RU2078331C1

RU2078331C1 - Permeameter

Info

Publication number: RU2078331C1
Application number: RU93053016A
Authority: RU
Inventors: В.М. Сироткин; И.И. Максимов; В.В. Сироткин; А.П. Аквильянов
Original assignee: Чувашский сельскохозяйственный институт
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1997-04-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention refers to devices for field measurement of hydraulic conductance, sorption and $$$ parameter in porous materials such as soils which can be used while designing irrigation and drainage systems, canals, dams, water reservoirs, foundations and bases, during ecological and amelioration works. Permeameter has two immobile air tubes which lower ends are positioned at different levels and which upper ends are fitted with valves-leaks. Valve to release water is fixed on lower end of bearing tube and is equipped with spring. Permeameter is provided with one transparent meter which internal space houses float with magnetic element. External surface of transparent meter is embraced with mobile magnet fixed in any position over height of meter. EFFECT: expanded application field, increased measurement accuracy. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к устройствам для полевого измерения гидравлической проводимости, сорптивности и α параметра в пористых материалах, например почвогрунтах, и может быть использовано при проектировании ирригационных и дренажных систем, каналов, плотин, водоемов, фундаментов и оснований, экологических и мелиоративных мероприятий. The invention relates to measuring technique, and more particularly to a device for field measurement of hydraulic conductivity, sorption and α parameter in porous materials, such as soil, and can be used in the design of irrigation and drainage systems, channels, dams, reservoirs, foundations and bases, environmental and reclamation activities.

Известны пермиметры для полевого измерения гидравлической проводимости, сорптивности и a -параметра в пористых материалах, содержащие опорную трубку, герметично соединенную в нижней части с наконечником для выхода воды, а в верхней с прозрачным измерителем, снабженным герметичной крышкой с перекрываемыми отверстиями для заливки водой и выхода воздуха; воздушную трубку, расположенную внутри полостей измерителя и опорной трубки и проходящую сквозь крышку через уплотнительное кольцо [1] что создает возможность разгерметизации в процессе измерения, а следовательно снижает точность измерения. Known perimeters for field measurements of hydraulic conductivity, sorptivity and a-parameter in porous materials, containing a support tube sealed at the bottom with a tip for water outlet, and at the top with a transparent meter equipped with a sealed cover with overlapping holes for filling with water and exit air; an air tube located inside the cavities of the meter and the support tube and passing through the cover through the o-ring [1] which creates the possibility of depressurization during the measurement, and therefore reduces the accuracy of the measurement.

Известен также пермиметр [2] содержащий опорную трубку, герметично соединенную в нижней части с наконечником для выхода воды, а в верхней (через соединительную манжету, снабженную краном-переключателем) с прозрачными коаксиальными измерителями, верхние части которых имеют общую герметичную крышку, снабженную гибким патрубком для выхода воздуха и отверстиями для заливки воды и для ввода подвижной воздушной трубки во внутренние полости измерителей и опорной трубки коаксиально им. Воздушная трубка в нижней части, расположенной внутри полости опорной трубки, снабжена клапаном для перекрытия выходного отверстия опорной трубки, а в верхней, расположенной за пределами внутренней полости измерителей, индикатором положения воздушной трубки относительно нижней поверхности наконечника для выхода воды. Also known is a perimeter [2] containing a support tube sealed in the lower part with a tip for water outlet, and in the upper (through a connecting cuff equipped with a switch tap) with transparent coaxial meters, the upper parts of which have a common sealed cover equipped with a flexible pipe for air outlet and holes for pouring water and for introducing a movable air tube into the internal cavities of the meters and the support tube coaxially to them. The air tube in the lower part, located inside the cavity of the support tube, is equipped with a valve to block the outlet of the support tube, and in the upper, located outside the internal cavity of the meters, an indicator of the position of the air tube relative to the lower surface of the tip for water outlet.

При помещении пермиметра в заранее подготовленную скважину фиксируют его в вертикальном положении при помощи треножника и через заливное отверстие, при опущенной в крайнее нижнее положение воздушной трубке (опорная трубка перекрыта) заполняют внутреннюю полость опорной трубки и измерители водой, после чего перекрывают патрубок для выхода воздуха и заливное отверстие. Пермиметр готов к работе. When the perimeter is placed in a pre-prepared well, it is fixed in a vertical position using a tripod and through the filler hole, when the air tube is lowered to the lowermost position (the support tube is closed), the internal cavity of the support tube and meters are filled with water, after which they block the pipe for air outlet and filler hole. The perimeter is ready for use.

