CZ24682U1 - Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity - Google Patents
Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity Download PDFInfo
- Publication number
- CZ24682U1 CZ24682U1 CZ201226789U CZ201226789U CZ24682U1 CZ 24682 U1 CZ24682 U1 CZ 24682U1 CZ 201226789 U CZ201226789 U CZ 201226789U CZ 201226789 U CZ201226789 U CZ 201226789U CZ 24682 U1 CZ24682 U1 CZ 24682U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- infiltration
- tube
- infiltration module
- head
- module
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Description
Infiltrometr pro měřeni hydraulické vodivosti půdyInfiltrometer for hydraulic soil conductivity measurement
Oblast technikyTechnical field
Infiltrometr slouží ke zjišťování infiltrační schopnosti půd, zejména ke stanovení jednotlivých bodů funkce nenasycené hydraulické vodivosti v blízkosti nasycení půdy vodou a následnému vyšetření průběhu nenasycené hydraulické vodivostí ve vztahu k (sací) tlakové výšce, která vyjadřuje potenciál půdní vody. Průběh hydraulické vodivosti se vztahuje k rychlosti proudění vody půdou při jednotkovém gradientu celkového potenciálu k určité vlhkosti, a zároveň, přes retenční křivku, k tlakové výšce. Hydraulická vodivost má jednotky rychlosti [L/T]. Průběh hydraulické vodivosti slouží jako jeden ze vstupních parametrů modelů proudění vody v nenasyceném půdním prostředí, tj, nad hladinou podzemní vody.The infiltrometer is used to determine the infiltration capacity of soils, in particular to determine the individual points of the function of unsaturated hydraulic conductivity in the vicinity of soil saturation with water and to follow the course of unsaturated hydraulic conductivity in relation to (suction) pressure altitude, which expresses the soil water potential. The course of hydraulic conductivity refers to the rate of water flow through the soil at a unit gradient of the total potential to a certain humidity, and at the same time, through the retention curve, to the pressure head. Hydraulic conductivity has units of speed [L / T]. The course of hydraulic conductivity serves as one of the input parameters of models of water flow in unsaturated soil environment, ie, above groundwater level.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Obecně se za použití infiltrometrů přímo měří pokles hladiny, popřípadě objemu, v čase v zásobní nádobě přístroje při nastavené konstantní hodnotě tlakové výšky (ho). Tlaková výška se běžně uvádí v jednotkách délky [L] a pro účely zjištění hodnot nenasycené hydraulické vodivosti se vždy nastavuje jako záporná. Z poklesu hladiny je poté počítán vývoj kumulativní infiltrace, v délkových jednotkách [L], do půdy v čase. Tento přepočet se provádí až po ukončení infiltrační zkoušky při jejím vyhodnocování neboje přímo součástí měření, pokud je přístroj automatizovaný a přepočet poklesu hladiny na kumulativní infiltraci je zaveden do řídicího programu. Výsledkem jedné infiltrační zkoušky je tedy průběh kumulativní infiltrace v čase, která slouží jako podklad pro stanovení jedné hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti při jedné dané tlakové výšce. Pro získání další hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti je zapotřebí provést novou infiltrační zkoušku s odlišnou hodnotou tlakové výšky.In general, the use of infiltrometers directly measures the level or volume drop over time in the instrument storage vessel at a constant set pressure value (ho). The pressure head is normally given in units of length [L] and is always set to negative to determine the values of unsaturated hydraulic conductivity. The development of cumulative infiltration, in length units [L], into the soil over time is then calculated from the level decrease. This recalculation is performed after the end of the infiltration test during its evaluation or is directly part of the measurement, if the instrument is automated and the conversion of the level drop to the cumulative infiltration is introduced into the control program. Thus, one infiltration test results in a cumulative infiltration over time, which serves as a basis for determining one unsaturated hydraulic conductivity at a given pressure altitude. In order to obtain an additional value of unsaturated hydraulic conductivity, a new infiltration test with a different pressure head value is required.
V současnosti existuje více konstrukcí infiltrometrů. Mnohé z nich ovšem nevyhovují z hlediska produktivity měření z důvodu absence automatizace měření. Na druhou stranu stávající provedení automatických infiltrometrů jsou zpravidla konstrukčně složitá a náchylná k poškození. Je také třeba rozlišovat zařízení pro přetlakové (například CZ 300463 B6) a podtlakové metody, kdy první metodou určujeme hodnotu nasycené hydraulické vodivosti, zatímco druhou metodou jednotlivé body nenasycené hydraulické vodivosti.At present, there are more designs of infiltrometers. However, many of them do not comply with the measurement productivity due to the absence of measurement automation. On the other hand, existing designs of automatic infiltrometers are generally structurally complex and prone to damage. It is also necessary to differentiate between overpressure devices (eg CZ 300463 B6) and vacuum methods, where the first method determines the value of saturated hydraulic conductivity, while the second method determines the individual points of unsaturated hydraulic conductivity.
