CN206740572U - 一种连续标定土壤含水量探头的装置 - Google Patents

Abstract

一种连续标定土壤含水量探头的装置，包括密封箱体，密封箱体内分为上箱体和下箱体，上箱体和下箱体之间设有通道；所述上箱体内放置标定装置，标定装置包括电子天平，电子天平上放置有土样盛放装置，多个含水量探头均布在土样盛放装置上；所述下箱体内设有恒温装置，通过将带探头的土样盛放装置放置到天平上，并利用数据采集装置进行连续测量显示，可以快速标定不同温度条件下的含水量探头。

Description

一种连续标定土壤含水量探头的装置

技术领域

本实用新型涉及一种标定土壤含水量探头的装置，尤其适用于连续标定TDR探头的装置。

背景技术

土壤含水量是土壤分析的常规项目，在水循环研究和农田灌溉排水管理中， 更是必不可少的基本资料。农田土壤水分的动态变化直接反映作物的水分供需状况，快速、准确地测定土壤含水量对农田水分管理具有十分重要的意义。在当前各种含水量测定方法中，广为人们应用的是烘干法和中子法。烘干法准确可靠，是其它方法的基准。但其测定过程烦冗，费事费时，且不可避免要破坏原样本，不能用于原位监测。中子法可以用于田间原位监测，其测定结果也准确可靠，但对于表层土壤，因为中子容易散宜于大气，其结果不甚准确。此外，中子法迄今仍未做到既准确又便捷，不能满足研究和生产管理的需要。

TDR法是测定电磁波在土壤中的传播速度的一种方法。由于电磁波的传播速度与传播媒体的介电常数密切相关，而土壤颗粒、水和空气本身的介电常数差异很大，故一定容积土壤中水的比例不同时其介电常数便有明显的变化，由其电磁波的传播速度便可判断其含水量，Topp最早发展TDR法时，曾声言此法不受土壤质地、容重、温度等物理因素的影响。后来的研究表明，在测量精度要求较低时，这一结论是正确的。对矿质土壤，当其误差要求为0.05 cm³/cm³时, 一般可用同一的标定曲线确定各种土壤的含水量关系。但是, 当要求误差更小时，它们的关系受质地、容重以至温度等物理因素的影响。再者，对于质地粘重的土壤，当含水量较高时，由于输入电磁波的能量耗散较大，导致反射讯息模糊，容易造成失准。因此，对于待测土壤、预先标定其含水量关系仍然是必要的。通过标定，一方面可以确定其适用的湿度范围，另一方面可确知其实际 的测量精度，即避免用通用的标定曲线的误差估计其实际的误差。

土壤水分测量仪器（TDR）的标定工作直接影响仪器的测量精度。较普遍的标定方法是烘干法，即将TDR探头垂直插入夯好的土柱，测定给定容重下风干土的含水量，然后在TDR探针没有插过的地方用环刀（100cm³）取土，立即放入烘箱（110℃，24h），测定其含水量，然后依次增加含水量，重复试验，得到标定曲线。

土壤含水量的测定工作是土壤理化性质研究的基础，现有的土壤含水量探头在测定土壤含水量时大多需要事先标定。目前使用最广，精度最高的标定方法是烘干法，虽然烘干法标定探头可以满足精度要求，但整个过程复杂、繁琐。一条完整的标定曲线大概需要几周的时间，并且只能标定设定的含水量梯度，无法连续标定。另外在标定过程中无法排除外界环境对标定精度的影响。如果需要连续标定或者需要标定不同温度以及不同土壤类型时，需要增设多组实验装置和实验人员，无疑增大了实验成本，影响实验进度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种连续标定土壤含水量探头的装置，不仅能对单个探头实时标定，还能同时对多个探头进行连续标定，标定过程中可以结合恒温箱实现不同温度的标定，提高了实验效率和实验精度。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种连续标定土壤含水量探头的装置，包括密封箱体，密封箱体内分为上箱体和下箱体，上箱体和下箱体之间设有通道；所述上箱体内放置标定装置，标定装置包括电子天平，电子天平上放置有土样盛放装置，多个含水量探头均布在土样盛放装置上；所述下箱体内设有恒温装置，恒温装置包括温度传感元件、加热元件、制冷元件，温度传感元件设置在上箱体中，以获得上箱体中的温度；加热元件、制冷元件分别设置在下箱体顶面、下箱体内，为上箱体提供热原或冷源；所述上箱体内设有除湿器；所述密封箱体外设有终端处理器、数据采集盒，标定装置、恒温装置通过数据线、数据采集盒与终端处理器连接。

所述土样盛放装置5为薄壁钢杯，薄壁钢杯高度为2 cm ~5cm。

所述薄壁钢杯上均布环绕有3个圆孔，含水量探头4通过圆孔插入土中。由此多个探头进行连续标定，以获得不同位置的信息，使标定数据更详细，测得结果更准确。

所述密封箱体为钢制的长方体结构，箱体内附有隔热材料。隔热材料用于隔绝于外界环境温度的影响。

本实用新型一种连续标定土壤含水量探头的装置，通过在插入TDR探头的试样放置在电子天平上，并将电子天平、TDR探头通过数据采集、显示，可以在无任何外部辅助设备的帮助下连续标定含水量探头；本装置克服了现有标定含水量探头只能标定给定含水量条件下的含水量探头，极大的提高了标定曲线的准确性和标定效率；与其他商业或者自制标定含水量探头的复杂设备相比，本发明结构较为简单，组装方便，易于制作且成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的示意图。

