CN116165361A - 一种混合式多级自动水盐给排装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混合式多级自动水盐给排装置及其控制方法，包括：控制组件、若干个水盐存储组件、水盐混合箱、给排水槽和土箱；水盐存储组件分别存储有水和固体盐，水盐存储组件在控制组件的控制下对水和固体盐进行混合并将混合后的水盐混合溶液导入水盐混合箱；水盐混合箱通过至少一个进水管路与给排水槽连通，在控制组件控制下将水盐混合溶液导入给排水槽，进水管路设有与控制组件电连接的自吸泵；土箱设置于给排水槽的顶部，给排水槽中的水盐混合溶液在达到预设高度后进入土箱中的土壤。通过多个预置的固体盐与水的存储组件，依据不同的实验条件，自动计算所需盐分种类及浓度，可实现多种盐分补给、排泄，水盐浓度调节精度高，适用于各种环境。
Description
技术领域
本发明涉及水盐给排技术领域，特别涉及一种混合式多级自动水盐给排装置及其控制方法。
背景技术
现有的水盐给排装置存在以下不足：1.现有水盐给排装置瞬态响应能力弱，进排水监测精度不高，且不能自动调节进排水速率；2.现有水盐给排装置不能合理模拟自然冻融中的水盐补给、排泄过程；3.现有水盐给排装置不能实现同时补给多种土中常见盐分(NaCl、KCl、Na2CO3、Na2SO3、Ca(HCO3)2、MgSO3等)，且在补给过程不能进行分区单盐分或多盐分混合补给；4.现有水盐补给设备小仅适用于单元实验，不能满足场实验要求。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种混合式多级自动水盐给排装置及其控制方法，通过多个预置的固体盐与水的存储组件，依据不同的实验条件，自动计算所需固体盐种类及浓度，可实现多种常见盐分的补给、排泄，调节土壤中的水盐含量，其水盐浓度调节精度高，适用于各种环境。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了的第一方面公开了一种混合式多级自动水盐给排装置，包括：控制组件、若干个水盐存储组件、水盐混合箱、给排水槽和土箱；
所述水盐存储组件分别存储有水和固体盐，所述水盐存储组件在所述控制组件的控制下对所述水和所述固体盐进行混合并将混合后的水盐混合溶液导入所述水盐混合箱；
所述水盐混合箱通过至少一个进水管路与所述给排水槽连通，在所述控制组件控制下将所述水盐混合溶液导入所述给排水槽，所述进水管路设有与所述控制组件电连接的自吸泵；
所述土箱设置于所述给排水槽的顶部，所述给排水槽中的所述水盐混合溶液在达到预设高度后进入所述土箱中的土壤。
进一步地，所述水盐存储组件包括：水箱、储盐罐和溶解室；
所述水箱和所述储盐罐分别设置于所述溶解室的顶部；
所述水箱通过第一阀门与所述溶解室连通，所述储盐罐通过第二阀门与所述溶解室连通，所述溶解室底部通过第三阀门与所述水盐混合箱连通；
不同所述水盐存储组件中的若干个所述储盐罐容纳有至少一种所述固体盐；
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门分别与所述控制组件电连接，依据所述控制组件的控制信号打开或关断。
进一步地，所述混合式多级自动水盐给排装置还包括：传感器组件；
所述传感器组件包括：若干个流量传感器和若干个重力传感器；
所述若干个流量传感器和所述若干个重力传感器分别与所述控制组件电连接；
所述流量传感器与所述进水管路中的所述自吸泵串联连接，检测所述进水管路中所述水盐混合溶液的流量值，并反馈至所述控制组件；
所述重力传感器设置于所述溶解室的底部，分别获取所述溶解室中的所述固体盐的质量数值及所述水盐混合溶液的质量数值，并反馈至所述控制组件。
进一步地，所述传感器组件还包括：分别与所述控制组件电连接的若干个盐分传感器；
所述若干个盐分传感器均匀设置于所述土箱的土壤中，检测所述土箱中的水盐浓度信息并反馈至所述控制组件。
进一步地，所述混合式多级自动水盐给排装置还包括：废液箱；