Jako základní přístroj ze skupiny podtlakových infiltrometrů je obvykle uváděn diskový podtlakový infiltrometr, který navrhli Perroux, K.M. and White, I. 1988. Design for disc permeameters. Soil Sci. Soc. Am. J., 52: 1205 - 1215. Tento přístroj ve své základní verzi není automatizovaný, je rozměrný a nehospodámý z hlediska spotřeby vody a vzhledem k většímu rozměru disku je zdlouhavá i příprava povrchu půdy před měřením. Nevýhodu absence automatického režimu odstraňuje například americký patent US4884436 nebo řešení popsané v článku Špongrová, K., Kechavarzi, C., Dresser, M., Matula, S., Godwin, R. J. 2009. Development of an automated tension infiltrometer for field use. Vadose Zone Jumal. 8: 810 - 817., kdy obě konstrukce využívají k automatizaci měření tlaková čidla. Takový způsob automatizace často trpí oscilací tlaků pri uvolňování bublin ze zavzdušňovacího potrubí, což vede k nepřesnostem měření a navíc u obou provedení přetrvává problém se spotřebou vody a velikostí přístrojů. V případě amerického patentu US 4884436 může navíc být problematické i použití britu na spodní části přístroje, který ve skeletovitých půdách nebo v místech s bohatým kořenovým systémem rostlin či stromů lze velmi obtížně zatlačit do hloubky nutné k vytvoření kontaktu mezi povrchem půdy a porézní destičkou. Stejný problém s instalací zařízení může nastat i v případě německého patentu DE 102009045029 Al firmy Umwelt Gerate Technik, GmbH., který ovšem nevyužívá žádné porézní médium pro kontakt s povrchem půdy a voda tak přichází do přímého kontaktu s jejím povrchem, což ale v půdách s vyvinutými makropóry omezuje jeho použitelnost. Řešení podle patentu DE 102009045029 Al se navíc vyznačuje značnou členitostí, váhou aparatury a velkou spotřebou vody.As a basic instrument of the vacuum infiltration meter family, the disc vacuum infiltration meter designed by Perroux, K.M. and White, I. 1988. Design for disc permeameters. Soil Sci. Soc. Am. J., 52: 1205 - 1215. In its basic version, this instrument is not automated, it is bulky and uneconomical in terms of water consumption, and due to the larger size of the disc, the preparation of the surface of the soil before measurement is lengthy. The disadvantage of the absence of an automatic mode is eliminated, for example, by the US patent US4884436 or by the solution described in Špongrová, K., Kechavarzi, C., Dresser, M., Matula, S., Godwin, R.J. Vadose Jumal Zone. 8: 810-817, where both structures use pressure sensors to automate measurements. Such an automation method often suffers from pressure oscillation when bubbles are released from the aeration line, leading to measurement inaccuracies and, in addition, water consumption and equipment size problems remain in both embodiments. In the case of U.S. Pat. No. 4,884,436, the use of a blade at the bottom of the apparatus may also be problematic, which can be very difficult to push into the depth necessary to make contact between the soil surface and the porous plate in skeletal soils or in areas with rich plant or tree root systems. The same problem with the installation of the device can also occur with the German patent DE 102009045029 A1 of Umwelt Gerate Technik, GmbH. However, it does not use any porous medium for contact with the surface of the soil and water thus comes into direct contact with its surface. developed macropores limits its applicability. Furthermore, the solution according to DE 102009045029 A1 is characterized by a high degree of articulation, weight of the apparatus and high water consumption.
- 1 CZ 24682 Ul- 1 CZ 24682 Ul
Pro dosažení dobré mobility podtlakového infiltrometru, zajištění malé spotřeby vody, stejně tak jako úspory času při přípravě povrchu půdy před infiltrací, je vhodné použít řešení s malým rozměrem infiltračního porézního disku. Takovéto přístroje jsou nazývány jako mini-diskové podtlakové infiltrometry. Jednoduchým přístrojem z této skupiny je přístroj firmy Decagon Devices, lne., Washington, USA, který ovšem neumožňuje automatické měření. Způsob automatizace minidiskového infiltrometru je popsán v článku Madsen, M. D. and D. G. Chandler. 2007. Automation and use of mini disk infiltrometers. Soil Sci. Soc. Am. J. 71:1469 - 1472. Jedná se o automatizaci uvolňování bublin ze zavzdušňovacího potrubí a také zavzdušnění samotných tlakových čidel.In order to achieve good mobility of the vacuum infiltrometer, to ensure low water consumption, as well as to save time in preparing the soil surface before infiltration, it is advisable to use a solution with a small size of the infiltrating porous disk. Such devices are referred to as mini-disc vacuum infiltrometers. A simple instrument in this group is that of Decagon Devices, Inc., Washington, USA, which does not allow automatic measurement. A method of automating a mini-disk infiltrometer is described in Madsen, M. D. and D. G. Chandler. 2007. Automation and use of mini disk infiltrometers. Soil Sci. Soc. Am. J. 71: 1469 - 1472. This involves the automation of the release of bubbles from the aeration pipe and the aeration of the pressure sensors themselves.
