CN205483911U - 一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，包括土柱筒、给水皿、含水率测量装置、温度传感器、恒温加热系统、数据采集器和空气温湿度探测器；土柱筒设有两排通孔，通过两排通孔分别对称插入含水率测量装置和温度传感器；含水率测量装置与温度探测器均通过导线与数据采集装置相连；给水皿通过导管与土柱筒连接；恒温加热系统包括温度控制器和低压电热丝，低压电热丝缠绕在土柱筒上部表面，温度控制器的温度探头贴在低压电热丝表面。该试验装置结构简单、使用方便，密封性好；该装置能够同时监测不同高度非饱和土中的温度和湿度，采集数据快速准确；能够测得相同高度的非饱和土的温度和湿度，便于数据比较。
Description
技术领域
本实用新型涉及土壤水环境试验测试领域，具体说是一种探究温度对非饱和土毛细水上升影响的试验装置。
背景技术
土壤中毛管水的运动是西北干旱半干旱地区一个重要的水文过程。在地下水面以上，水分会在毛细力的作用下，沿着土壤颗粒之间的狭小空隙上升形成毛细带，其上升量的多少和上升高度将对植物根系水分的吸收、土壤盐渍化以及工程安全等产生直接影响。因此，对土壤毛细现象的研究在农业发展，地下水开发利用，生态环境保护以及工程安全建设等方面具有重要的意义。但是在西北干旱地区，特别是巴丹吉林沙漠地区，植被稀少，地表温度较高。为了探究地表温度对毛细水上升的影响，设计了此实验装置。
实用新型内容
解决的技术问题：为了解决以上问题，本实用新型提供了一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置。
技术方案：一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，该试验装置包括土柱筒、给水皿、含水率测量装置、温度传感器、恒温加热系统、低压电源适配器、数据采集器、空气温湿度探测器；所述土柱筒为顶部敞口、底部与侧壁密封连接的筒状结构，所述土柱筒为内设有地下饱和含水层，地下饱和含水层上面设有非饱和土层，所述地下饱和含水层与非饱和土层之间设有人工布（20）；所述土柱筒顶端设有有机玻璃盖，所述空气温湿度探测器包括空气温湿度探测器探头和空气温湿度探测器显示器，空气温湿度探测器探头设于土柱筒顶端内部，并通过导线穿过有机玻璃盖与空气温湿度探测器显示器连接；所述恒温加热系统包括温度控制器和低压电热丝，所述低压电热丝缠绕在土柱筒上部表面，低压电热丝与低压电源适配器连接，温度控制器的温度探头贴在低压电热丝表面；所述土柱筒侧壁上设有两排通孔，两排通孔的数量相等，且高度相同，每排通孔中上下相邻的两个通孔之间的距离相等；所述数据采集器包括多路湿度监测器和多路温度监测器，所述多路湿度监测器通过导线与若干个含水率测量装置连接，所述若干个含水率测量装置的探针分别穿过土柱筒上的一排通孔插入非饱和土中；所述多路温度监测器通过导线与若干个温度传感器连接，所述若干个温度传感器分别穿过土柱筒上的另一排通孔插入非饱和土中；所述给水皿的顶端呈缩口形状且带刻度，所述给水皿内装有去离子水和密封油，所述土柱筒下部侧壁上设有补水口，所述给水皿通过导管与补水口连通。
所述空气温湿度探测器为WSB-2型高精度数显温湿表。
所述含水率测量装置为TDR土壤水分传感器，
所述有机玻璃盖的外面包裹有保温层。
所述低压电热丝的外面包覆有保温层，温度控制器的温度探头置于保温层和低压电热丝之间。
所述低压电热丝双股缠绕于土柱筒上部表面。
所述非饱和土层为风积沙层，风积沙粒径均小于1mm。
所述地下饱和含水层为砂砾石层，砂砾石粒径为2-5mm。
所述土柱筒的横截面轮廓包括两条相互平行的直线段和两条半圆弧段，所述两个直线段位于两个半圆弧段之间，且两个半圆弧段与两条直线连接。
所述两排通孔分别设于土柱筒上两个直线段所在的侧壁上。
