CN2847267Y - 膜式张力计 - Google Patents

Abstract

本实用新型属农业测量仪器，它包括水吸力显示部分、连通管、橡皮塞做的顶盖和感应部件，感应部件是在连通管下部有密集钻孔，用有机膜粘贴在上面，用有机膜代替陶土头克服了通道管和陶土头之间的漏气问题，因此使用效果好，成本低廉，具有推广价值。

Description

膜式张力计

技术领域

本实用新型属农用测量仪器。

背景技术

张力计是测定土壤水吸力的一种仪器，土壤孔隙的毛管引力和土粒的分子引力的作用，使土壤孔隙中的水分处于负压状态，张力计就是测定这种土壤吸力的仪器。土壤水吸力是土壤水分的强度指标，土壤水吸力的大小与土壤水的流动性及对植物的有效性有密切的关系。土壤含水量是土壤水的容量指标，它和土壤水吸力之间有一定关系，土壤水吸力越大，土壤孔隙中的水分愈少，土壤含水量也就愈低，作物根系从土壤中吸收水分会比较为困难；反之，土壤水吸力愈小，土壤孔隙中的水分愈多，则土壤含水量愈高，作物根系比较容易从上壤中吸收水分。

张力计主要由陶土头、连通管和压力计组成。张力计测定土壤水吸力的原理是：当陶土头插入被测土壤后，管中的纯自由水通过多孔陶土壁与土壤水建立水力联系。由于管中自由水的水势值总是高于非饱和土壤水的水势值，因而管中水很快流向土壤，并在管中形成负压，该负压值由与管相连通的压力计显示。当仪器内外的势值达到平衡，压力计表示的负压值即为测定土壤水(陶土头处)的吸力值。张力计的主要用途是：

1、监测土壤水分动态变化(包括土壤水和地下水)。

2、测定土壤水分特性参数，如土壤水分特征曲线，土壤不饱和导水系数等。

3、测定土壤水分的水势梯度，水流方向，入渗速率。

4、研究作物灌水指标及指导农田灌溉，为灌溉、排水、作物生长提供必要的科学根据。

张力计既可用于室内扰动土样和原状土样的测定，也可用于对田间土壤水吸力的测定，测定范围为0～80kPa，结构简单、操作方便，不仅能了解土壤水量的大小，而且能测定土壤水分张力和确定土壤水的运动状态，在实际工作中被广泛应用。为使张力计测量的精度更高，人们对张力计进行了一些改造。刘思春等对普通负压式张力计进行了改进，使读数精确度提高了13.6倍；MartinThalheimer研究了张力计连通管内水面高度变化所引起的张力计测量土壤水吸力时的系统误差，指出通过测量张力计顶盖附近空间内空气的压强，可以大大消除由于管内水面高度的变化对读数的影响。另外为使张力计测量更加方便，国外一些公司开发出喷注式张力计。

陶土头作为张力计的感应部件，张力计内外水分通过陶土头来建立水力联系，它是一个细孔的素烧毛瓷杯，孔径在1.0～1.5微米之间。陶土头完全被水浸润后，其孔隙间的水膜不能让空气而只能让水或溶液通过。水膜在一定压力下破裂而让空气透过的压力值为进气值，陶土头的发泡点一般要求在100kPa以上。张力计的精确度、灵敏度和测量范围主要决定于陶土头的性能。因此烧制陶瓷头的陶土配方、孔径大小和分布密度必须符合一定的要求。经长时间使用后，陶土头容易产生堵塞，而更换陶土头往往较昂贵；另外陶土头和连通管的连接处也容易出现漏气等问题，影响了人们对张力计的使用。

发明内容

本实用新型采用不同孔径的有机膜材料来代替陶土头，所制作的膜式张力计是在连通管上直接铺设有机膜，不存在普通张力计容易出现的连通管和陶土头之间漏气问题。通过试验把普通张力计和膜式张力计进行比较，膜式张力计的使用效果良好，成本低廉，具有推广价值。

本实用新型主要包括水吸力显示部分真空表1、橡皮塞2、连通管3和感应部件4组成，连通管3为透明有机玻璃管，顶盖为橡皮塞2，上端安装真空表1，另一端封闭，有密集钻孔，用有机膜粘贴密封。

水吸力显示部分。可以采用弹簧管负压表或汞柱负压表，负压表的选用视测量所需的精确度和灵敏度而定。我们采用量程为100kPa，最小读数为5kPa的真空表来显示土壤水吸力值。