所述废液箱与所述水盐混合箱管路连通；
所述土箱中排出的所述水盐混合溶液经所述给排水槽和所述水盐混合箱导入所述废液箱。
进一步地，所述土箱的侧壁和底部为透水材料，在所述给排水槽中的所述水盐混合溶液低于所述预设高度后，所述土箱中的所述水盐混合溶液渗出并进入所述给排水槽；
所述水盐混合箱设有与所述废液箱管路连通的第四阀门；
所述第四阀门与所述控制组件电连接，依据所述控制组件的控制信号打开或关断，将所述水盐混合箱中的所述水盐混合溶液导入所述废液箱。
进一步地，所述废液箱设有分别与所述第四阀门和所述废液箱连通的抽吸泵；
所述抽吸泵与所述控制组件电连接，依据其控制信号与所述第四阀门同步启动或停止。
进一步地，所述水盐混合箱和所述给排水槽均设有可拆卸的若干个插板；
所述水盐混合箱被所述若干个插板分隔成若干个子混合箱，所述给排水槽被所述若干个插板分隔成若干个子水槽，所述子混合箱和所述子水槽通过一个所述进水管路连通；
所述若干个子混合箱、所述若干个子水槽与所述若干个水盐存储组件一一对应。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种混合式多级自动水盐给排装置控制方法，用于控制上述任一所述的混合式多级自动水盐给排装置，包括如下步骤：
依据接收的试验种类控制指令，计算所需的固体盐种类与质量数值及对应水的质量数值；
控制若干个水盐存储组件按照所述所需的固体盐种类与质量数值及对应水的质量数值进行水盐混合；
将水盐混合后的水盐混合溶液导入水盐混合箱中静置预设时长；
将所述水盐混合箱中的所述水盐混合溶液导入土箱下方的给排水槽，使所述水盐混合溶液进入所述土箱。
进一步地，所述使所述水盐混合溶液进入所述土箱之后，包括如下步骤：
当所述土箱中土壤的水盐浓度值小于预设浓度值时，依据所述水盐浓度值与所述预设浓度值的差值，计算需补充的所述固体盐质量数值，并将与需补充的所述固体盐质量数值相对应的所述水盐混合溶液添加至所述土箱；
当所述土箱中土壤的水盐浓度值等于或大于所述预设浓度值时，通过抽吸泵将给排水槽中的所述水盐混合溶液经水盐混合箱抽至废水箱中，以降低所述土壤的水盐浓度值。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1.能够模拟自然冻融中的水盐补给、排泄过程；
2.装置尺寸大可配套进行场实验；
3.能够同时进行六种土中常见盐分的补给、排泄，模拟自然环境土体；
4.依托于盐分传感器能够准确监测箱体中土体盐分含量，通过控制组件自动计算所需水盐，并自动补给排泄水盐，调节水盐含量；
5.通过给排水槽分区设计，可实现对土体中单种或多种混合盐分的竖向分区补给；
6.依托于流量传感器准确监测软管流量，通过控制组件控制第三阀门与水泵，自动调节流量；
7.依托于重力传感器可准确称量盐分质量，自动配置所需浓度水盐。
附图说明
图1是本发明实施例提供的混合式多级自动水盐给排装置原理示意图图；
图2是本发明实施例提供的水盐存储组件结构示意图；
图3是本发明实施例提供的盐分传感器设置示意图；
图4是本发明实施例提供的废液箱结构示意图；
图5是本发明实施例提供的进水管路结构示意图；
图6是本发明实施例提供的给排水槽结构示意图；
图7是本发明实施例提供的水盐混合箱结构示意图；
图8是本发明实施例提供的控制电路连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种混合式多级自动水盐给排装置，包括：控制组件、若干个水盐存储组件、水盐混合箱、给排水槽和土箱；水盐存储组件分别存储有水和固体盐，水盐存储组件在控制组件的控制下对水和固体盐进行混合并将混合后的水盐混合溶液导入水盐混合箱；水盐混合箱通过至少一个进水管路与给排水槽连通，在控制组件控制下将水盐混合溶液导入给排水槽，进水管路设有与控制组件电连接的自吸泵；土箱设置于给排水槽的顶部，给排水槽中的水盐混合溶液在达到预设高度后进入土箱中的土壤。