土柱筒的高度、横截面尺寸、侧面通孔位置可根据不同试验需要进行调节。
为一种优选：土柱筒材质采用透明有机玻璃，便于试验过程中试验现象的观测。
有益效果：本实用新型提供的探究温度对毛细水上升影响的试验装置，该试验装置结构简单、使用方便，密封性好；该装置没有特殊边界，能够使含水率测量装置探头处于相同的土壤深度，而且能够同时监测不同高度非饱和土中的温度和湿度，采集数据快速准确；能够测得相同高度的非饱和土的温度和湿度，便于数据比较，对探究温度对毛细水上升影响更具说服力。
附图说明
图1为本实用新型装置的示意图。
图2为本实用新型装置土柱筒与含水率测量装置及温度探测器连接的示意图。
图中：土柱筒；2、有机玻璃盖；3、保温层；4、低压电热丝；5、低压电源适配器；6、空气温湿度探测器探头；7、空气温湿度探测器显示器；8、温度控制器；9、导线；10、多路湿度监测器；11、含水率探测装置；12、温度传感器；13、多路温度监测器；14、给水皿；15、刻度线；16、去离子水；17、密封油；18、补水口；19、导管；20、人工布。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
实施例1
如附图1所示，本实用新型提供一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，该试验装置包括土柱筒1、给水皿14、含水率测量装置11、温度传感器12、恒温加热系统、低压电源适配器5、数据采集器、空气温湿度探测器；土柱筒1为顶部敞口、底部与侧壁密封连接的筒状结构，土柱筒1为内设有地下饱和含水层，地下饱和含水层上面设有非饱和土层，地下饱和含水层与非饱和土层之间设有人工布20；土柱筒1顶端设有有机玻璃盖2，有机玻璃盖2的外面还可以包裹有保温层。空气温湿度探测器可以选用WSB-2型高精度数显温湿表，其包括空气温湿度探测器探头6和空气温湿度探测器显示器7，空气温湿度探测器探头6设于土柱筒顶端内部，并通过导线穿过有机玻璃盖2与空气温湿度探测器显示器7连接；恒温加热系统包括温度控制器8和低压电热丝4，低压电热丝4缠绕在土柱筒1上部表面，低压电热丝4与低压电源适配器5连接，温度控制器8的温度探头贴在低压电热丝4表面；低压电热丝4的外面还可以包覆有保温层3，温度控制器8的温度探头置于保温层3和低压电热丝4之间。土柱筒1侧壁上设有两排通孔，两排通孔的数量相等，且高度相同，每排通孔中上下相邻的两个通孔之间的距离相等；数据采集器包括多路湿度监测器10和多路温度监测器13，多路湿度监测器10通过导线与若干个含水率测量装置11连接，含水率测量装置11可以选用TDR土壤水分传感器，若干个含水率测量装置11的探针分别穿过土柱筒上的一排通孔插入非饱和土中；多路温度监测器13通过导线与若干个温度传感器12连接，若干个温度传感器12分别穿过土柱筒上的另一排通孔插入非饱和土中；给水皿14为顶端呈缩口形状且带刻度的给水皿，给水皿14内装有去离子水16和密封油17，土柱筒1下部侧壁上设有补水口18，给水皿14通过导管19与补水口18连通。低压电热丝4可以通过双股缠绕的方式缠绕于土柱筒1上部表面。土柱筒1的横截面轮廓包括两条相互平行的直线段和两条半圆弧段，两个直线段位于两个半圆弧段之间，且两个半圆弧段与两条直线连接。两排通孔分别设于土柱筒1上两个直线段所在的侧壁上。
实施例2
一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，包括试验主体-非饱和土的容纳装置土柱筒1、给水皿14、含水率测量装置11、温度传感器12、恒温加热系统、低压电源适配器5、数据采集器、空气温湿度探测器；土柱筒的高度、横截面尺寸、侧面通孔位置可根据不同试验需要进行调节，形状结构参照实施例1所述。本试验中装置采用的规格为：