Stávající způsoby měření výšky hladiny s využitím plováku popisují například český patentní spis Č. 99322, US 5585786 nebo US 7860671 Bl. Všechna tato zařízení i další jiná ovšem používají pohyblivého plováku k měření polohy hladiny ve spojení s různými druhy snímačů. Řešení s pohyblivým plovákem jsou konstrukčně mnohem složitější, a tedy náchylná k poruše a s ohledem na použité snímače jsou také často energeticky náročná, a tím nevhodná pro použiti v terénu.Current methods of level measurement using a float are described, for example, in Czech Patent No. 99322, US 5585786 or US 7860671 B1. However, all these devices and others use a movable float to measure the level in conjunction with various types of sensors. Movable float solutions are much more complex in design and thus prone to failure and are often energy intensive and therefore unsuitable for field use due to the sensors used.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Uvedené nevýhody odstraňuje automatický podtlakový mini-diskový infiltrometr, dále jen infiltrometr, sloužící k měření nenasycené hydraulické vodivosti v blízkosti nasycení, sestávající z infiltračního modulu, externí Mariottovy lahve sloužíc(k nastavení konstantní hodnoty podtlaku na výtoku z infiltračního modulu a záznamové jednotky (dataloggeru) pro automatický sběr dat, který podle technického řešení spočívá v tom, že infiltrační modul sestává ze zásobní trubice na níž je ve spodní části navlečen infiltrační nástavec s vloženou sintrovou destičkou a na homí část zásobní trubice je navlečena hlava infiltračního modulu, v níž je umístěno vážní čidlo, na které je pevně připojen nepohyblivý plovák, přičemž rovnoběžně s nepohyblivým plovákem, avšak ne pod jeho spodní okraj, je vedena zavzdušňovací trubička upevněná do průchodky pro zavzdušftovací trubičku v hlavě infiltračního modulu, dále je v hlavě infiltračního modulu zabudována kabelová průchodka sloužící k vytažení signálního kabelu z prostoru hlavy infiltračního modulu a dále také nástrčná spojka, která spojuje odvzdušňovací trubičku umístěnou uvnitř hlavy infiltračního modulu s odvzdušňovací hadičkou, která je spojena s ruční pumpiČkou umístěnou vně infiltračního modulu.These disadvantages are eliminated by an automatic vacuum mini-disc infiltrometer, hereinafter referred to as an infiltrometer, used to measure the unsaturated hydraulic conductivity near saturation, consisting of an infiltration module, an external Mariott cylinder (to set a constant vacuum value at the infiltration module and data logger outlet). for automatic data collection, which according to the invention consists in that the infiltration module consists of a storage tube on which an infiltration extension with a sintered plate is inserted in the lower part and the head of the infiltration module in which the weighing module is located a sensor on which a fixed float is fixed, and parallel to the fixed float, but not below its lower edge, is guided an aeration tube fixed to the aeration tube grommet at the head of the infiltration module, in addition, a cable gland is provided in the infiltration module head for pulling the signal cable out of the infiltration module head space; and a push-in fitting that connects the vent tube located inside the infiltration module head to the vent hose that is connected to the hand pump located outside the infiltration module.
Mezi zásobní trubicí a hlavou infiltračního modulu jsou do drážek vloženy těsnicí O-kroužky, a taktéž mezi zásobní trubicí a infiltračním nástavcem jsou do drážek vloženy těsnicí O-kroužky. Nepohyblivý plovák je zakončen kuželovou plochou znemožňující zachycení bublin.O-rings are inserted into the grooves between the storage tube and the infiltration module head, and O-rings are inserted into the grooves between the storage tube and the infiltration extension. The stationary float is terminated by a conical surface preventing the trapping of bubbles.
Všechny tři části infiltrometru, jmenovitě infiltrační modul, záznamová jednotka a Mariottova láhev, jsou vzájemně oddělitelné.All three parts of the infiltrometer, namely the infiltration module, the recording unit and the Mariott bottle, are separable from each other.
Voda ze zásobní trubice proniká do půdy přes sintrovou destičku z nerezové oceli, ve spodní části infiltračního modulu, pod konstantní hodnotou podtlaku nastaveného v Mariottově lahvi a udržovaného na úrovni konce zavzdušňovací trubičky uvnitř infiltračního modulu. Množství zainfiltrované vody je zaznamenáváno jako kumulativní pokles hladiny v zásobní trubici. Tento pokles hladiny je monitorován na základě změny vztlakové síly přenášené nepohyblivým plovákem na vážní čidlo zabudované v hlavě infiltračního modulu. Změna výšky hladiny je zaznamenávána záznamovou jednotkou (dataloggerem), se kterým je vážní čidlo propojené signálním kabelem procházejícím těsnou kabelovou průchodkou vešroubovanou do stropu hlavy infiltračního modulu.Water from the storage tube penetrates the soil through a stainless steel sinter plate at the bottom of the infiltration module, below a constant vacuum value set in the Mariott bottle and maintained at the end of the aeration tube within the infiltration module. The amount of infiltrated water is recorded as a cumulative drop in the level in the storage tube. This level drop is monitored by changing the buoyancy transmitted by the stationary float to the weighing sensor built into the head of the infiltration module. The level change is recorded by a data logger with which the weighing sensor is connected by a signal cable passing through a tight cable gland screwed into the ceiling of the infiltration module head.
Délka nepohyblivého plováku a jeho průměr je volen s ohledem na velikost zásobní trubice tak, aby poměr vztlakové síly, působící na vážní čidlo pri maximální hladině v infiltračním modulu, k objemu zásobní trubice byl co největší, čímž je dosaženo optimální přesnosti měření poklesu hladiny v zásobní trubici. Geometrické uspořádání nepohyblivého plováku, zavzdušňovací trubičky a odvzdušňovací trubičky v prostoru zásobní trubice musí být zvoleno tak, aby se navzájemThe length of the stationary float and its diameter are chosen with respect to the storage tube size so that the ratio of the buoyancy force acting on the weighing sensor at the maximum level in the infiltration module to the storage tube volume is as large as possible. tube. The geometrical arrangement of the stationary float, the aeration tube and the vent tube in the space of the supply tube shall be chosen so that they
-2CZ 24682 Ul nedotýkaly a nebylo tak ovlivněno měření polohy hladiny vody v zásobní trubici. Spodní část nepohyblivého plováku je zakončena kuželovou plochou, která efektivně zabraňuje možnému zachycování bublinek pod tělesem nepohyblivého plováku, které by přispívalo ke zvýšení vztlakové síly působící na nepohyblivý plovák a způsobovalo by chyby v měření výšky hladiny v zásobní trubici.-2684682 The UL does not touch and the water level measurement in the supply tube is not affected. The lower portion of the stationary float is terminated by a conical surface that effectively prevents the possibility of trapping bubbles below the stationary float body, which would contribute to an increase in buoyancy on the stationary float and cause errors in the level measurement in the supply tube.
Pro snadnou přípravu měření a s ohledem na celkové rozměry zařízení, které bylo snahou minimalizovat a zároveň zachovat vysokou efektivitu měření, byl zvolen malý průměr sintrové destičky, Pro zajištění vysoké odolnosti a stálosti sintrové destičky byla jako materiál pro její výrobu zvolena kvalitní nerezová ocel.A small sintered plate diameter was chosen for easy preparation of the measurement and with respect to the overall dimensions of the device, which was trying to minimize and at the same time maintain a high measuring efficiency. A high quality stainless steel was chosen as the material for its production.
