CN112179828A - 一种改进的土壤饱和导水率检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进的土壤饱和导水率检测系统，包括样品信息模块、止水计时模块、测温模块、称重模块和处理模块。该系统中样品信息模块记录土壤样品的编号、长度、横截面积和实验水位差；止水计时模块记录实验时间；测温模块检测出实验用水的温度，并根据其检测到的温度确定在该水温下水的密度；称重模块检测出水的重量；处理模块根据样品信息模块、止水计时模块、测温模块和称重模块数据依据模型计算出该土壤样品的饱和导水率。由体积读数改进为质量除以实验用水温度下的密度计算，使结果更加准确；设计的接水容器口窄小，与乳胶管贴合，防止接水时溅洒及蒸发，使结果更加精确；可避免实验人员逐个开启/关闭测量阀和按秒表计时所造成的实验误差，使饱和导水率的计算更加准确；可以自动计算并显示饱和导水率，操作简单便捷，实验效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及改进的土壤饱和导水率检测技术领域，具体的是涉及一种改进的土壤饱和导水率检测系统。
背景技术
土壤饱和导水率是指土壤被水饱和时，单位水势梯度下、单位时间内通过单位面积的水量，常用Ks表示，单位为mm/h、m/d或cm/s等，饱和导水率反映了土壤的入渗和渗漏性能，是研究土壤水分运动重要参数，在计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程领域有很重要的意义。
确定饱和导水率的方法主要有：实验室测定和田间现场测定、实验室测定分为定水头法和降水头法，田间测定常用双环法、Guelph入渗仪法和抽水实验法。
型号为DIK-4012四点式土壤透水性测定仪，用来测定环刀内未搅乱土壤的饱和透水系数，通过替换活栓就可以选择定水位和变水位两种测定法，透水性系数测定范围广，可测定10-2～10-6cm/s程度的土壤，并可同时测定4个100cm3的土样。
在进行检测时，需要实验人员在计量阀开启或关闭时，按计时器计时，实验人员的反应和操作时间会造成实验误差；进行检测计算时，通过读取液体体积数来计算结果，致使实验误差较大，这些实验误差都会造成饱和导水率的计算结果不准确。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能够在检测实验时能够直接的准确的计算出饱和导水率的改进的土壤饱和导水率检测系统。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种改进的土壤饱和导水率检测系统，包括：
样品信息模块，该模块用于对需要检测的土壤样品编号、长度、横截面积及实验水位差数据进行收集；
止水计时模块，该止水计时模块与样品信息模块连通；并对透过样品信息模块中土壤的水的渗透时间进行检测；
测温模块，该测温模块设在所述样品信息模块中，用于对样品信息模块中的实验用水的温度进行检测；
称重模块，设在所述止水计时模块的下方，该称重模块用于对渗透过土壤样品的水进行称重；
处理模块，该处理模块根据样品信息模块中取得土壤样品的长度、横截面积和实验水位差，止水计时模块记录实验用水渗透过土壤的时间，测温模块检测出实验用水的温度，并根据其检测到的温度确定出在该水温下水的密度，称重模块检测出渗透过土壤的水的重量，计算出该土壤的饱和导水率。
所述饱和导水率按照如下方法计算：
式中：K—饱和导水率(cm/s)；
M1—实验开始时接水容器与其接到水的重量(g)；
M2—实验结束时接水容器与其接到水的重量(g)；
L—样品长度(cm)；
ρT—T温度下水的密度(g/cm3)；
S—样品环刀横截面积(cm2)；
t—流出水量为100-150g时所用时间(s)；
△H—水头差(cm)。