При подъеме (вытягивании) воздушной трубки через герметизирующее кольцо в крышке клапан, насаженный на ее нижний конец, открывает доступ воде в наконечник для выхода воды, а затем в скважину. Измерение сводится к определению постоянной скорости понижения уровня жидкости в измерителях, по значению которой рассчитывают гидравлическую проводимость, сорптивность и a -параметр по известным [2] формулам. Постоянные скорости понижения уровня воды в измерителях определяются для двух фиксированных значений уровней воды в скважине, что обеспечивается выдвижением воздушной трубки. Наличие двух коаксиальных прозрачных измерителей разного диаметра обусловлено широтой пределов различия скоростей поступления жидкости в различные почвогрунты. При больших расходах жидкости она поступает одновременно из обеих измерителей, при малых только из внутреннего с меньшим диаметром. Смена измерителей осуществляется при помощи переключателя, встроенного в манжету, соединяющую опорную трубку с измерителями. Известный пермиметр не свободен от возможности прорыва воздуха через уплотнительное кольцо в измерители как при вытягивании воздушной трубки, так и в процессе измерения скорости понижения уровня жидкости в измерителях, что снижает точность полученных результатов. Аналогичный прорыв воздуха может произойти и через переключатель измерителей. При измерении малых скоростей поступления воды в почвогрунт визуальное наблюдение за уровнем жидкости во внутреннем измерителе осуществляется через две прозрачные стенки и слой жидкости в большом измерителе, что затруднительно. Расположение клапана для перекрытия выходного отверстия опорной трубки на подвижной воздушной трубке не обеспечивает плавного поступления жидкости в скважину в момент открытия клапана, что приводит к частичному разрушению стенок скважины, с последующим оседанием оторванных почвенных частиц на стенки скважины и частичной кальматации пор почвогрунта, и следовательно, искажает результаты измерения. When lifting (pulling) the air tube through the sealing ring in the cover, the valve, mounted on its lower end, allows water to enter the tip for water to exit, and then into the well. The measurement is reduced to determining the constant rate of lowering the liquid level in the meters, the value of which calculates the hydraulic conductivity, sorptivity and a-parameter according to the known formulas [2]. Constant rates of lowering the water level in the meters are determined for two fixed values of the water levels in the well, which is provided by the extension of the air tube. The presence of two coaxial transparent meters of different diameters is due to the wide range of differences in the rates of fluid entry into different soils. At high liquid flow rates, it comes simultaneously from both meters, while small ones only from the inside with a smaller diameter. Changing the meters is carried out using a switch built into the cuff connecting the support tube to the meters. The known perimeter is not free from the possibility of air breakthrough through the o-ring in the gauges when pulling the air tube, and in the process of measuring the speed of lowering the liquid level in the gauges, which reduces the accuracy of the results. A similar air breakthrough can occur through the meter switch. When measuring small rates of water entering the soil, visual observation of the liquid level in the internal meter is carried out through two transparent walls and a layer of liquid in the large meter, which is difficult. The location of the valve to block the outlet of the support tube on the movable air tube does not provide a smooth flow of fluid into the well at the time of opening of the valve, which leads to partial destruction of the walls of the well, with subsequent subsidence of torn soil particles to the walls of the well and partial calcination of the pores of the soil, and therefore distorts the measurement results.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения за счет обеспечения надежной герметизации внутренних полостей устройства, повышения точности измерения скорости понижения уровня воды в измерителе, регулирования скорости поступления воды в скважину, улучшения эксплуатационных качеств. The technical task of the present invention is to increase the accuracy of the measurement by providing reliable sealing of the internal cavities of the device, increasing the accuracy of measuring the rate of lowering of the water level in the meter, regulating the rate of flow of water into the well, improving performance.

Для достижения этой задачи в известном пермиметре, содержащем подвижную воздушную трубку, она заменена двумя неподвижными воздушными трубками, нижние концы которых расположены на различных уровнях, а верхние снабжены клапанами-натекателями. To achieve this, in the known perimeter containing a movable air tube, it is replaced by two fixed air tubes, the lower ends of which are located at different levels, and the upper ones are equipped with leakage valves.

Клапан для выхода воды закреплен на нижнем конце опорной трубки и снабжен пружиной. A water outlet valve is fixed at the lower end of the support tube and is equipped with a spring.

Коаксиальные прозрачные измерители заменены одним прозрачным измерителем, во внутренней полости которого расположен поплавок, снабженный магнитным элементом, а внешняя поверхность прозрачного измерителя охвачена кольцевым подвижным магнитом, фиксируемым в любом положении по высоте измерителя. Coaxial transparent meters are replaced by one transparent meter, in the inner cavity of which there is a float equipped with a magnetic element, and the outer surface of the transparent meter is covered by an annular movable magnet, fixed in any position along the height of the meter.

На чертеже изображен общий вид пермиметра в разрезе. The drawing shows a General view of the perimeter in section.

