CN114609362A - 一种土柱分段式智能控温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种土柱分段式智能控温系统，涉及土壤水分和溶质垂向迁移特征研究领域。本发明通过在土柱外层分段嵌套模块化控温环的方式给土柱控温，每个模块化控温环侧面有两个导流孔与导流管相连，导流管连接恒温冷/热水箱，通过电磁阀调节冷/热水进水比例调节控温环温度，可以模拟不同地区不同季节土壤垂直剖面温度变化情况，实现土柱在不同高度产生温度变化，研究不同温度梯度下土壤水分和溶质的运移规律。
Description
技术领域
本发明涉及土壤水分和溶质迁移规律研究领域，具体为一种土柱分段式智能控温系统。
背景技术
温度是影响土壤水分和溶质迁移能力的重要影响因素，分析研究不同温度梯度下土壤水分和溶质运移规律对准确识别水分和溶质在不同季节土壤剖面的迁移行为和迁移深度有积极作用，对制定科学合理的灌溉施肥制度有指导意义。土壤温度在不同季节随着深度的变化而动态改变，表层土壤和深层土壤温差非常明显。本分段式控温系统为模块化控温环与恒温冷/热水箱联合应用，为非均匀性控温装置，实现对不同深度土壤的差异性控温。该装置的优势在于可以模拟不同地区不同季节土壤在不同深度的温度变化情况，可按需求设置多种温度梯度，使研究更贴合实际。且装置简便，易于操作。
目前应用于土壤水分和溶质迁移规律研究的土柱模型基本没有考虑温度变化，大多数是在室温下进行。少部分虽考虑到温度变化，但一般是将整个土柱模型置于恒温箱内，土柱为均匀性控温，且置于恒温箱内不便操作。在进行温度梯度的控制中，现有技术一般会在土柱模型的上下边界进行控温，然后通过温度传导来实现土柱的温度分级，但这样无法实现土柱各层次的精准控温，且无法模拟复杂的温度梯度状况。现有技术公开了一种将多个不同温度控制下的土柱叠在一起，虽然可以快速实现各层次土柱的精准控温，但破坏了土柱的完整性，且每个分段小土柱都配有一套温度控制系统，装置极其复杂，不易操作，应用成本很高。此外，大部分土柱模型装置是将温度探头埋在土柱内部，会阻碍和影响土柱内水分和溶质的迁移途径，对试验结果造成不可预计的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，解决在不破坏土柱完整性的条件下解决土壤水分和溶质迁移试验中温度分段式控制问题。
本发明提出一种土柱分段式智能控温系统。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种土柱分段式智能控温系统，包括模块化控温环装置和恒温冷/热水箱温度控制装置；
所述模块化控温环装置包括模块化控温环，土柱和隔热垫圈；
所述模块化控温环内径与所述土柱外径相匹配，所述模块化控温环嵌套在所述土柱外部，2个所述模块化控温环之间设置1个隔热垫圈；
多个所述模块化控温环装置由下至上叠加设置；
所述模块化控温环外部设置入水导流孔和出水导流孔；
所述模块化控温环内部为中空；
所述恒温冷/热水箱温度控制装置包括；恒温冷水箱，恒温热水箱，导流管，蠕动泵，电磁阀，三通电磁阀和温度传感器；
所述恒温冷水箱，恒温热水箱，蠕动泵，电磁阀，三通电磁阀和温度传感器通过导流管连接；
所述温度传感器通过出水导流管连接所述模块化控温环的出水导流孔；
所述电磁阀通过入水导流管连接所述模块化控温环的入水导流孔；
所述蠕动泵为2个，一端分别连接所述恒温冷水箱和恒温热水箱，另一端连接所述电磁阀。
在上述方案的基础上，所述恒温冷水箱和恒温热水箱箱体中间设有半隔水板。
在上述方案的基础上，还包括支撑架；所述支撑架上设置有卡箍，所述卡箍卡接在所述模块化控温环外部。
在上述方案的基础上，还包括自动流量调节装置；用于自动调节所述电磁阀和三通电磁阀的流量。
在上述方案的基础上，所述出水导流管设置于所述模块化控温环高度的1/2处。
在上述方案的基础上，所述入水导流管设置于所述模块化控温环高度的1/2处。
在上述方案的基础上，所述多个模块化控温环装置之间由螺栓固定。
在上述方案的基础上，提供了一种土柱分段式智能控温系统的温度分段式控制方法，所述恒温冷/热水箱负责提供恒定温度的冷/热水；所述电磁阀通过调控冷/热水进入模块化控温环的比例来调节达到设定温度；所述蠕动泵负责提供导流管内水循环动力；所述温度传感器负责监控模块化控温环内流出水体的温度是否满足设定需要。