图2为本实用新型中土样盛放装置的示意图。

图中：密封箱体1，上箱体1-1，下箱体1-2，标定装置2，电子天平3，含水量探头4，土样盛放装置5，温度传感元件6，加热元件7，制冷元件8，除湿器9，终端处理器10，数据采集盒11，数据线12。

具体实施方式

如图1-2所示， 一种连续标定土壤含水量探头的装置，包括密封箱体1，密封箱体1为钢制的长方体结构，箱体内附有隔热材料，用于保温。密封箱体1内分为上箱体1-1和下箱体1-2，上箱体1-1和下箱体1-2之间设有通道，便于热传导；所述上箱体1-1内放置标定装置2，标定装置2包括电子天平3，电子天平3上放置装有土壤试样的薄壁钢杯，三个含水量探头4通过圆孔插入薄壁钢杯，测量的信息通过数据采集盒11进行收集，同时与终端处理器10连接，并通过终端处理器10显示出来，从而得到不同温度条件下的标定曲线。通过电子天平称重或含水量探头测量即获得土壤含水量变化情况，从而实现标定。

为了更精确，可将内部温度调整为恒温状态，由于常规空调体积比较大，可采用专利号为“201320496555.0”的专利“一种恒温装置”，在下箱体1-2中装入制冷元件7，在下箱体1-2顶面设置制冷元件8，在上箱体1-1中设置温度传感元件6（该专利中的温度采集元件），并将这些元件通过数据采集盒11与终端处理器10进行连接，构成探测监控系统。

终端处理器10采用笔记本电脑或者PC机。

温度传感元件6采用pt100温度传感器。

含水量探头4采用YL-69土壤湿度传感器。

操作者通过温度传感元件6获取下箱体内实际温度， 当实际温度位于上箱体1-1所需的工作温度范围内时，加热元件2和制冷元件3位于非工作状态 ； 当实际温度高于设定工作温度范围时， 启动制冷元件 3 以降低上箱体1-1 内温度 。反之， 当实际温度低于设定工作温度范围时， 启动加热元件 2 以升高上箱体1-1内温度。在温度过高或过低的情况下进行调节，保持恒温状态，避免因温度变化影响测量结果。

工作原理及过程：

使用时，先将事先饱和好的土样放置到薄壁钢杯内， 将含水量探头4插入薄壁钢杯的圆孔内，将薄壁钢杯到电子天平3上，并将电子天平3放入到上箱体1-1内，通过终端处理器10事先设定好箱体内的湿度，温度。启动设备，当温度高于（或低于）设定温度时，恒温装置开始工作，将密封箱体1内的温度保持在设定温度；密封箱体1内的湿度由于水分蒸发会越来越大，当湿度大于设定湿度时，除湿器9开始工作，使箱体1内湿度保持在设定值。上述过程中，含水量探头4和电子天平3通过数据线12，将信息传递给数据采集盒12采集数据。将测得的含水量数据通过终端处理器10绘制成标定曲线。改变温度重复上述步骤，即可以得到不同温度条件下的标定曲线。标定结束后，取出土样盛放装置，洗净土样盛放装置，并用抹布将箱体1和土样盛放装置5内的水擦干。

Claims (4)

1.一种连续标定土壤含水量探头的装置，其特征在于：包括密封箱体（1），密封箱体（1）内分为上箱体（1-1）和下箱体（1-2），上箱体（1-1）和下箱体（1-2）之间设有通道；所述上箱体（1-1）内放置标定装置（2），标定装置（2）包括电子天平（3），电子天平（3）上放置有土样盛放装置（5），多个含水量探头（4）均布在土样盛放装置（5）上；所述下箱体（1-2）内设有恒温装置，恒温装置包括温度传感元件（6）、加热元件（7）、制冷元件（8），温度传感元件（6）设置在上箱体（1-1）中，以获得上箱体（1-1）中的温度；加热元件（7）、制冷元件（8）分别设置在下箱体（1-2）顶面、下箱体（1-2）内；所述上箱体（1-1）内设有除湿器（9）；所述密封箱体（1）外设有终端处理器（10）、数据采集盒（11），标定装置（2）、恒温装置通过数据线（12）、数据采集盒（11）与终端处理器（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种连续标定土壤含水量探头的装置，其特征在于：所述土样盛放装置（5）为薄壁钢杯，薄壁钢杯高度为2 cm ~5cm，太低无法插探头，太高就标定不了。

3.根据权利要求2所述的一种连续标定土壤含水量探头的装置，其特征在于：所述薄壁钢杯上均布环绕有3个圆孔，含水量探头（4）通过圆孔插入土中。

4.根据权利要求1所述的一种连续标定土壤含水量探头的装置，其特征在于：所述密封箱体（1）为钢制的长方体结构，箱体内附有隔热材料。