钉固定，3个调高地脚203用于调整3个称重传感器202的高度并使得3个称重传感器202的承重点同时与水平姿态的横架101下表面接触，垫板C204设置有2个，分别位于左侧2个调高地脚203的下面，垫板C204通过膨胀螺栓固定设置在地面上，垫板C204用于找平地面和减小压强，右侧的调高地脚203放置在垫板A109上，电子计重器205放置在地面上且位于出水口306的正下方，电子计重器205用于记录出水口306流出水体的重量；

进一步的，容器系统3包括：容器上壁301、加强板302、容器底座303、容器支脚304、加强筋305、出水口306，其中容器上壁301设计为上下贯通的桶状，容器上壁301的水平横截面设计为方形，容器上壁301的上口设计为水平，容器上壁301上口可以与土地表面平齐，模拟地面的真实状态，容器上壁301的下口设计为水平，容器上壁301的外侧设置有环形的加强板302，加强板302共有4圈，第1圈加强板302设置在容器上壁301的上边缘，第1圈加强板302用于加强容器上口的强度和刚度，其余3圈布置在容器上壁301的下半部，用于加强容器上壁301的下半部的承压强度，以免其发生变形，容器底座303设计为带底的桶状，容器底座303的水平横截面设计为方形，容器底座303的上口设计为水平，容器底座303的底部设计有密封的底板，密封垫底板用于封堵水体泄露，容器的底板设置为倾斜的，倾斜方向为从后上方向前下方倾斜，倾斜设置的底板方便引导下渗水体流动，避免水体淤积在容器内，出水口306设置在容器底座303的前侧壁上，出水口306用于导出下渗的水体，出水口306的内壁最下侧与容器底座303底板的上表面平齐，平齐的内壁结构便于全部水体流出，避免有积水残留，出水口306的末端位于电子计重器205的正上方，使得导出的水体正好下落至电子计重器205的容器内，容器底座303的下表面设计有加强筋305，加强筋305设置为“井”字形，加强筋305用于加强容器底座303的底板称重能力，容器底座303上口的内壁尺寸等于容器上壁301下口的外壁尺寸，使得容器上壁301恰好插入容器底座303内，容器上壁301的下部嵌入到容器底座303的上部一段距离，容器底座303的上口边缘与容器上壁301的外侧壁密封焊接，使得容器上壁301和容器底座303组合成一个完整的密封容器，容器底座303的四角焊接有4个容器支脚304，4个容器支脚304分别位于横架101上的4个容器定位挡片102内，容器支脚304用于支撑容器系统3，容器底座303内装有过滤沙粒，过滤沙粒用于避免下渗水体冲出容器内的土壤，出水口306的入口处设置有过滤棉纱，棉纱用于过滤下渗流出的水体；

进一步的，控制系统是PLC控制系统，控制系统和电动推杆112、称重传感器202、电子计重器205均连接。

实施例1

按照上述图1所示，制得一种杠杆式蒸渗仪，其中容器上壁301的长宽高尺寸为800mm×800mm×1500mm，称重传感器202的量程100kg，称重传感器202的最小分度值10g，电动推杆112是24伏直流供电，称重传感器202是24伏直流供电，加强板302是由角钢制成的，容器系统3全部由不锈钢制成。

下面以一次水体监测为例。

第一步，设备安装与准备工作

在待测地域设置地下室，地下室设置向上的通口，通口与室外连通，通口尺寸略大于容器上壁301的上边缘尺寸。将本发明一种杠杆式蒸渗仪安装在地下室内，使得容器系统3的上表面与地下室外的土壤地坪线平齐，在容器底座303内放置过滤沙粒，在容器上壁301内腔装满土壤，并在土壤上表面设置植物，以模拟植物的真实的生长环境。此时容器系统3总重量约为2000kg。

第二步，调整配重4并

调整配重4的重量，使配重4产生的顺时针力矩略小于容器系统3产生的逆时针力矩且保证二者抵消后的，容器系统3的重量多余量小于10kg。然后控制电动推杆112的末端伸长，使电动推杆112的末端向上推动横架101，横架101沿顺时针方向围绕支撑轴105发生小角度偏转，最终使横架101的下表面和称重传感器202分开一小段距离，然后停止电动推杆112运行，并使电动推杆112保持在该位置，控制系统记忆电动推杆112此时托举位置的信息。

第三步，浇水和数据测量

在容器系统3上表面给植物浇水，首次浇水重量小于90kg。记录浇水的时间和重量，静置一段时间，待水体流动均匀后，控制电动推杆112回缩，由于容器系统3的重力矩大于配重4的重力矩，横架101围绕支撑轴105做逆时针旋转，继续控制电动推杆112回缩，直至横架101下表面与称重传感器202接触，再控制电动推杆112继续回缩，直到电动推杆112的末端与横架101下表面完全脱离开，然后停止电动推杆112运行，并使电动推杆112保持在该位置，控制系统记忆电动推杆112此时回缩位置的信息。静置一段时间后，待系统微震动消失后控制系统记录此时称重传感器202的测量数值，同时记录电子计重器205的重量，完成一次测量和记录；此时，称重传感器202测得容器系统3的绝对重量变化值，实现了用小量程的称重传感器202(量程100kg)测量大重量容器系统3(2000kg)的重量变化量的目的，最终获得了较高测量精度。然后控制电动推杆112缓慢伸长，直至到达托举位置后保持不动。