在上述方案的基础上，使用方法包括以下步骤；
S1:在土柱内填装土壤样品或其他介质，用定制的模块化控温环依次嵌套在土柱的外层，每个相邻控温环之间设置隔热垫圈，用螺栓固定住，最后用支撑架把填装好的土柱和外部的模块化控温环一同固定住；
S2:在每个控温环两侧导流孔上连接导流管，分别是入水导流管和出水导流管；
S3:入水导流管连接2个电磁阀，电磁阀分别与2根细导流管相连，细导流管连接至蠕动泵，再分别与恒温冷/热水箱连接；
S4:出水导流管先连接温度传感器以监测流出水体的温度，各导流管再汇集到一根连接三通电磁阀的粗导流管，三通电磁阀可根据出水比例调控水箱的回水比例，使水体最终等比例流回恒温冷/暖水箱以实现控温系统内水的循坏利用；
S5：恒温冷/暖水箱分为入水口和出水口，采用右进左出的进出水原则，通过水箱加热或降温以后达到设定温度，再经由出水口通过蠕动泵通入模块化控温环。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种土柱分段式智能控温系统由于是在土柱外部嵌套定制的模块化控温环，无需对土柱本身进行分割，确保了土柱的完整性，土柱原状土或填装土均可进行无破坏测试。定制的模块化控温环可以实现灵活的分层控温目的，可根据试验需求定制相应高度的控温环，使用十分便捷。系统通过精巧设计，仅使用一个恒温冷水箱、一个恒温热水箱和多个电磁阀就可实现若干个模块化控温环内水体温度的精确控制，装置设计简单，控温操作易行，温度控制稳定。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明所述土柱分段式控温系统示意图。
支撑架(1)；模块化控温环(2)；土柱(3)；隔热垫圈(4)；电磁阀(5)；温度传感器(6)；蠕动泵(7)；恒温热水箱(8)；恒温冷水箱(9)；三通电磁阀(10)。
具体实施方式
本发明提出的土柱分段式控温系统结合附图后将实施方案详细说明。
如图所示，本发明为土柱分段式控温系统，包括土柱(3)、支撑架(1)、若干模块化控温环(2)、电磁阀(5)、蠕动泵(7)、恒温热水箱(8)、恒温冷水箱(9)，每相邻控温环之间设置隔热垫圈(4)。每个模块化控温环进水端导管接有两条导流管，分别连接恒温热水箱和恒温冷水箱，进水口处装有电磁阀以调节冷/热水进入控温环的比例，进而调节控温环内水体的温度。控温环出水端导流管连接温度传感器(6)监测控温环内流出水体的温度，以检测其是否满足设定的控温要求。进水端连接蠕动泵，使水得以在控温系统内部循环流动。水从控温环出水端流出后，在出水端导流管上连接三通电磁阀(10)，按照出水比例分量流回恒温冷/热水箱内以供循环利用。
同时，提供了一种土柱分段式智能控温系统的温度分段式控制方法：整个控温系统由恒温冷水箱、恒温热水箱、导流管、蠕动泵、电磁阀、温度传感器和模块化控温环共同组成。恒温冷/热水箱负责提供恒定温度的冷/热水，电磁阀通过调控冷/热水进入模块化控温环的比例来调节达到设定温度，蠕动泵负责提供导流管内水循环动力，温度传感器负责监控模块化控温环内流出水体的温度是否满足设定需要。
土柱分段式控温系统使用步骤具体如下：
S1:首先在土柱内填装土壤样品或其他介质，用定制的模块化控温环依次嵌套在土柱的外层，每个相邻控温环之间设置隔热垫圈，用螺栓固定住，最后用支撑架把填装好的土柱和外部的模块化控温环一同固定住。
S2:在每个控温环两侧1/2高处的导流孔上连接导流管，分别是入水导流管和出水导流管。
S3:入水导流管连接两个电磁阀，电磁阀分别与两根细导流管相连，细导流管连接至蠕动泵，再分别与恒温冷/热水箱连接。
S4:出水导流管先连接温度传感器以监测流出水体的温度，各导流管再汇集到一根连接三通电磁阀的粗导流管，三通电磁阀可根据出水比例调控水箱的回水比例，使水体最终等比例流回恒温冷/暖水箱以实现控温系统内水的循坏利用。
S5：恒温冷/暖水箱分为入水口和出水口，采用右进左出的进出水原则，冷/热水箱中间设有半隔水板，使得回水与保温箱内的水得以充分混匀，通过水箱加热或降温以后达到设定温度，再经由出水口通过蠕动泵通入模块化控温环。