Пермиметр содержит опорную трубу 1, герметично соединенную в нижней части с наконечником 2 для выхода воды, в котором расположен клапан 3 для выхода воды, снабженный пружиной 4. Верхняя часть опорной трубки 1 герметично соединена со снабженным шкалой прозрачным измерителем 5, верхняя часть которого запирается крышкой 6 с перекрываемым отверстием 7 для заполнения водой и перекрываемым отверстием 8 для выхода воздуха. The perimeter comprises a support pipe 1, hermetically connected in the lower part with a water outlet tip 2, in which a water outlet valve 3 is located, equipped with a spring 4. The upper part of the support tube 1 is hermetically connected to the transparent meter 5 equipped with a scale, the upper part of which is locked by a cover 6 with a blocked opening 7 for filling with water and a blocked opening 8 for air outlet.

Во внутренней полости 9 опорной трубки 1 закреплены с помощью перфорированной шайбы 10 две воздушные трубки 11, нижние открытые концы которых расположены на различных уровнях, а верхние через герметизирующие прокладки 12, выведенные наружу опорной трубки 1 в ее верхней части, снабжены клапанами-натекателями 13. Во внутренней полости 14 измерителя 5 расположен поплавок 15, скрепленный в нижней части с магнитным элементом 16, выполненным в виде полого сквозного цилиндра. Муфта 17, соединяющая опорную трубку 1 с измерителем 5, имеет несколько отверстий 18, радикально расположенных по периферии и соосных с аналогичными отверстиями 19, расположенными по периферии крышки 6. На тягах 20, проходящих через отверстия 18 и 19 и служащих для герметизации внутренней полости 14, расположен скользящий кольцевой магнит 21, снабженный фиксатором 22, позволяющим установить магнит 21 в любом положении по высоте измерителя 5. In the inner cavity 9 of the support tube 1, two air tubes 11 are fixed with a perforated washer 10, the lower open ends of which are located at different levels, and the upper ones, through the sealing gaskets 12, brought out of the support tube 1 in its upper part, are equipped with leakage valves 13. In the inner cavity 14 of the meter 5 is a float 15, fastened in the lower part with a magnetic element 16, made in the form of a hollow through cylinder. The clutch 17 connecting the support tube 1 with the meter 5 has several holes 18, radically located on the periphery and coaxial with similar holes 19 located on the periphery of the cover 6. On the rods 20 passing through the holes 18 and 19 and used to seal the inner cavity 14 , a sliding ring magnet 21 is located, equipped with a latch 22, which allows the magnet 21 to be installed in any position along the height of the meter 5.

Пермиметр работает следующим образом. После опускания опорной трубки 1 в заранее подготовленную скважину 23 и закрепления устройства в вертикальном положении при помощи треножника 24 и опорной скобы 25, пермиметр заполняют водой через отверстие 7 при открытом отверстии 8, закрытых клапанах-натекателях 13 и клапане 3 для выхода воды Затем, при опущенном в нижнее положение кольцевом магните 21, перекрывают отверстия 7 и 8. Пермиметр готов к работе. Сняв опорную скобу 25 (при этом устройство в целом опускается и своим весом открывает клапан для выхода воды 3, а вода поступает через наконечник 2 в скважину и устанавливается в ней на уровне верхней границы выходного окна 26 наконечника для выхода воды), приоткрывают один из клапанов-натекателей 13, в результате чего вода медленно заполняет скважину до уровня нижнего среза соответствующей воздушной трубки. В процессе впитывания воды почвой уровень воды в скважине остается постоянным. Скорость понижения уровня воды в измерителе 5 определяют по положению поплавка 15 относительно шкалы, нанесенной на прозрачную стенку измерителя 5 (в случае, когда расход жидкости достаточно велик) с использованием секундомера. При малых расходах воды скорость понижения уровня определяется в зазоре между стенкой измерителя 5 и поплавком 15, который в этом случае фиксируется кольцевым магнитом 21, поднятым и закрепленным с помощью фиксатора 22 на высоте магнитного элемента 16. The perimeter works as follows. After lowering the support tube 1 in a pre-prepared well 23 and securing the device in an upright position using a tripod 24 and support bracket 25, the perimeter is filled with water through opening 7 with open hole 8, closed leakage valves 13 and valve 3 for water outlet Then, when ring magnet 21 lowered to the lower position, holes 7 and 8 are blocked. The perimeter is ready for operation. Having removed the support bracket 25 (in this case, the device as a whole drops and opens the valve for water outlet 3 with its weight, and water enters through the tip 2 into the well and is installed in it at the level of the upper boundary of the outlet window 26 of the water outlet tip), open one of the valves inflowers 13, as a result of which water slowly fills the well to the level of the lower cut of the corresponding air tube. In the process of water absorption by the soil, the water level in the well remains constant. The speed of lowering the water level in the meter 5 is determined by the position of the float 15 relative to the scale deposited on the transparent wall of the meter 5 (in the case when the fluid flow is large enough) using a stopwatch. At low water consumption, the rate of decrease in the level is determined in the gap between the wall of the meter 5 and the float 15, which in this case is fixed by an annular magnet 21, raised and secured with a latch 22 at the height of the magnetic element 16.