具体的，请参照图2，在本发明实施例的一个具体实施方式中，水盐存储组件包括：水箱、储盐罐和溶解室；水箱和储盐罐分别设置于溶解室的顶部；水箱通过第一阀门与溶解室连通，储盐罐通过第二阀门与溶解室连通，溶解室底部通过第三阀门与水盐混合箱连通；不同水盐存储组件中的若干个储盐罐容纳有至少一种固体盐；第一阀门、第二阀门、第三阀门分别与控制组件电连接，依据控制组件的控制信号打开或关断。
进一步地，混合式多级自动水盐给排装置还包括：传感器组件；传感器组件包括：若干个流量传感器和若干个重力传感器；若干个流量传感器和若干个重力传感器分别与控制组件电连接；流量传感器与进水管路中的自吸泵串联连接，检测进水管路中水盐混合溶液的流量值，并反馈至控制组件；重力传感器设置于溶解室的底部，分别获取溶解室中的固体盐的质量数值及水盐混合溶液的质量数值，并反馈至控制组件。此外，每个流量传感器串联有一个自吸泵(如图1中所示的自吸泵①、自吸泵②、自吸泵③)。
更进一步地，请参照图3，传感器组件还包括：分别与控制组件电连接的若干个盐分传感器；若干个盐分传感器均匀设置于土箱的土壤中，检测土箱中的水盐浓度信息并反馈至控制组件。
此外，请参照图4，混合式多级自动水盐给排装置还包括：废液箱；废液箱与水盐混合箱管路连通；土箱中排出的水盐混合溶液经给排水槽和水盐混合箱导入废液箱。
进一步地，土箱的侧壁和底部为透水材料，在给排水槽中的水盐混合溶液低于预设高度后，土箱中的水盐混合溶液渗出并进入给排水槽；水盐混合箱设有与废液箱管路连通的第四阀门；第四阀门与控制组件电连接，依据控制组件的控制信号打开或关断，将水盐混合箱中的水盐混合溶液导入废液箱。
进一步地，请参照图5，废液箱设有分别与第四阀门和废液箱连通的抽吸泵；抽吸泵与控制组件电连接，依据其控制信号与第四阀门同步启动或停止。
进一步地，请参照图6和图7，水盐混合箱和给排水槽均设有可拆卸的若干个插板；水盐混合箱被若干个插板分隔成若干个子混合箱，给排水槽被若干个插板分隔成若干个子水槽，子混合箱和子水槽通过一个进水管路连通；若干个子混合箱、若干个子水槽与若干个水盐存储组件一一对应。
上述混合式多级自动水盐给排装置的具体工作过程如下：
请参照图1、图2、图3、图5和图8，当控制组件接收具体的试验种类控制指令，自动计算所需固体盐与水的量，控制组件控制第一阀门(即图1、图2的阀门①)打开，使储盐罐中固体盐(此处的固体盐为粉末形态或颗粒形态)在重力作用下进入溶解室中，溶解室底部设有重力传感器实时监测固体盐质量数值，当进入溶解室中的固体盐质量数值接近所需数值时，阀门①逐渐关闭，减小固体盐进入溶解室的速率，准确控制固体盐质量；当溶解室中固体盐达所需质量时，完全关闭阀门①并打开第二阀门(即图1、图2的阀门②)，使水箱中水分进入溶解室，溶解固体盐，形成所需溶度的水盐。与上述固体盐质量数值检测原理相同，根据重力传感器实时监测溶解室中含有固体盐的水分质量，控制阀门②的开口，准确控制进入溶解室的水分质量。静置1-2分钟，使固体盐充分溶解后，打开第三阀门(即图1、图2的阀门③)，让水盐混合溶液进入水盐混合箱。
水和固体盐在水盐混合箱中混合完毕后，打开多个进水管路中的自吸泵，将水盐混合溶液泵入给排水槽中并进入土箱中的土壤。在给排水槽与自吸泵之间还设有流量传感器与控制组件电相连，实时监测流量并反馈给控制组件，控制组件根据流量传感器反馈实时调控自吸泵，实现流量自动调节。给排水槽中设有的两个竖向插板，与水盐混合箱配合，实现单种不同水盐同时补给。
此外，土箱中的土壤中均匀埋设多个盐分传感器，监测土壤中水盐含量，当水盐含量未达到要求时，控制组件控制相应的储盐罐、水箱与溶解室等水盐存储组件进行补给；当土壤中的水盐浓度值超过要求时，通过控制自吸泵降低给排水槽中水盐混合溶液的液面高度，阻断水盐混合溶液与土箱中土壤的接触，使水盐混合溶液因重力作用从土体中流出，从而降低土箱中土壤的水盐浓度值。
在融冻过程中，自土箱中土壤四周及底部排出的水盐混合溶液，通过四周侧壁内表面的透水纸和底部的排水板将水盐排入到给排水槽，将水盐混合箱中插板卸下，再打开第四阀门(即图1、图2的阀门④)，由抽吸泵将给排水槽中水盐加速排泄到废液箱中。