第3步，再次测量

间隔一定时间后，控制电动推杆112回缩，由于容器系统3的重力矩大于配重4的重力矩，横架101围绕支撑轴105做逆时针旋转，继续控制电动推杆112回缩，直至横架101下表面与称重传感器202接触，再控制电动推杆112继续回缩，直到电动推杆112末端与横架101下表面完全脱离开，然后停止电动推杆112运行，并使电动推杆112保持在该位置，控制系统记忆电动推杆112此时回缩位置的信息。静置一段时间后，待系统震动消失后控制系统记录此时称重传感器202的测量数值，同时记录电子计重器205的重量，完成测量和记录。然后控制电动推杆112缓慢伸长，直至到达托举位置后保持不动。

第四步，自动测量

设定自动测量的时间间隔(如半小时一次)后，控制系统每隔相应时间段就重复一次第三步，并将数据记录，实现自动测量。

第五步，适应性调整

当容器系统3的重量由于各种原因发生较大的变化时，可以适时调整配重4的重量，以达到抵消适当重量的目标。

Claims (8)

1.一种杠杆式蒸渗仪，包括杠杆系统、测量系统、容器系统、配重和控制系统，其特征在于：杠杆系统包括：横架、容器定位挡片、配重定位挡片、通孔A、支撑轴、轴端支架、垫块A、带座轴承、垫板A、垫板B、垫块B、电动推杆、螺栓、通孔B、螺纹孔、长螺栓，其中垫板A放置在地面上，垫板A的左右边沿位置有通孔B，垫板A通过其上的通孔B用膨胀螺栓固定在地面上，垫板A的前后边沿分别各设置有2个贯通的螺纹孔，垫块A设置为2块，垫块A的左右两侧设置有2个上下贯通的通孔，2块垫块A分别设置在垫板A前后的边缘处位于垫板A的上面，轴端支架设置为2个，轴端支架的左右两侧设置有竖直的通孔，轴端支架位于垫块A的上面，长螺栓依次穿过轴端支架上的竖直通孔和垫块A上的通孔后旋合在垫板A上的螺纹孔内，长螺栓将轴端支架、垫块A和垫板A固定在一起，支撑轴的两端分别通过2个轴端支架支撑起来，带座轴承设置有2个且分别嵌套在支撑轴的两端并位于2个轴端支架的内侧，带座轴承的底座平面向上倒置安装，横架位于带座轴承的上面，横架的下表面与带座轴承的底座平面贴合，横架的前后两侧的设置有通孔A，通孔A位于横架的中部，螺栓穿过通孔A后将横架和带座轴承固定在一起，横架左部上表面设置有4个向上的容器定位挡片，横架右部上表面设置有4个向上的配重定位挡片，配重位于4个配重定位挡片内，容器定位挡片设置为直角形状，配重定位挡片设置为直角形状，垫板B设置为2块，2块垫板B分别位于横架左侧前后2根梁的下方，垫板B通过膨胀螺栓固定设置在地面上，垫块B设置有2块，2块垫块B分别位于2块垫板B的上面，电动推杆设置有2个，2个电动推杆分别位于2个垫块B的上面，电动推杆、垫块B、垫板B通过螺栓固定连接在一起；测量系统包括：“T”形支架、称重传感器、调高地脚、垫板C、电子计重器，其中“T”形支架位于横架左侧的正下方，称重传感器设置为3个分别设置在“T”形支架的3个端部的上表面，称重传感器和“T”形支架通过螺钉固定，当横架位于水平姿态时，称重传感器的承重点恰好和横架的左侧的下表面接触，调高地脚设置为3个分别位于“T”形支架的3个端部的下表面，调高地脚和“T”形支架通过螺钉固定，垫板C设置有2个，分别位于左侧2个调高地脚的下面，垫板C通过膨胀螺栓固定设置在地面上，右侧调高地脚放置在垫板A上，电子计重器放置在地面上且位于出水口的正下方；容器系统包括：容器上壁、加强板、容器底座、容器支脚、加强筋、出水口，其中容器上壁设计为上下贯通的桶状，容器上壁的水平横截面设计为方形，容器上壁的上口设计为水平，容器上壁的下口设计为水平，容器上壁的外侧设置有环形的加强板，加强板共有4圈，第1圈加强板设置在容器上壁的上边缘，其余3圈布置在容器上壁的下半部，容器底座设计为带底的桶状，容器底座的水平横截面设计为方形，容器底座的上口设计为水平，容器底座的底部设计有密封的底板，容器的底板设置为倾斜的，倾斜方向为从后上方向前下方倾斜，出水口设置在容器底座的前侧壁上，出水口的内壁最下侧与容器底座底板的上表面平齐，出水口的末端位于电子计重器的正上方，容器底座的下表面设计有加强筋，加强筋设置为“井”字形，容器底座上口的内壁尺寸等于容器上壁下口的外壁尺寸，容器上壁的下部嵌入到容器底座的上部一段距离，容器底座的上口边缘与容器上壁的外侧壁密封焊接，容器底座的四角焊接有4个容器支脚，4个容器支脚分别位于横架上的4个容器定位挡片内，容器底座内装有过滤沙粒，出水口的入口处设置有过滤棉纱；控制系统是PLC控制系统，控制系统和电动推杆、称重传感器、电子计重器均连接。

2.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述容器上壁的长宽高尺寸为800mm×800mm×1500mm。

3.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述称重传感器的量程100kg。

4.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述称重传感器的最小分度值10g。

5.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述电动推杆是24伏直流供电。

6.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述称重传感器是24伏直流供电。

7.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述加强板是由角钢制成的。

8.根据权利要求1所述的一种杠杆式蒸渗仪，其特征在于：所述容器系统全部由不锈钢制成。