所述样品信息模块包括：由水平设置的支撑板I和固定连接在该支撑板I两侧的支撑板II形成的检测框架，设在该检测框架上部的盛水容器；
设在盛水容器内的多个用于放置样品环刀的样品收集器，该样品接收器的底部连接有∽管和乳胶管，∽管的一端端部穿过盛水容器的底部，另一端与乳胶管连接，乳胶管通过夹持结构向下延伸至盛水容器中，该夹持结构同时对多个乳胶管内的液体通断进行控制；
所述止水计时模块包括由第一夹板和第二夹板形成的夹持结构，所述第一夹板的两侧与支撑板I两侧的支撑板II固定连接，第二夹板的两侧与支撑板I两侧的支撑板II活动连接，所述第一夹板和第二夹板的两侧通过弹簧连接，所述第一夹板与第二夹板的相对面上设有乳胶管穿过的凹槽，所述第二夹板上设有与凹槽配合的凸起；所述第一夹板和第二夹板之间设有用于通过乳胶管流入的实验水时间的计时组件；
所述称重模块包括设在支撑板I上的多个与样品接收器对应的微型电子秤，及设在该微型电子秤上的接水容器，所述的乳胶管的下端穿过凹槽并延伸到接水容器中；
所述测温模块为设在盛水容器内用于检测实验水温的温度传感器；所述盛水容器中垂直设有用于检测实验用水渗透土壤前后水位差的水头管。
所述计时组件包括固定在其中第一夹板上的计时器，所述计时器的对应两侧均设置有按钮，背离设置计时器的第二夹板上固定有用于碰触按钮的金属片I，所述金属片I通过连接板连接有金属片II，金属片II设置在设置有计时器的第一夹板上方，且计时器位于金属片I和金属片II之间。
所述第一夹板和第二夹板之间设有限位结构，该限位结构包括折弯设置的金属弹片，金属弹片背离折弯端的一端安装在第二夹板上开设的安装槽内，金属弹片一端连接有竖直设置的连接杆，连接杆穿出安装槽的顶部延伸到夹持板上方后连接有按压部，金属弹片的折弯端上设置有限位台，第一夹板上对应开设有导向孔，导向孔上方开设有与限位台相匹配的限位孔。
所述计时结构包括计时器，所述计时器上设置有一个按钮，计时器安装在其中一个夹持板顶部开设的放置槽内，所述按钮朝向另一个夹持板的放置槽内壁开设有通槽，所述另一个夹持板上对应通槽设置有金属片III。
所述盛水容器的底部两侧分别设有进水口和排水口。
所述第二夹板的两侧通过导向结构与两个支撑板II活动连接。
本发明的有益效果是：可避免实验人员逐个开启/关闭测量阀和按秒表计时所造成的实验误差，使饱和导水率的计算更加准确；由体积读数改进为质量除以实验用水温度下的密度计算，使结果更加准确；设计的接水容器口窄小，防止接水时溅洒及蒸发，使结果更加精确；可以自动计算并显示饱和导水率，操作简单便捷，实验的效率较高。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的侧视结构示意图；
图4是本发明中第一夹板和第二夹板的连接结构示意图；
图5是本发明中限位结构的结构示意图；
图6是本发明中计时结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；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。
实施例1
如图1一种改进的土壤饱和导水率检测系统，包括：样品信息模块，该模块用于对需要检测的土壤样品的长度、横截面积和实验水位差数据进行收集；向检测系统加入实验用水并将渗透的实验用水流入到下层的盛水容器5中，通过微型电子称9进行称重；
止水计时模块，该止水计时模块与样品信息模块连通；并对透过样品信息模块中土壤的水的渗透时间进行检测；该渗透时间t是根据盛水容器中水的重量决定的，当水的重量为100-150g的时候，手动关闭，或者这部分可设置成自动感应，系统程序设定为接水容器中水的重量达到100-150g的时候自动关闭并计时，止水计时模块将记录的渗透土壤水的渗透时间t传送给处理器；
测温模块，该测温模块设在所述样品信息模块中，用于对样品信息模块中的实验用水的温度进行检测；并根据其检测到温度确定出在该水温下对应的水的密度ρ，并将对应确定出在该水温下水的密度ρ发送给处理模块；