连通管。采用直径为2.5cm的透明有机玻璃管制作。也可制作为包括排气室和注水室，分别由透明有机玻璃管和不透明PVC管制作。

感应部件。将连通管上安装真空表的另一端封闭，然后用钻头密集钻孔，钻孔部分的宽度约6cm，而后剪取相应面积的膜粘贴在上面，注意粘膜过程中保证接口处不留缝隙。所选取的膜为孔径为0.1μm的有机膜，进气值在100kPa以上。有机膜直接粘在连通管上，可避免普通张力计陶土头和连通管接触处可能的漏气问题。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

1.真空表，2.橡皮塞，3.连通管，4.感应部件。

具体实施方式

膜式张力计的使用方法

使用前准备

使用膜式张力计进行田间和实验室土壤水分测试时，和普通张力计的使用方法相似，必须进行张力计在安装使用前的准备工作。主要包括以下三个部分：

张力计注水

张力计使用前必须预先除气，具体方法是：将橡皮塞拔开，并使仪器倾斜，注入无气水，充水时要避免有气泡堵塞在仪器的管道中，可用一根铁丝插入帮助通畅，务必使整个仪器内充满水。盖上橡皮塞，在空气中蒸发，数小时后可见真空表数值上升，此时轻轻振动仪器，便可见有气泡上升聚集在连通管上部，然后拔开塞子，重新注满水，按上述步骤，反复进行数次可使系统内空气除尽。此步骤可借助真空泵加速进行：将真空泵抽气管与连通管连接进行抽气，使所有气泡中在管上部后，将敷膜部位浸入无气水中，继续进行抽气，反复数次可将管内空气除尽。

真空表校准

真空表在使用时会出现数据偏移或系统误差，为获得最值得信赖的土壤水吸力数据，须消除这部分系统误差，有必要对真空表读数进行校准。校准方法如下：将带有精确真空表的真空泵和张力计连接后，通过真空泵抽气，把真空泵和张力计真空表上读数相比较。为保证此系统误差值恒定，可通过抽气使真空泵表盘上显示不同的值。真空泵和张力计上所显示值的差值即为张力计所用真空表的系统误差。则用张力计所测得土壤水吸力值为张力计所显示值和真空表系统误差之和。

零位校正

膜式张力计埋藏在土中的膜和地面真空表之间有一段距离，在仪器充水情况下会产生静水压力，负压表的读数实际上包括这一静水压力在内，因此要准确地求出膜所在测点的土壤吸力，便需消去这一静水压力，也就是作零位校正。具体做法是：量出膜中部至真空表的距离，以10cm水柱1kPa计算零位校正值，将测量值减去零位校正值，即为测点的实际吸力。一般在测量表层土壤吸力时，此校正值可忽略不计。

安装和观察

在需要测量的田块上选取有代表性的地方，以与张力计直径相同的薄壁金属管打孔至待测深度，为避免膜式张力计所用膜被土壤中石块等扎穿导致漏气，撒入少量过筛后土于孔底，并灌水少许，将张力计插入，再用细土填在管的周围。张力计周围的地上部分应作适当保护，避免过多的扰动和踏实附近的土壤，致使测量地方失去代表性。

仪器安装好后，膜式张力计一般只需几个小时即可与土壤吸力达到平衡，即可进行观测读数。在使用期间需作定期检查，主要是排除仪器中过量的空气。当发现管内空气过多甚至将压力传递通道完全割断时，应立即进行注水排气。读取数据一般在早晨8-9点钟进行，以避免土壤湿度和仪器温度有过大的差别。当温度降至0℃时，要将仪器撤离。

Claims (4)

1、一种膜式张力计，其特征是由水吸力显示部分真空表(1)、橡皮塞(2)、连通管(3)和感应部件(4)组成，连通管(3)为透明有机玻璃管，顶盖为橡皮塞(2)，上端安装真空表(1)，另一端封闭，有密集钻孔，用有机膜粘贴密封。

2、按权利要求1所述的膜式张力计，其特征是水吸力显示部分，可采用弹簧管负压表或汞柱负压表。

3、按权利要求1所述的膜式张力计，其特征是连通管也可制作为包括排气室和注水室，分别用透明有机玻璃管和不透明PVC管制作。

4、按权利要求1所述的膜式张力计，其特征是有机膜为孔径0.1μm的有机膜。

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