水盐混合箱中设有两块可拆卸的插板，当需分区补给单种不同水盐时，将插板安装好即可，当需补给多种混合水盐时，将插板拆下即可。
此外，如图8所示，控制组件包括：控制单元1、控制单元2和控制单元3，控制单元1分别与阀门①、阀门②、阀门③、阀门④连接，控制单元2分别与重力传感器、流量传感器、盐分传感器连接，控制单元分别与自吸泵①、自吸泵②、自吸泵③连接。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种混合式多级自动水盐给排装置控制方法，用于控制上述混合式多级自动水盐给排装置，包括如下步骤：
步骤S100，依据接收的试验种类控制指令，计算所需的固体盐种类与质量数值及对应水的质量数值。
步骤S200，控制若干个水盐存储组件按照所需的固体盐种类与质量数值及对应水的质量数值进行水盐混合。
步骤S300，将水盐混合后的水盐混合溶液导入水盐混合箱中静置预设时长。
步骤S400，将水盐混合箱中的水盐混合溶液导入土箱下方的给排水槽，使水盐混合溶液进入土箱。
进一步地，步骤S400中的使水盐混合溶液进入土箱之后，包括如下步骤：
步骤S510，当土箱中土壤的水盐浓度值小于预设浓度值时，依据水盐浓度值与预设浓度值的差值，计算需补充的固体盐质量数值，并将与需补充的固体盐质量相对应的水盐混合溶液添加至土箱。
步骤S520，当土箱中土壤的水盐浓度值等于或大于预设浓度值时，通过抽吸泵将给排水槽中的水盐混合溶液经水盐混合箱抽至废水箱中，以降低土壤的水盐浓度值。
本发明实施例旨在保护一种混合式多级自动水盐给排装置及其控制方法，其中装置包括：控制组件、若干个水盐存储组件、水盐混合箱、给排水槽和土箱；水盐存储组件分别存储有水和固体盐，水盐存储组件在控制组件的控制下对水和固体盐进行混合并将混合后的水盐混合溶液导入水盐混合箱；水盐混合箱通过至少一个进水管路与给排水槽连通，在控制组件控制下将水盐混合溶液导入给排水槽，进水管路设有与控制组件电连接的自吸泵；土箱设置于给排水槽的顶部，给排水槽中的水盐混合溶液在达到预设高度后进入土箱中的土壤。上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1.上述装置能够模拟自然冻融中的水盐补给、排泄过程；
2.装置尺寸大可配套进行场实验；
3.能够同时进行六种土中常见盐分的补给、排泄，模拟自然环境土体；
4.依托于盐分传感器能够准确监测箱体中土体盐分含量，通过控制组件自动计算所需水盐，并自动补给排泄水盐，调节水盐含量；
5.通过给排水槽分区设计，可实现对土体中单种或多种混合盐分的竖向分区补给；
6.依托于流量传感器准确监测软管流量，通过控制组件控制第三阀门与水泵，自动调节流量；
7.依托于重力传感器可准确称量盐分质量，自动配置所需浓度水盐。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，包括：控制组件、若干个水盐存储组件、水盐混合箱、给排水槽和土箱；
所述水盐存储组件分别存储有水和固体盐，所述水盐存储组件在所述控制组件的控制下对所述水和所述固体盐进行混合并将混合后的水盐混合溶液导入所述水盐混合箱；
所述水盐混合箱通过至少一个进水管路与所述给排水槽连通，在所述控制组件控制下将所述水盐混合溶液导入所述给排水槽，所述进水管路设有与所述控制组件电连接的自吸泵；
所述土箱设置于所述给排水槽的顶部，所述给排水槽中的所述水盐混合溶液在达到预设高度后进入所述土箱中的土壤。
2.根据权利要求1所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，
所述水盐存储组件包括：水箱、储盐罐和溶解室；
所述水箱和所述储盐罐分别设置于所述溶解室的顶部；
所述水箱通过第一阀门与所述溶解室连通，所述储盐罐通过第二阀门与所述溶解室连通，所述溶解室底部通过第三阀门与所述水盐混合箱连通；
不同所述水盐存储组件中的若干个所述储盐罐容纳有至少一种所述固体盐；
