CN213091445U - 一种原位松散介质气体渗透率测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种原位松散介质气体渗透率测试仪，包括探管，还包括气压泵、流量计和压差计；所述探管的上端密封，下端开口；所述探管的侧壁上由上至下依次设有进气口、上出气口和下出气口；所述进气口与所述流量计的一端连接，所述流量计的另一端与所述气压泵的出气口连接；所述上出气口和所述下出口气分别与所述压差计的两个测量端连接。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型可通过流量计直接测量Q的值，通过压差计直接测量ΔP的值，然后根据公式
即可直接算出渗透率k，测量、计算过程方便快捷，渗透率测量效率显著提高；另一方面，本实用新型无需计算形状因子F的值即可计算出渗透率，测量结果准确可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测仪器领域，具体涉及一种原位松散介质气体渗透率测试仪。
背景技术
土壤气体渗透率是评价气体和挥发性化合物在土壤中的迁移的关键。目前国内外对有关方面的研究比较少，目前比较常见的测量方法是在实验室法和原位测量法对土壤气体渗透率进行测量。对于在实验室中用渗透率仪对试样进行测量，但是由于取样或运输途中会破坏原有的土壤结构无法反映出真实的数据，因此需要原位对土壤渗透性进行测量。
现有土壤气体渗透率测量仪都是基于丹麦A.Damkjaer和U.Korsbech所制作的特制探头，例如中国地质大学开发的一种土壤气体渗透率测量仪(如图1所示，参考文献：现场土壤渗透率测量仪的设计与实现[D].周杰.中国地质大学(北京),2010.)，包括探管系统、压气系统和自动触发计时系统，其工作原理为使用压气装置以恒定压强向探管中供入固定体积的气流,其中探管的端部还需要一个丢失头，使用时需先将丢失头插入土壤中一定深度后，然后再插入探管(如图2所示)，以便在探管与丢失头之间制造出一个尺寸固定的圆柱形空腔,压气装置开始工作后,自动触发计时系统可以自动测量出压气所用的时间。根据测量时间可计算出Q,再根据砝码质量、活塞质量等参数计算出ΔP，再结合圆柱形空腔的形状因子F，根据公式
计算得到土壤气体渗透率参数k，这种土壤气体渗透率测量仪的缺点在于：形状因子F需要十分复杂的公式才可以进行求解，计算过程繁琐复杂，因此，亟待开发一种可以更加快捷地计算出土壤气体渗透率的气体渗透率测试仪。
实用新型内容
为解决背景技术中现有土壤渗透率的测量仪器需要复杂的公式计算才可以得到测量结果的问题，本实用新型提供了一种原位松散介质气体渗透率测试仪，具体技术方案如下。
一种原位松散介质气体渗透率测试仪，包括探管，还包括气压泵、流量计和压差计；所述探管的上端密封，下端开口；所述探管的侧壁上由上至下依次设有进气口、上出气口和下出气口；所述进气口与所述流量计的一端连接，所述流量计的另一端与所述气压泵的出气口连接；所述上出气口和所述下出口气分别与所述压差计的两个测量端连接。
采用上述结构的测试仪测量渗透率时，可通过流量计直接测量Q的值，通过压差计直接测量ΔP的值，然后根据公式
即可直接算出渗透率k(式中，L为上出气口和下出气口之间的垂直距离，A为探管的截面积，μ为流体动力粘度，均为已知常量)，测量、计算过程方便快捷，渗透率测量效率显著提高。
使用时，先将探管插入待测介质中，打开气压泵向探管中通入气体，读取流量计读数Q和压差计读数△P，即可根据公式
计算得出土壤渗透率。
公式推导如下：
根据达西公式可得：(渗透系数)
又根据渗透系数与渗透率的关系可得：
将(1)式等于(2)式可得：
化简，整理得到：
又知：流量
水头损失
代入到(3)式中，即可得：
其中，K为渗透系数，k为渗透率，Q为通过探管的气体流量，V为通过探管的气体体积，t为压入体积V的气体所花费的时间，Δh为达西公式水头损失，L为上出气口与和下出气口之间的垂直距离，μ为流体动力粘度，ΔP为上出气口与和下出气口的压强差，A为探管截面积。
上述公式推导过程是根据已知的达西公式进行的推导，无需付出创造性劳动，因此本申请不涉及方法类的改进，仅涉及结构改进，符合实用新型的保护客体。
另一方面，现有技术利用丢失头制造的圆柱形空腔(如图2所示)十分容易塌陷，导致圆柱形空腔的形状因子F的数值不准确，从而影响渗透率测量的准确性，而本申请无需计算形状因子F的值即可计算出渗透率，测量结果准确可靠。
优选地，还包括探头，所述探头包括连接端和锋利端，所述连接端与所述探管的下端可拆卸地连接，所述锋利端的直径小于所述连接端的直径。由此，带有锋利端得探头可使得探管更容易插入待测量介质。
优选地，还包括探管护头，所述探管护头的一端与所述探管的上端可拆卸地连接，另一端塞有橡胶塞。探管护头用来保护探管管身，减轻其在使用过程中打压所造成的损伤。橡胶塞，是为了使其密封。