土柱筒1壁厚5mm，横截面圆形内直径15cm、直线段长5cm，土柱筒高度为140cm。
土柱筒上端开敞，拥有一个横截面相同，能够紧扣在土柱筒的顶端的有机玻璃盖，有机玻璃盖2的高度为10cm，有机玻璃盖2外壁拥有一层厚5mm的保温层，用于保持土柱顶端温度。
恒温加热系统位于有机玻璃盖下方，其包括温度控制器8和低压电热丝4，低压电热丝4双股缠绕在土柱筒1上部表面，宽度为10cm，温度控制器8的温度探头贴在低压电热丝4表面；低压电热丝4的外面包覆有保温层3与有机玻璃盖外壁保温层材质相同。低压电热丝4与低压电源适配器5连接，低压电源适配器5与220V电源相连。温度控制器8的温度探头置于保温层3和低压电热丝4之间。
空气温湿度探测器包括空气温湿度探测器探头6和空气温湿度探测器显示器7，空气温湿度探测器探头6通过导线穿过有机玻璃盖置于土柱顶端，导线与有机玻璃盖接口处密封，导线另一端与空气温湿度探测器显示器7连接，其通过空气温湿度探测器显示器7显示示数。
带刻度15的给水皿14通过导管19与土柱筒1相连，通过补水口18给土柱补水，保持给水皿14中水位不变且与人工布20位置齐平，给水皿14内装有去离子水，水位上端拥有一层密封油17以隔绝空气。
土柱筒1侧面通过通孔连接含水率测量装置11—TDR土壤水分传感器，并通过导线9连接到多路湿度监测器10，与含水率测量装置对称的另一侧通孔连接温度传感器12，其通过导线与多路温度监测器13相连。能够实时观测土柱各层的含水率及温度变化，通孔距离柱顶分别为20cm、35cm、50cm、65cm、80cm。通孔通过导线用硅胶密封。
土柱筒下端填装高10cm、粒径在2-5mm的砂砾层，用于模拟地下饱和含水层，其上填装粒径小于1mm的风积沙，人工布20用于防止风积沙渗入砂砾层，对试验产生影响。
根据此装置来探究温度对毛细水上的影响。本实用新型装置用于探究温度对毛细水上升影响的试验装置，用来研究不同温度条件下，非饱和土中的毛细水上升规律，如毛细水上升高度、上升速率、入渗量等，具体操作如下：
（1）在试验开始之前，要将试验对象（一定级配的土体）准备好，然后按照试验中设定的密实度填充于土柱筒1相应的层位中，填筑过程中按照图1所示，土柱筒底部装有10cm高，粒径为2-5mm的砂砾石，用来模拟地下饱和含水层，砂砾石上方填筑100mm的风积沙，粒径均小于1mm。砂砾石与风积沙之间用人工布20隔离。
（2）按图2所示，装填土柱过程中安装好含水率测量装置11—TDR土壤水分传感器及温度传感器12，并用导线9将其各自连接到数据收集装置。
（3）按图1所示，低压电热丝4双股缠绕在距离土柱筒1上部表面10cm-20cm处，温度控制器8的温度探头贴在低压电热丝4表面；低压电热丝4的外面包覆有保温层3，温度控制器8的温度探头置于保温层3和低压电热丝4之间。
（4）按图1所示，将空气温湿度探测器探头6置于土柱筒1上端，盖紧上有机玻璃盖2，固定好空气温湿度探测器显示器7。
（5）按图1所示，将给水皿14通过用导管19与已经填筑好的土柱筒1相连。
（6）接通低压电源适配器，加热低压电热丝，待温度达到预定值时，接通数据收集装置电源。同时向给水皿14中加入10mm的密封油17。
（7）再向给水皿中加入去离子水16，使给水皿14中水位与人工布20齐平，通过不断补充去离子水以保证水位稳定不变。记录每次加入的去离子水重量。
（8）定时测量土柱毛细水上升的高度并整理数据，待空气温湿度探测装置显示湿度高于80%时，打开有机玻璃盖释放内部湿度较大空气，然后立刻盖上有机玻璃盖，以免由于蒸发导致空气湿度过大，对试验产生影响。
（9）重复步骤1至步骤8，设置一组不同温温度条件下毛细水上升的对比试验。
（10）随着时间的进行，毛细水运移速度越来越慢，为了研究整个毛细水上升的过程，实验一般要持续几个月。
Claims (10)