Plnění zásobní trubice přístroje se provádí ponořením infiltračního nástavce do libovolné nádoby s vodou a odsátím vzduchu ruční pumpičkou ze zásobní trubice přes odvzdušňovací trubičku a odvzdušňovací hadičku, upevněných v nástrčné spojce v hlavě infiltračního modulu, což způsobí nasátí vody přes sintrovou destičku.Filling the instrument storage tube is done by immersing the infiltration attachment in any water container and extracting air by hand pump from the storage tube through the vent tube and vent hose mounted in the push-in connector in the infiltration module head, causing water to be sucked through the sinter plate.
Toto řešení zároveň omezuje opotřebování těsnicích prvků (O-kroužků) infiltračního modulu a jejich styčných ploch, protože není nutné infiltrační modul rozebírat kvůli jeho naplnění. Odvzdušňovací trubička zasahuje do zásobní trubice pouze několik centimetrů pod úroveň upevnění vážního čidla, tak aby nedošlo k jeho zaplavení a výraznému překročení maximální kapacity zásobní trubice.This solution also reduces wear on the O-rings of the infiltration module and its contact surfaces, since there is no need to disassemble the infiltration module to fill it. The breather tube extends into the supply tube only a few centimeters below the level of attachment of the weighing sensor so that it does not flood and significantly exceed the maximum capacity of the storage tube.
Další součástí infiltračního modulu je již zmiňovaná zavzdušňovací trubička, která je v hlavě infiltračního modulu upevněna do průchodky pro zavzdušňovací trubičku, na jejíž konec, vyvedený nad hlavu infiltračního modulu, je připojena zavzdušňovací hadička, která infiltrační modul propojuje s externí Mariottovou lahví, na které je možné nastavovat hodnotu podtlaku aplikovaného na konec zavzdušňovací trubičky. Úroveň konce zavzdušňovací trubičky je volena tak, aby ústila nad spodní okraj nepohyblivého plováku. Vyústění zavzdušňovací trubičky je zkosené tak, aby se bublinky snadno uvolňovaly od konce zavzdušňovací trubičky směrem ke stěně zásobní trubice, aby jejich vliv na měření polohy hladiny pri uvolňování byl co nejvíce omezen.Another part of the infiltration module is the aforementioned aeration tube, which is fixed in the infiltration module head into the ventilation tube grommet, to the end of which extends above the infiltration module head is an aeration tube connecting the infiltration module to the external Mariott bottle. it is possible to adjust the value of the vacuum applied to the end of the aeration tube. The level of the end of the aeration tube is chosen to open above the lower edge of the stationary float. The opening of the aeration tube is tapered so that the bubbles are easily released from the end of the aeration tube towards the wall of the storage tube, so that their effect on the level measurement on release is minimized.
Kompletní infiltrometr sestává z infiltračního modulu, externí Mariottovy lahve sloužící k nastavení konstantní hodnoty podtlaku na výtoku z infiltračního modulu a záznamové jednotky (dataloggeru) pro automatický sběr dat. Záznamová jednotka zajišťuje záznam dat z měření vážním čidlem, které je připojeno signálním kabelem, který je vyveden kabelovou průchodkou skrz strop hlavy infiltračního modulu. Stejným způsobem je vyvedena i zavzdušňovací trubička, která je upevněna do průchodky pro zavzdušňovací trubičku. Infiltrační modul je propojen s Mariottovou lahví zavzdušňovací hadičkou napojenou na jednom konci na zavzdušňovací trubičku a na druhém úhlovou nástrčnou spojku našroubovanou do víka Mariottovy lahve, v jehož středu je z kluzně uložená trubička umožňující nastavení podtlaku, a která je, podobně jako víko Mariottovy lahve, dotěsněna dvojicí O-kroužků.The complete infiltrometer consists of an infiltration module, an external Mariott bottle used to set a constant vacuum value at the infiltration module outlet and a data logger for automatic data acquisition. The recording unit ensures the recording of measurement data by a weighing sensor, which is connected by a signal cable, which is led through a cable gland through the ceiling of the infiltration module head. In the same way, the vent tube is connected, which is fastened in the bushing for the vent tube. The infiltration module is connected to the Mariott bottle by an air hose connected at one end to the aeration tube and to the other by an angled push-in fitting screwed into the lid of the Mariott bottle, centered with a sliding tube allowing the vacuum to be adjusted. sealed with a pair of O-rings.
Infiltrační modul sestává z hlavy infiltračního modulu, s pevně zabudovaným vážním čidlem, na které je přišroubovaný nepohyblivý plovák, který je na svém konci zakončen kuželovou plochou. Ze zásobní trubice, na kterou je hlava infiltračního modulu nasunuta v její homí části, stejným způsobem jako infiltrační nástavec s vloženou sintrovou destičkou v jeho spodní části, přičemž utěsnění styčných ploch je v obou případech zajištěno trojicí těsnicích O-kroužků. Z odvzdušňovací trubičky nasunuté ve vnitřní části hlavy infiltračního modulu do nástrčné spojky, do které je na vnější straně hlavy infiltračního modulu napojena odvzdušňovací hadička s ruční pumpičkou. Dále se skládá ze zavzdušňovací trubičky pro aplikaci podtlaku, která je upevněná do průchodky pro zavzdušňovací trubičku našroubované v hlavě infiltračního modulu, a která přes zavzdušňovací hadičku propojuje infiltrační modul s Mariottovou lahví. Stejným způsobem jako zavzdušňovací hadička je vyveden signální kabel, pro připojení vážního čidla k dataloggeru, skrz kabelovou průchodku, našroubovanou taktéž do hlavy infiltračního modulu.The infiltration module consists of the infiltration module head, with a fixed weighing sensor, on which a fixed float is screwed and terminated at its end by a conical surface. From the supply tube to which the head of the infiltration module is slid in its upper part, in the same way as the infiltration attachment with a sintered plate inserted in its lower part, the sealing of the interface is in each case ensured by three O-rings. From the venting tube inserted in the inner part of the infiltration module head into a push-on coupling, into which the venting hose with a hand pump is connected on the outside of the infiltration module head. It is further comprised of a vacuum tube for application of a vacuum that is mounted in a bushing for the ventilation tube screwed into the head of the infiltration module and which connects the infiltration module to the Mariott bottle via the ventilation tube. In the same way as the vent hose, the signal cable for connecting the weighing sensor to the data logger is routed through a cable gland screwed into the head of the infiltration module.