优选地，所述进气口处还设有第一通气管，所述第一通气管沿水平方向布置，其一端与所述进气口连接，另一端与所述流量计连接。
优选地，所述上出气口处还设有第二通气管，所述第二通气管包括竖直部和水平部，所述竖直部与所述上出气口连接，所述水平部与所述压差计连接。
优选地，所述下出气口处还设有第三通气管，所述第三通气管包括竖直部和水平部，所述竖直部与所述下出气口连接，所述水平部与所述压差计连接。
优选地，所述第一通气管、第二通气管的水平部，第三通气管的水平部位于同一平面上。保证测量其上下压差的精准性。
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本实用新型可通过流量计直接测量Q的值，通过压差计直接测量ΔP的值，然后根据公式
即可直接算出渗透率k，测量、计算过程方便快捷，渗透率测量效率显著提高；另一方面，本实用新型无需计算形状因子F的值即可计算出渗透率，测量结果准确可靠。
附图说明
图1为现有土壤气体渗透率测量仪的结构示意图；
图2为现有土壤气体渗透率测量仪的丢失头和探管插入待测量介质(土壤)时的状态图；
图3为本实用新型的结构示意图；
图4为本实用新型探管的结构示意图；
图5为本实用新型探管的俯视图；
图6为图5的A-A剖视图；
图7为图6中A区域的局部放大图；
图8为本实用新型探管插入待测量介质(土壤)时的状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
如图3-图8所示，一种原位松散介质气体渗透率测试仪，包括探管1、气压泵2、流量计3和压差计4；所述探管1的上端通过螺纹可拆卸地安装有探管护头11，所述探管护头11的顶部塞有橡胶塞111；所述探管1的下端通过螺纹可拆卸地安装有探头12，探头12包括连接端121和锋利端122，所述锋利端122的直径小于所述连接端121的直径。所述探管1的侧壁上由上至下依次设有进气口13、上出气口14和下出气口15；所述进气口13与所述流量计3的一端连接，所述流量计3的另一端与所述气压泵2的出气口21连接；所述上出气口14和所述下出口气15分别与所述压差计4的负压端和正压端连接。
具体地，如图3和图4所示，所述进气口13处还设有第一通气管(图中未示出)，所述第一通气管沿水平方向布置(从图3视角看为图纸内向图纸外延伸)，其一端与所述进气口连接，另一端与所述流量计连接。所述上出气口14处还设有第二通气管141，所述第二通气管141包括竖直部和水平部，所述竖直部与所述上出气口14连接，所述水平部与所述压差计4的负压端连接。所述下出气口15处还设有第三通气管151，所述第三通气管151包括竖直部和水平部，所述竖直部与所述下出气口15连接，所述水平部与所述压差计4的正压端连接。所述第一通气管、第二通气管141的水平部，第三通气管151的水平部位于同一平面上。
具体地，所述流量计的型号为MF5706，所述压差计的型号为testo510，所述气压泵的型号为Zx512-806-3700N。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种原位松散介质气体渗透率测试仪，包括探管，其特征在于：还包括气压泵、流量计和压差计；所述探管的上端密封，下端开口；所述探管的侧壁上由上至下依次设有进气口、上出气口和下出气口；所述进气口与所述流量计的一端连接，所述流量计的另一端与所述气压泵的出气口连接；所述上出气口和所述下出气口分别与所述压差计的两个测量端连接。
2.根据权利要求1所述的原位松散介质气体渗透率测试仪，其特征在于：还包括探头，所述探头包括连接端和锋利端，所述连接端与所述探管的下端可拆卸地连接，所述锋利端的直径小于所述连接端的直径。
3.根据权利要求1或2所述的原位松散介质气体渗透率测试仪，其特征在于：还包括探管护头，所述探管护头的一端与所述探管的上端可拆卸地连接，另一端塞有橡胶塞。
4.根据权利要求3所述的原位松散介质气体渗透率测试仪，其特征在于：所述进气口处还设有第一通气管，所述第一通气管沿水平方向布置，其一端与所述进气口连接，另一端与所述流量计连接。
5.根据权利要求4所述的原位松散介质气体渗透率测试仪，其特征在于：所述上出气口处还设有第二通气管，所述第二通气管包括竖直部和水平部，所述竖直部与所述上出气口连接，所述水平部与所述压差计连接。
6.根据权利要求5所述的原位松散介质气体渗透率测试仪，其特征在于：所述下出气口处还设有第三通气管，所述第三通气管包括竖直部和水平部，所述竖直部与所述下出气口连接，所述水平部与所述压差计连接。
7.根据权利要求6所述的原位松散介质气体渗透率测试仪，其特征在于：所述第一通气管、第二通气管的水平部，第三通气管的水平部位于同一平面上。
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