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门分别与所述控制组件电连接，依据所述控制组件的控制信号打开或关断。
3.根据权利要求2所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，还包括：传感器组件；
所述传感器组件包括：若干个流量传感器和若干个重力传感器；
所述若干个流量传感器和所述若干个重力传感器分别与所述控制组件电连接；
所述流量传感器与所述进水管路中的所述自吸泵串联连接，检测所述进水管路中所述水盐混合溶液的流量值，并反馈至所述控制组件；
所述重力传感器设置于所述溶解室的底部，分别获取所述溶解室中的所述固体盐的质量数值及所述水盐混合溶液的质量数值，并反馈至所述控制组件。
4.根据权利要求3所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，
所述传感器组件还包括：分别与所述控制组件电连接的若干个盐分传感器；
所述若干个盐分传感器均匀设置于所述土箱的土壤中，检测所述土箱中的水盐浓度信息并反馈至所述控制组件。
5.根据权利要求1-4任一所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，还包括：废液箱；
所述废液箱与所述水盐混合箱管路连通；
所述土箱中排出的所述水盐混合溶液经所述给排水槽和所述水盐混合箱导入所述废液箱。
6.根据权利要求5所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，
所述土箱的侧壁和底部为透水材料，在所述给排水槽中的所述水盐混合溶液低于所述预设高度后，所述土箱中的所述水盐混合溶液渗出并进入所述给排水槽；
所述水盐混合箱设有与所述废液箱管路连通的第四阀门；
所述第四阀门与所述控制组件电连接，依据所述控制组件的控制信号打开或关断，将所述水盐混合箱中的所述水盐混合溶液导入所述废液箱。
7.根据权利要求6所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，
所述废液箱设有分别与所述第四阀门和所述废液箱连通的抽吸泵；
所述抽吸泵与所述控制组件电连接，依据其控制信号与所述第四阀门同步启动或停止。
8.根据权利要求1-4任一所述的混合式多级自动水盐给排装置，其特征在于，
所述水盐混合箱和所述给排水槽均设有可拆卸的若干个插板；
所述水盐混合箱被所述若干个插板分隔成若干个子混合箱，所述给排水槽被所述若干个插板分隔成若干个子水槽，所述子混合箱和所述子水槽通过一个所述进水管路连通；
所述若干个子混合箱、所述若干个子水槽与所述若干个水盐存储组件一一对应。
9.一种混合式多级自动水盐给排装置控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-8任一所述的混合式多级自动水盐给排装置，包括如下步骤：
依据接收的试验种类控制指令，计算所需的固体盐种类与质量数值及对应水的质量数值；
控制若干个水盐存储组件按照所述所需的固体盐种类与质量数值及对应水的质量数值进行水盐混合；
将水盐混合后的水盐混合溶液导入水盐混合箱中静置预设时长；
将所述水盐混合箱中的所述水盐混合溶液导入土箱下方的给排水槽，使所述水盐混合溶液进入所述土箱。
10.根据权利要求9所述的混合式多级自动水盐给排装置控制方法，其特征在于，所述使所述水盐混合溶液进入所述土箱之后，包括如下步骤：
当所述土箱中土壤的水盐浓度值小于预设浓度值时，依据所述水盐浓度值与所述预设浓度值的差值，计算需补充的所述固体盐质量数值，并将与需补充的所述固体盐质量相对应的所述水盐混合溶液添加至所述土箱；
当所述土箱中土壤的水盐浓度值等于或大于所述预设浓度值时，通过抽吸泵将给排水槽中的所述水盐混合溶液经水盐混合箱抽至废水箱中，以降低所述土壤的水盐浓度值。
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