Přístroj po naplnění zásobní trubice a nastavení požadované tlakové výšky na Mariottově lahvi a následném přiložení na povrch půdy a vytvoření hydraulického spojení mezi povrchem půdy aAfter filling the supply tube and adjusting the required pressure head on the Mariott bottle and then applying it to the soil surface and establishing a hydraulic connection between the soil surface and
-3CZ 24682 Ul sintrovou destičkou měří pokles hladiny v zásobní trubici. Měření poklesu hladiny vody v zásobní trubici, respektive kumulativní infiltrace, prováděné navrhovaným technickým řešením je zprostředkováno změnou vztlakové síly, působící na nepohyblivý plovák připevněný na vážní čidlo, která vyvolá odezvu vážního čidla v podobě výstupního napětí. Tato odezva je kalibračním vztahem převedena na pokles hladiny, respektive na kumulativní infiltraci. Výhodou tohoto provedení automatizace oproti jiným řešením je menší citlivost na tlakové rázy vyvolané uvolňováním bublinek ze zavzdušňovací trubičky během infiltrace. Na rozdíl od řešení s tlakovými čidly nemůže dojít k zavzdušnění měřicího přístroje a znehodnocení měřených dat. Použitím nepohyblivého plováku lze úpravou jeho délky a průměru nastavit libovolnou citlivost měření a také veliio kost zásobního prostoru.The sinter plate measures the drop in the storage tube. The measurement of the water level drop in the storage tube or the cumulative infiltration carried out by the proposed technical solution is mediated by a change in buoyancy acting on a fixed float mounted on the weighing sensor, which causes the weighing sensor to respond in the form of output voltage. This response is converted into a level decrease or cumulative infiltration by a calibration relationship. The advantage of this embodiment of automation over other solutions is less sensitivity to pressure surges caused by the release of bubbles from the aeration tube during infiltration. Unlike pressure sensor solutions, the measuring instrument cannot be ventilated and the measured data cannot be degraded. By using a stationary float, you can adjust the length and diameter of the float to any measurement sensitivity and size of the storage space.
Zvláštní pozornost musí být věnována zvláště dokonalému utěsnění celého systému, a proto mohou být těsněné spoje, jako je napojení hadiček a O-kroužky v oblasti hlavy infiltračního modulu a infiltračního nástavce, dodatečně doplněny tenkým filmem vakuové vazelíny.Particular attention must be paid to the perfect sealing of the entire system, and therefore sealed joints such as tubing connections and O-rings in the area of the infiltration module head and infiltration attachment can be additionally supplemented with a thin film of vacuum grease.
Žádný z uvedených přístrojů nekombinuje výhody minidiskového inílltrometru, tedy vysokou mobilitu, malou spotřebu vody a snadnou přípravu měření s automatizací měření výšky hladiny v infiltrometru pomocí nepohyblivého plováku jehož vztlaková sílaje měřena vážním čidlem. Hlavní přednosti infiltračního modulu lze shrnout takto:None of these devices combines the advantages of a mini-disk inline meter, ie high mobility, low water consumption and easy measurement preparation with automated level measurement in the infiltrometer using a fixed float whose buoyancy is measured by a weighing sensor. The main advantages of the infiltration module can be summarized as follows:
- kompaktní konstrukce modulu- compact module design
- snadná manipulovatelnost (doprava, malá spotřeba vody)- easy handling (transport, low water consumption)
- díky malému průměru disku (sintrové destičky) snadná příprava povrchu půdy pro měření- due to the small diameter of the disc (sinter plate), easy preparation of the soil surface for measurement
- jednoduchý princip měření polohy hladiny s dobrou rozlišovací schopností a spolehlivostí měření- simple principle of level measurement with good resolution and measurement reliability
- možnost připojení několika infiltračních modulů k jednomu dataloggeru- possibility to connect several infiltration modules to one datalogger
- Sestava je tedy snadno rozebíratelná a lze ji bez větších obtíží dopravit i na lokality s omeze25 nou dostupností dopravními prostředky.- The assembly is therefore easy to dismantle and can be transported to locations with limited accessibility by means of transportation without great difficulty.
Přehled obrázkůOverview of pictures
Obr. 1 znázorňuje infiltrační modul v nárysu.Giant. 1 shows a front view of the infiltration module.
Obr. 2 znázorňuje kompletní infiltrometr, tj. podtlakový infiltrační modul propojený s extemí Mariottovu lahví a připojený k dataloggeru.Giant. 2 shows a complete infiltrometer, i.e., a vacuum infiltration module connected to an extractor Mariott bottle and connected to a data logger.