称重模块，设在所述止水计时模块的下方，该称重模块用于对渗透过样品信息模块中土壤的水进行称重；该称重模块在工作时，首先对下方的接水容器进行称重，所称的重量为M1，当完成渗透后，对接水容器和渗透的水进行称重，所称的重量为M2，计算出渗透水的重量M2-M1，并将计算出的渗透水的重量发送给处理模块。
处理模块，该处理模块根据取样信息模块中取得土壤样品的长度、横截面积和实验水位差，止水计时模块记录实验用水渗透过土壤的时间，测温模块检测出实验用水的温度，并根据其检测到的温度确定出在该水温下水的密度，称重模块检测出渗透过土壤的水的重量，
按照如下方法计算出土壤的饱和导水率：
式中：K—饱和导水率(cm/s)；
M1—实验开始时接水容器与其接到水的重量(g)；
M2—实验结束时接水容器与其接到水的重量(g)；
L—样品长度(cm)；
ρT—T温度下水的密度(g/cm3)；
S—样品环刀横截面积(cm2)；
t—流出水量为100-150g时所用时间(s)；
△H—水头差(cm)。
实施例2
如图2和图3所示所述样品信息模块包括：由水平设置的支撑板I1和固定连接在该支撑板I1两侧的支撑板II2形成的检测框架，设在该检测框架上部的盛水容器5；两个支撑板II2固定在所述支撑板I1的两侧形成检测框架，该盛水容器5用于通入实验用水，具体的是在该盛水容器5底部两侧设有进水口55和排水口51，通过进水口55向盛水容器5内注入实验用水，经过实验后的水通过排水口排除；
设在盛水容器5内的多个用于放置样品环刀53的样品收集器54，该样品接收器54的底部连接有∽管8和乳胶管4，∽管8的一端端部穿过盛水容器5的底部，另一端与乳胶管4连接，乳胶管4通过夹持结构3向下延伸至盛水容器5中，该夹持结构3同时对多个乳胶管4内的液体通断进行控制；所述样品环刀53用于盛装土壤，由于该样品环刀53属于定制的产品，因此该装在样品环刀53中的土壤的高度L和横截面积S能够直接得出，无需进行检测；
如图4所述止水计时模块包括固定设在盛水容器5下方的第一夹板32和第二夹板34，该第一夹板32的两侧与支撑板I1两侧的支撑板II2固定连接，第二夹板34的两侧与支撑板I1两侧的支撑板II2活动连接，所述第一夹板32和第二夹板34的两侧通过弹簧33连接，所述第一夹板32与第二夹板34的相对面上设有乳胶管4穿过的凹槽321，所述第二夹板34上设有与凹槽321配合的凸起341；所述第一夹板32和第二夹板34之间设有用于通过乳胶管4流入的实验水时间的计时组件；所述的第一夹板32和第二夹板34在扣合时对进入到凹槽321中的乳胶管4通过凸起进行夹紧，保证乳胶管4被关闭，渗透的水被关闭，所述计时组件用于对第一夹板32和第二夹板34的开合和关闭之间的时间进行记录，并将记录的时间发送给处理器；
所述称重模块包括设在支撑板I1上的多个与样品接收器54对应的微型电子秤，及设在该微型电子秤上的接水容器6，所述的乳胶管4的下端穿过凹槽321并延伸到接水容器6中；
所述测温模块为设在盛水容器5内用于检测实验水温的温度传感器52。
具体在工作时，通过进水口向盛水容器5注入实验用水，此时注入的实验用水进入到所述样品环刀53中的土壤中，该实验用水渗透过土壤并通过乳胶管4向底部的接水容器中进行流动，同时在实验水进行渗透时通过止水计时模块将乳胶管4打开，并进行计时，当称重模块称重进入到接水容器中的实验用水达到100-150g时，止水计时模块将乳胶管关闭，同时将所记载的时间发送给处理器模块，所述处理器模块根据计时时间、水重量、样品环刀53中土壤的长度和横截面积及温度传感器检测到的实验用水温度，渗透过后盛水容器5的水位差计算出该土壤的饱和导水率。
实施例3