以上实施方式仅用于说明本发明专利，而并非对本发明专利的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明专利的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明专利的范畴，本发明专利的专利保护范围应由权利要求限定。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，包括模块化控温环装置和恒温冷/热水箱温度控制装置；
所述模块化控温环装置包括模块化控温环(2)，土柱(3)和隔热垫圈(4)；
所述模块化控温环(2)内径与所述土柱(3)外径相匹配，所述模块化控温环(2)嵌套在所述土柱(3)外部，2个所述模块化控温环(2)之间设置1个隔热垫圈(4)；
多个所述模块化控温环装置由下至上叠加设置；
所述模块化控温环(2)外部设置入水导流孔和出水导流孔；
所述模块化控温环(2)内部为中空；
所述恒温冷/热水箱温度控制装置包括；恒温冷水箱(9)，恒温热水箱(8)，导流管，蠕动泵(7)，电磁阀(5)，三通电磁阀(10)和温度传感器(6)；
所述恒温冷水箱(9)，恒温热水箱(8)，蠕动泵(7)，电磁阀(5)，三通电磁阀(10)和温度传感器(6)通过导流管连接；
所述温度传感器(6)通过出水导流管连接所述模块化控温环(2)的出水导流孔；
所述电磁阀(5)通过入水导流管连接所述模块化控温环(2)的入水导流孔；
所述蠕动泵(7)为2个，一端分别连接所述恒温冷水箱(9)和恒温热水箱(8)，另一端连接所述电磁阀(5)。
2.如权利要求1所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，所述恒温冷水箱(9)和恒温热水箱(8)箱体中间设有半隔水板。
3.如权利要求1所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，还包括支撑架(1)；所述支撑架(1)上设置有卡箍，所述卡箍卡接在所述模块化控温环(2)外部。
4.如权利要求1所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，还包括自动流量调节装置；用于自动调节所述电磁阀(5)和三通电磁阀(10)的流量。
5.如权利要求1所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，所述出水导流管设置于所述模块化控温环(2)高度的1/2处；所述入水导流管设置于所述模块化控温环(2)高度的1/2处。
6.如权利要求1所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，所述入水导流管设置于所述模块化控温环(2)高度的1/2处。
7.如权利要求1所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，所述多个模块化控温环装置之间由螺栓固定。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种土柱分段式智能控温系统的温度分段式控制方法，其特征在于，所述恒温冷/热水箱负责提供恒定温度的冷/热水；所述电磁阀(5)通过调控冷/热水进入模块化控温环的比例来调节达到设定温度；所述蠕动泵(7)负责提供导流管内水循环动力；所述温度传感器(6)负责监控模块化控温环内流出水体的温度是否满足设定需要。
9.如权利要求1-7任意一项所述的一种土柱分段式智能控温系统，其特征在于，使用方法包括以下步骤；
S1:在土柱内填装土壤样品，用定制的模块化控温环依次嵌套在土柱的外层，每个相邻控温环之间设置隔热垫圈，用螺栓固定住，最后用支撑架把填装好的土柱和外部的模块化控温环一同固定住；
S2:在每个控温环两侧导流孔上连接导流管，分别是入水导流管和出水导流管；
S3:入水导流管连接2个电磁阀，电磁阀分别与2根细导流管相连，细导流管连接至蠕动泵，再分别与恒温冷/热水箱连接；
S4:出水导流管先连接温度传感器以监测流出水体的温度，各导流管再汇集到一根连接三通电磁阀的粗导流管，三通电磁阀根据出水比例调控水箱的回水比例，使水体最终等比例流回恒温冷/暖水箱以实现控温系统内水的循坏利用；
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