Příklad provedeníExemplary embodiment
Infiltrační modul sestává z hlavy 1 infiltračního modulu, s pevně zabudovaným vážním čidlem 4, na které je přišroubovaný nepohyblivý plovák 5, který je na svém konci zakončen kuželovou plochou 5a. Ze zásobní trubice 2, na kterou je hlava I infiltračního modulu nasunuta v její horní části, stejným způsobem jako infiltrační nástavec 3 s vloženou sintrovou destičkou 3b v jeho spodní části, přičemž utěsnění styčných ploch jev obou případech zajištěno trojicí těsnicích Okroužků fa, 3a. Z odvzdušňovací trubičky 7 nasunuté ve vnitřní části hlavy 1 infiltračního modulu do nástrčné spojky 7a, do které je na vnější straně hlavy 1 infiltračního modulu napojena odvzdušňovací hadička 7b s ruční pumpičkou 7c. Dále se skládá ze záznamové jednotky 8, která zajišťuje záznam dat z měření vážním čidlem 4, které je připojeno signálním kabelem 4a, který je vyveden kabelovou průchodkou 4b skrz strop hlavy 1 infiltračního modulu, ze zavzdušňovací trubičky 6 pro aplikaci podtlaku, upevněné do průchodky 6a pro zavzdušňovací trubičku 6 v homí části infiltračního modulu, která je zavzdušňovací hadičkou 6b napojena přes úhlovou nástrčnou spojku 9e na Mariottovu láhev 9. Ve středu víka 9a Mariottovy lahve 9 je z kluzně uložená trubička 9c, umožňující nastavení podtlaku, která je, podobně jako víko 9a Mariottovy lahve 9, dotěsněno dvojicí O-kroužků 9b a 9d.The infiltration module consists of a head 1 of the infiltration module, with a fixed weighing sensor 4, on which a fixed float 5 is screwed, which is terminated at its end by a conical surface 5a. From the supply tube 2 to which the head I of the infiltration module is slid in its upper part, in the same way as the infiltration extension 3 with the sintered plate 3b inserted in its lower part, the sealing of the contact surfaces is ensured in each case by three sealing rings fa, 3a. From the breather tube 7 inserted in the inner part of the infiltration module head 1 into a push-in coupling 7a, to which the venting hose 7b is connected to the outside of the infiltration module head 1b with the hand pump 7c. It further comprises a recording unit 8 which provides measurement data from the weighing sensor 4, which is connected by a signal cable 4a, which is led through the cable gland 4b through the ceiling of the infiltration module head 1, from a vacuum depression tube 6 mounted in the gland 6a. for the aeration tube 6 in the upper part of the infiltration module, which is connected to the Mariott bottle 9 via the angular push-in fitting 9e to the Mariott bottle 9. In the center of the lid 9a of the Mariott bottle 9 there is a sliding tube 9c 9a of the Mariott bottle 9, sealed by a pair of O-rings 9b and 9d.
-4CZ 24682 Ul-4GB 24682 Ul
Infiltrační modul a jeho hlavní části, jakožto i Mariottova láhev 9 jsou vyrobeny převážně z plastických hmot. Konkrétně hlava 1 infiltračního modulu a infiltrační nástavec 3 jsou vyrobeny z polypropylenu technologií 3D tisku, zásobní trubice 2 o využitelném objemu 160 ml, nepohyblivý plovák 5 pokrývající celý využitelný objem zásobní trubice 2 a také Mariottova láhev 9 z čirého plexiskla. Zásobní trubice 2 a Mariottova láhev 9 mají tloušťku stěny 4 mm zaručující dostatečnou odolnost obou částí navrhovaného přístroje. Další části infiltračního modulu jsou kovové. Konkrétně sintrová destička 3b o průměru 44,5 mm a tloušťce 3 mm, zavzdušňovací trubička 6 o průměru 4 mm, odvzdušňovací trubička 7 o průměru 2 mm a kluzně uložená trubička 9c o průměru 5 mm pro korekci podtlaku jsou vyrobeny z nerezové oceli, protože dochází u těchto částí k přímému styku s vodou a je tedy vyžadována dlouhodobá odolnost proti korozi. Sintrová destička 3b je navíc celou svou plochou během trvání infiltrace v kontaktu s půdním povrchem a je na ni kladen důraz, kromě korozivzdornosti, i na odolnost vůči mechanickému poškození. Kabelová průchodka 4b. průchodka 6a pro zavzdušňovací trubičku 6 a nástrčná spojka 7a i úhlová nástrčná spojka 9e jsou v mosazném nebo nerezovém provedení v kombinaci s plastovými nebo pryžovými prvky a je u nich kladen především důraz na jejich dokonalou těsnost tak, aby byly zaručeny stálé podmínky během celé doby trvání infiltrace. Dokonalá těsnost musí být zaručena také v prostoru mezi zásobní trubicí 2 a hlavou 1 infiltračního modulu, zásobní trubicí 2 a infíltračním nástavcem 3, stejně tak, jako mezi víkem 9a Mariottovy lahve 9 a její stěnou a v poslední řadě i mezi kluzně uloženou trubičkou 9c a víkem 9a Mariottovy lahve 9, kterým kluzně uložená trubička 9c prostupuje. Těsnost spojení hlavy I infiltračního modulu a infiltračního nástavce 3 se zásobní trubicí 2 je zaručena vždy trojicí pryžových O-kroužků la, 3a vložených do drážek na vnitřním obvodu (viz Obr. 1 a 2) hlavy X infiltračního modulu a infiltračního nástavce 3. Těsnost spojení víka 9a Mariottovy lahve 9 s Mariottovou lahví 9 je zajištěna dvojicí O-kroužků 9b vložených do drážek na vnějším obvodě víka 9a Mariottovy lahve 9 a těsnost kluzně uložené trubičky 9c je zaručena taktéž dvojicí pryžových O-kroužků 9d zasazených do drážek v otvoru víka 9a Mariottovy lahve 9, kterým kluzně uložená trubička 9c prochází. Nakonec zavzdušňovací hadička 6b, odvzdušňovací hadička 7b a ochranný obal signálního kabelu 4a pro připojení záznamové jednotky 8 jsou vyrobeny z různých druhů plastických hmot.The infiltration module and its main parts, as well as the Mariott bottle 9, are mainly made of plastics. Specifically, the infiltration module head 1 and infiltration attachment 3 are made of polypropylene 3D printing technology, a 160 ml usable storage tube 2, a stationary float 5 covering the entire usable storage tube 2 volume, and a clear Plexiglas Mariott bottle 9. The storage tube 2 and the Mariott bottle 9 have a wall thickness of 4 mm ensuring sufficient durability of