Измерения проводятся многократно, до достижения постоянного значения скорости понижения уровня воды в измерителе 5. Measurements are carried out repeatedly, until a constant value of the rate of decrease in the water level in meter 5 is reached.

После определения постоянной скорости понижения уровня воды в измерителе при одном открытом клапане-натекателе 13 этот клапан закрывают и плавно открывают другой весь процесс измерения скорости понижения уровня повторяется. After determining the constant speed of lowering the water level in the meter with one open leakage valve 13, this valve is closed and the other is smoothly opened; the whole process of measuring the speed of lowering the level is repeated.

Измерив значения скоростей понижения уровня воды в измерителе при двух значениях напора, рассчитывают значения гидравлической проводимости, сорптивности и a-параметра по известным формулам [2]
Замена подвижной воздушной трубки двумя неподвижными, нижние срезы которых расположены на различной высоте, а также исключение из конструкции крана-переключателя позволяет обеспечить надежную герметизацию внутренних полостей прибора. Установка на верхних концах воздушных трубок клапанов-натекателей позволяет регулировать скорость проникновения воздуха во внутренние полости устройства, а следовательно, плавно заполнять водой скважину до уровня нижнего среза соответствующей воздушной трубки, что снижает возможность разрушения стенок скважины с последующим оседанием частиц почвы на стенке скважины, т. е. снижает "кальматацию", тем самым повышается точность результатов, особенно для илистых почв.By measuring the values of the lowering speeds of the water level in the meter at two pressure values, the values of hydraulic conductivity, sorptivity and a-parameter are calculated according to well-known formulas [2]
Replacing the movable air tube with two fixed ones, the lower sections of which are located at different heights, as well as the exception of the design of the switch crane, allows for reliable sealing of the internal cavities of the device. The installation of leakage valves at the upper ends of the air tubes makes it possible to control the rate of air penetration into the internal cavities of the device and, therefore, to smoothly fill the well with water to the level of the lower cut of the corresponding air tube, which reduces the possibility of destruction of the walls of the well and subsequent sedimentation of soil particles on the well wall, t That is, it reduces the "calcification", thereby increasing the accuracy of the results, especially for muddy soils.

Той же цели, снижению динамического удара воды о дно и стенки скважины в момент начала ее поступления в скважину, служит закрепление пружинного клапана для выхода воды на нижнем конце опорной трубки. The same goal, to reduce the dynamic impact of water on the bottom and the wall of the well at the time it begins to enter the well, is to fix the spring valve for water to exit at the lower end of the support tube.

Применение поплавка с магнитным элементом и подвижного кольцевого магнита позволяет повысить точность скорости понижения уровня воды в измерителе, особенно при малых расходах воды, так как измерения производятся в узком зазоре между поплавком и прозрачной стенкой измерителя. Испытания предложенного пермиметра показали более высокую воспроизводимость результатов по сравнению с известным пермиметром на идентичных почвах и большие удобства в эксплуатации. The use of a float with a magnetic element and a movable ring magnet makes it possible to increase the accuracy of the rate of lowering the water level in the meter, especially at low water flow rates, since the measurements are made in the narrow gap between the float and the transparent wall of the meter. Tests of the proposed perimeter showed a higher reproducibility of the results compared with the known perimeter on identical soils and greater ease of use.

Claims

1. A perimeter comprising a support tube, hermetically connected at the bottom with a tip for water outlet, and at the top with a transparent meter equipped with a sealed cover with overlapping holes for filling with water and air outlet, an air tube and a valve for water outlet, characterized in that a second air tube is inserted into it, both air tubes are fixedly fixed inside the support tube with a perforated washer, while their lower open ends are located at different heights, and the upper overlapping ends are edeny through the sealing gasket through the substrate tube wall in its upper part.

2. The perimeter according to claim 1, characterized in that a float is provided in the internal cavity of the meter, provided with a magnetic element in the lower part, and the meter is surrounded by a movable ring magnet on the outside.

3. The perimeter according to claim 1, characterized in that the spring valve for water outlet is mounted on the tip for water outlet, and the upper ends of the air tubes are equipped with leakage valves.

4. The perimeter according to claim 1, characterized in that the meter is made in the form of one transparent cylinder equipped with a scale.