在实施例2的基础上，为了保证在第一夹板和第二夹板对乳胶管进行开通后，保证乳胶管通水后能够及时的进行计时作用，如图4所述计时组件包括固定在其中第一夹板32上的计时器352，所述计时器352的对应两侧均设置有按钮3521，背离设置计时器352的第二夹板34上固定有用于碰触按钮3521的金属片I351，所述金属片I351通过连接板连接有金属片II，金属片II设置在设置有计时器352的第一夹板32上方，且计时器352位于金属片I351和金属片II之间。在进行使用时，当第一夹板和第二夹板处于夹持状态时，此时所述的乳胶管处于关闭状态，按钮3521被金属片I351触碰，此时所述的计时器352处于清零状态，当第一夹板和第二夹板处于开合状态时，所述乳胶管处于贯通状态，此时金属片I351与按钮发生分离，计时器开始计时，当称重模块称得渗透的水的重量符合要求时，此时第一夹板和第二夹板闭合，乳胶管关闭，计时器停止计时并将记录的时间发送给处理器模块。
或如图6所述计时结构包括计时器352，所述计时器352上设置有一个按钮3521，计时器352安装在其中一个夹持板顶部开设的放置槽内，所述按钮3521朝向另一个夹持板的放置槽内壁开设有通槽，所述另一个夹持板上对应通槽设置有金属片III。
实施例4
在实施例2的基础上，为了保证第一夹板和第二夹板在发生扣合时能够稳定的连接，如图5所述第一夹板32和第二夹板34之间设有限位结构353，该限位结构353包括折弯设置的金属弹片3532，金属弹片3532背离折弯端的一端安装在第二夹板34上开设的安装槽342内，金属弹片3532一端连接有竖直设置的连接杆，连接杆穿出安装槽342的顶部延伸到夹持板上方后连接有按压部3531，金属弹片3532的折弯端上设置有限位台3533，第一夹板32上对应开设有导向孔322，导向孔322上方开设有与限位台3533相匹配的限位孔323。
在进行扣合关闭乳胶管时，所述第二夹板34上的金属弹片3532的端部进入到第一夹板32中的导向孔322中，此时所述金属弹片3532顶部的限位台3533进入到限位孔323中，将第一夹板和第二夹板固定连接起来，对乳胶管进行夹持封闭，当需要将乳胶管进行开通是，下按按压部3531，限位台3533从限位孔23中退出，拉动第二夹板将第一夹板和第二夹板分开，乳胶管的夹持状态解开，乳胶管将贯通将通过土壤的渗透水排入到下方称重台上的接水容器中。
进一步的，为了方便第二夹板进行前后移动与第一夹板进行夹持或解开，所述第二夹板34的两侧通过导向结构31与两个支撑板II2活动连接。
以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，包括：
样品信息模块，对需要检测的土壤样品编号、长度、横截面积和实验水位差数据进行记录；
止水计时模块，对渗透过土壤样品的水的渗透时间进行测定；
测温模块，对渗透过土壤样品的实验用水温度进行检测；
称重模块，对一段时间内渗透过土壤样品的水进行称重；
处理模块，根据样品信息模块中土壤样品的长度、横截面积和实验水位差，止水计时模块记录实验用水渗透过土壤的时间，测温模块检测出实验用水的温度，并根据其检测到的温度确定出在该水温下水的密度，称重模块检测出渗透过土壤的水的重量，依据模型计算出该土壤样品的饱和导水率。
2.根据权利要求1所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述饱和导水率按照如下模型计算：
式中：K—饱和导水率(cm/s)；
M1—实验开始时接水容器与其接到水的重量(g)；
M2—实验结束时接水容器与其接到水的重量(g)；
L—样品长度(cm)；
ρT—T温度下水的密度(g/cm3)；
S—样品环刀横截面积(cm2)；
t—流出水量为100-150g时所用时间(s)；
△H—水头差(cm)。
3.根据权利要求1所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述样品信息模块包括：由水平设置的支撑板I(1)和固定连接在该支撑板I(1)两侧的支撑板II(2)形成的检测框架，设在该检测框架上部的盛水容器(5)；