both parts of the proposed apparatus. Other parts of the infiltration module are metal. Specifically, the sintered plate 3b having a diameter of 44.5 mm and a thickness of 3 mm, a venting tube 6 having a diameter of 4 mm, a venting tube 7 having a diameter of 2 mm and a sliding tube 9c having a diameter of 5 mm are made of stainless steel. these parts are in direct contact with water and therefore long term corrosion resistance is required. In addition, the sintered plate 3b is in contact with the soil surface throughout its entire infiltration period and is stressed, in addition to corrosion resistance, to mechanical damage resistance. Cable entry 4b. breather tube 6a and socket 7a as well as angular socket 9e are made of brass or stainless steel in combination with plastic or rubber elements and are particularly stressed for their perfect tightness to guarantee constant conditions throughout the duration infiltration. Perfect tightness must also be ensured in the space between the storage tube 2 and the head 1 of the infiltration module, the storage tube 2 and the infiltration extension 3, as well as between the lid 9a of the Mariott bottle 9 and its wall and lastly between the sliding tube 9c and a lid 9a of the Mariott bottle 9 through which the sliding tube 9c permeates. The tightness of the connection of the infiltration module head 1 and the infiltration attachment 3 to the supply tube 2 is guaranteed by three rubber O-rings 1a, 3a inserted into grooves on the inner circumference (see Figures 1 and 2) of the infiltration module head and infiltration attachment 3. the lid 9a of the Mariott bottle 9 with the Mariott bottle 9 is secured by a pair of O-rings 9b inserted into the grooves on the outer periphery of the lid 9a of the Mariott bottle 9 and the tightness of the sliding tube 9c is guaranteed bottles 9 through which the sliding tube 9c passes. Finally, the vent hose 6b, the vent hose 7b and the signal cable protective sleeve 4a for connecting the recording unit 8 are made of different kinds of plastics.
Zkompletování rozloženého infiltračního modulu se provádí nasunutím hlavy i infiltračního modulu se zabudovaným vážním čidlem 4 s nepohyblivým plovákem 5, a včetně dalších komponentů, jako jsou odvzdušňovací trubička 7 s nástrčnou spojkou 7a, průchodka 6a pro zavzdušňovací trubičku 6 a kabelová průchodka 4b, na homí Část zásobní trubice 2 a nasunutím infiltračního nástavce 3 se sintrovou destičkou 3b na spodek zásobní trubice 2 infiltračního modulu.The disassembled infiltration module is assembled by sliding the head and infiltration module with a built-in weighing sensor 4 with a fixed float 5, and including other components such as a breather tube 7 with push-in fitting 7a, a bore 6a for the ventilation tube 6 and a cable gland 4b of the storage tube 2 and by sliding the infiltration extension 3 with the sinter plate 3b onto the bottom of the storage tube 2 of the infiltration module.
Před započetím měření je nutné sejmout vegetační kryt a urovnat místo infiltrace do roviny (kontrola vodováhou) a vyhladit případné nerovnosti tenkou kontaktní vrstvou jemného písku. Poté se připojí infiltrační modul k záznamové jednotce 8 a propojí se zavzdušňovací hadičkou 6b s externí Mariottovou lahví 9, na které se předem podle potřeby nastaví hodnota sací tlakové výšky (podtlaku) v rozsahu - 0,5 až - 5,0 cm pomocí kluzně uložené trubičky 9c. Dalším krokem je naplnění infiltračního modulu vodou nasátím přes sintrovou destičku 3b z připravené nádoby. Ještě před samotnou infiltrací na vybraném místě je vhodné na jiném místě přiložit infiltrační modul na povrch půdy a krátce nechat probíhat infiltraci tak, aby se zajistilo, že bude sintrová destička 3b plně nasycená vodou a nebude zkreslovat měření. Po tomto kroku může být započata infiltrace na předem upravené plošce přiložením infiltračního modulu na kontaktní vrstvu písku, pokud byla aplikována. Okamžik přiložení infiltračního modulu na povrch půdy je považován za zahájení infiltrace. Pokles hladiny, měřený v čase, v zásobní trubici 2 vyvolává změnu vztlakové síly působící na nepohyblivý plovák 5 a přenáší se na vážní čidlo 4. Pro sběr dat je infiltrační modul napojen na záznamovou jednotku 8, ke které lze připojit laptop nebo jiné kompatibilní čtecí zařízení pro kontrolu či vyhodnocení dat in šitu.Before starting the measurement, it is necessary to remove the vegetation cover and level the place of infiltration into the plane (check with a spirit level) and smooth out any unevenness with a thin contact layer of fine sand. Thereafter, the infiltration module is connected to the recording unit 8 and connected to the aeration tube 6b with an external Mariott bottle 9, to which a suction pressure (vacuum) value in the range of - 0.5 to - 5.0 cm is preset by sliding support. tubes 9c. The next step is to fill the infiltration module with water by sucking through the sinter plate 3b from the prepared container. Prior to infiltration at the selected site, it is advisable to place the infiltration module on the soil surface at another site and briefly allow infiltration to ensure that the sinter plate 3b is fully saturated with water and does not distort the measurements. After this step, infiltration can be initiated on the pre-treated area by applying an infiltration module to the sand contact layer, if applied. The moment of application of the infiltration module on the soil surface is considered to be the start of infiltration. The level drop, measured over time, in the storage tube 2 causes a change in buoyancy on the stationary float 5 and is transmitted to the weighing sensor 4. For data collection, the infiltration module is connected to a recording unit 8 to which a laptop or other compatible reader can be connected. for checking or evaluating in situ data.