1.一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：该试验装置包括土柱筒（1）、给水皿（14）、含水率测量装置（11）、温度传感器（12）、恒温加热系统、低压电源适配器（5）、数据采集器、空气温湿度探测器；所述土柱筒（1）为顶部敞口、底部与侧壁密封连接的筒状结构，所述土柱筒（1）为内设有地下饱和含水层，地下饱和含水层上面设有非饱和土层，所述地下饱和含水层与非饱和土层之间设有人工布（20）；所述土柱筒（1）顶端设有有机玻璃盖（2），所述空气温湿度探测器包括空气温湿度探测器探头（6）和空气温湿度探测器显示器（7），空气温湿度探测器探头（6）设于土柱筒顶端内部，并通过导线穿过有机玻璃盖（2）与空气温湿度探测器显示器（7）连接；所述恒温加热系统包括温度控制器（8）和低压电热丝（4），所述低压电热丝（4）缠绕在土柱筒（1）上部表面，低压电热丝（4）与低压电源适配器（5）连接，温度控制器（8）的温度探头贴在低压电热丝（4）表面；所述土柱筒（1）侧壁上设有两排通孔，两排通孔的数量相等，且高度相同，每排通孔中上下相邻的两个通孔之间的距离相等；所述数据采集器包括多路湿度监测器（10）和多路温度监测器（13），所述多路湿度监测器（10）通过导线与若干个含水率测量装置（11）连接，所述若干个含水率测量装置（11）的探针分别穿过土柱筒上的一排通孔插入非饱和土中；所述多路温度监测器（13）通过导线与若干个温度传感器（12）连接，所述若干个温度传感器（12）分别穿过土柱筒上的另一排通孔插入非饱和土中；所述给水皿（14）的顶端呈缩口形状且带刻度，所述给水皿（14）内装有去离子水（16）和密封油（17），所述土柱筒（1）下部侧壁上设有补水口（18），所述给水皿（14）通过导管（19）与补水口（18）连通。
2.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述空气温湿度探测器为WSB-2型高精度数显温湿表。
3.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述含水率测量装置（11）为TDR土壤水分传感器。
4.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述有机玻璃盖（2）的外面包裹有保温层。
5.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述低压电热丝（4）的外面包覆有保温层（3），温度控制器（8）的温度探头置于保温层（3）和低压电热丝（4）之间。
6.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述低压电热丝（4）双股缠绕于土柱筒（1）上部表面。
7.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述非饱和土层为风积沙层，风积沙粒径均小于1mm。
8.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述地下饱和含水层为砂砾石层，砂砾石粒径为2-5mm。
9.根据权利要求1所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述土柱筒（1）的横截面轮廓包括两条相互平行的直线段和两条半圆弧段，所述两个直线段位于两个半圆弧段之间，且两个半圆弧段与两条直线连接。
10.根据权利要求9所述的一种探究温度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述两排通孔分别设于土柱筒（1）上两个直线段所在的侧壁上。
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