设在盛水容器(5)内的多个用于放置样品环刀(53)的样品收集器(54)，该样品接收器(54)的底部连接有∽管(8)和乳胶管(4)，∽管(8)的一端端部穿过盛水容器(5)的底部，另一端与乳胶管(4)连接，乳胶管(4)通过夹持结构(3)向下延伸至盛水容器(5)中，该夹持结构(3)同时对多个乳胶管(4)内的液体通断进行控制；
所述止水计时模块包括由第一夹板(32)和第二夹板(34)形成的夹持结构(3)，所述第一夹板(32)的两侧与支撑板I(1)两侧的支撑板II(2)固定连接，第二夹板(34)的两侧与支撑板I(1)两侧的支撑板II(2)活动连接，所述第一夹板(32)和第二夹板(34)的两侧通过弹簧(33)连接，所述第一夹板(32)与第二夹板(34)的相对面上设有乳胶管(4)穿过的凹槽(321)，所述第二夹板(34)上设有与凹槽(321)配合的凸起(341)；所述第一夹板(32)和第二夹板(34)之间设有用于通过乳胶管(4)流入的实验水时间的计时组件；
所述称重模块包括设在支撑板I(1)上的多个与样品接收器(54)对应的微型电子秤(9)，及设在该微型电子秤(9)上的接水容器(6)，所述的乳胶管(4)的下端穿过凹槽(321)并延伸到接水容器(6)中；
所述测温模块为设在盛水容器(5)内用于检测实验水温的温度传感器(52)；所述盛水容器(5)中垂直设有用于检测实验用水渗透土壤前后水位差的水头管(7)。
4.根据权利要求4所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述计时组件包括固定在其中第一夹板(32)上的计时器(352)，所述计时器(352)的对应两侧均设置有按钮(3521)，背离设置计时器(352)的第二夹板(34)上固定有用于碰触按钮(3521)的金属片I(351)，所述金属片I(351)通过连接板连接有金属片II，金属片II设置在设置有计时器(352)的第一夹板(32)上方，且计时器(352)位于金属片I(351)和金属片II之间。
5.根据权利要求4所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述第一夹板(32)和第二夹板(34)之间设有限位结构(353)，该限位结构(353)包括折弯设置的金属弹片(3532)，金属弹片(3532)背离折弯端的一端安装在第二夹板(34)上开设的安装槽(342)内，金属弹片(3532)一端连接有竖直设置的连接杆，连接杆穿出安装槽(342)的顶部延伸到夹持板上方后连接有按压部(3531)，金属弹片(3532)的折弯端上设置有限位台(3533)，第一夹板(32)上对应开设有导向孔(322)，导向孔(322)上方开设有与限位台(3533)相匹配的限位孔(323)。
6.根据权利要求4所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述计时结构包括计时器(352)，所述计时器(352)上设置有一个按钮(3521)，计时器(352)安装在其中一个夹持板顶部开设的放置槽内，所述按钮(3521)朝向另一个夹持板的放置槽内壁开设有通槽，所述另一个夹持板上对应通槽设置有金属片III。
7.根据权利要求4所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述盛水容器(5)的底部两侧分别设有进水口(55)和排水口(51)。
8.根据权利要求5所述的一种改进的土壤饱和导水率检测系统，其特征在于，所述第二夹板(34)的两侧通过导向结构(31)与两个支撑板II(2)活动连接。
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2020
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