Zkušební měření kumulativní infiltrace navrženým zařízením bylo provedeno v laboratoři na připravených vzorcích a na experimentální ploše Výzkumného ústavu meliorací a ochrany půdy Praha, konkrétně na povodí Kopaninského potoka. Přístroj je použitelný v celém rozsahu výše uvedených sacích tlakových výšek pouze v půdách velmi málo až středně propustných a v ome5CZ 24682 Ul zeném rozsahu sacích tlakových výšek i v dobře propustných půdách. Naměřená data slouží k popisu infiltrační schopnosti půd a jako vstupní data pro numerické modelování. Pro stanovení hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti pro danou sací tlakovou výšku lze použít napříkladThe test measurement of the cumulative infiltration by the designed equipment was carried out in the laboratory on prepared samples and on the experimental area of the Research Institute of Land Amelioration and Soil Protection Prague, specifically on the Kopaninský brook basin. The device can only be used over the entire range of suction pressure heights in very low to medium permeability soils and in well-permeable soils. The measured data are used to describe the infiltration capacity of soils and as input data for numerical modeling. For example, to determine the unsaturated hydraulic conductivity value for a given suction pressure head
Zhangovu metodu (Zhang, R. 1997. Determination of soil sorptivity and hydraulic conductivity from the disk infíltrometer. Soil Sci. Soc. Am. J. 61:1024-1030.) nebo její modifikovanou formu (Dohnal, M., Dušek, J., Vogel, T., 2010. Improving Hydraulic Conductivity Estimates from Minidisk Infíltrometer Measurements for Soil with Wide Pore-Size Distributions, Soil Sci. Soc. Am. J. 74, 804-811).Zhang method (Zhang, R. 1997. Determination of soil sorptivity and hydraulic conductivity from the disk infiltrometer. Soil Sci. Soc. Am. J. 61: 1024-1030.) Or a modified form thereof (Dohnal, M., Dušek, J ., Vogel, T., 2010. Improving Hydraulic Conductivity Estimates from Minidisk Infrometer Measurements for Soil with Wide Pore-Size Distributions, Soil Sci. Soc. Am. J. 74, 804-811).
Průmyslová využitelnost io Zařízení poskytuje základní informaci o infiltrační schopnosti půd a naměřená data pomocí tohoto zařízení slouží jako jeden ze vstupů pro numerické modelování využitelné v oblasti hydrologického, zemědělského, lesnického, vodohospodářského a púdnč-fyzikálního výzkumu.Industrial applicability i The device provides basic information about soil infiltration ability and measured data using this device serves as one of the inputs for numerical modeling usable in the field of hydrological, agricultural, forestry, water management and soil physics research.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ201226789U CZ24682U1 (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ201226789U CZ24682U1 (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ24682U1 true CZ24682U1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=47352421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ201226789U CZ24682U1 (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ24682U1 (en) |
-
2012
- 2012-10-09 CZ CZ201226789U patent/CZ24682U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104964878B (en) | The triaxial test system and method for unsaturated soil multi- scenarios method | |
CN201130143Y (en) | Porous medium material permeability coefficient determinator | |
CN105588796B (en) | A kind of device of accurate quick measure soil permeability coefficient | |
Shelton | Field guide for collecting and processing stream-water samples for the National Water-Quality Assessment Program | |
US6938461B1 (en) | Constant-head soil permeameter for determining the hydraulic conductivity of earthen materials at a wide range of depths | |
Ankeny | Methods and theory for unconfined infiltration measurements | |
CN206339523U (en) | The experimental rig of concrete three-dimensional stress thermal chemical damage coupling | |
CN110352344A (en) | Can field deployment Multi-channel type sampling and monitoring device and germ contamination measurement method | |
CN204789158U (en) | Triaxial test device of many field couplings of unsaturated soil | |
CN1737530B (en) | Method for testing permeability coefficient and anti-pervasion gradient ratio | |
CN104020097B (en) | A kind of indoor measurement experiment instrument of unsaturated soil hydraulic conductivity | |
CN104458528B (en) | Method and device for measuring field slope earth surface infiltration performance and permeability coefficient | |
CN109212580B (en) | Method for measuring radium concentration in water by open-loop type electrostatic collection two-stage method | |
AT14204U1 (en) | Device for testing lines | |
CN114487340B (en) | Triaxial test device and method for real-time visualization of seepage erosion of cracks and soil water measurement | |
CN201681072U (en) | City stagnant riverway sediment pollution releasing and inhibition research device | |
CZ2012684A3 (en) | Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil | |
CZ24682U1 (en) | Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity | |
CN103091372A (en) | On-board seepage flow and outflow concentration real-time monitoring device and method of geotechnical centrifuge | |
CN104568696A (en) | Device for quickly determining permeability coefficient of coarse-grained soil and determination method | |
CN207882118U (en) | Measure the experimental rig of the long-term water permeability of pervious concrete | |
CN104181077A (en) | Measuring instrument for content of dissolved gas in low pressure liquid | |
CN114324104B (en) | Cement concrete coefficient of permeability test experimental apparatus | |
CN204314191U (en) | The device of Fast Measurement coarse-grained soil infiltration coefficient | |
CN109188496B (en) | Method for measuring effective decay constant and radium concentration in water by open-loop electrostatic collection method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20121210 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20161009 |