SU47105A1 - Прибор дл определени капилл рных свойств почвы - Google Patents

Description

Уже известны приборы дл  определени  капилл рных свойств почвы, в которых применен манометр дл  измерени  разрежени , образующегос  в заполненном водой сосуде вследствие поглощени  части воды почвой, помещенной во вставленном в сосуд патроне.

Предлагаемый прибор дл  определени  капилл рных свойств почвы относитс  к указанному типу приборов и имеет ту особенность, что, с целью определени  мощности капилл рного подъема воды почвой, манометрическа  трубка снабжена впа нными в нее контактами , замыкаемыми ртутной каплей и включенными в цепь электродвигател , управл ющего регистрацией движени  ртутной капли,

На чертеже фиг. 1 изображает общий вид предлагаемого прибора сбоку; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3-электрическую схему регистрирующего устройства; фиг. 4-б-детали прибора.

Предлагаемый прибор (фиг. 12) состоит из столика 7 дл  установки всего прибора, установленного на нем на подставке 2 стекл нного сосуда 3, в который во врем  работы с прибором наливаетс  вода до метки HR и вставл етс  патрон 4. Патрон 4 на нижнем конце имеет металлическую сетку и снабжен винтовой нарезкой 5, помощью которой он ввинчиваетс  в металлическую пробку б сосуда 3. Перед pa66Toit на , /

(213) ,

сетку патрона кладетс  полотно и фильтровальна  бумага и патрон 4 перед ввинчиванием в пробку б наполн етс  почвой. В пробку сосуда кроме того вставлена дважды изогнута  под пр мым углом трубка 7, соединенна  с прикрепленной к вертикальному щиту 9 столика / воронкой S, и немного выступающа  из пробки трубка W. Нижний конец трубки 7, в цел х избежани  разбрызгивани  и взмучивани , доходит почти до дна сосуда 3 и сама  трубка снабжена у воронки двухходовым краном 77. Трубка НО изогнута под пр мым углом и присоединена к четырехходовому крану 12 (фиг. 4), прикрепленному к вертикальному щиту 9 при помощи накладки 75. Кран 12 соединенс трубками f4, 75 и 76, из которых трубка 14 присоединена к регул тору давлени , трубка 75 к манометрической трубке, а трубка 75 открыт в атмосферу. Зигзагообразна  манометрическа  трубка 77 смонтирована на особом столике 75, который опираетс  на три установочных винта 7Р и снабжен двум  перпендикул рно расположенными уровн ми 20, 2Т дл  приведени  столика в горизонта пьное положение. Трубка 77 манометра, с целью предохранени  ее от нагревани  и охлаждени , помещена в эбонитЪвой пластине 22 (фиг. 5) таким образом, 4to эбонит покрывает трубку со всех сторон , кроие верхней лицевой стороны.

Манометрическа  трубка П снабжена двум  расположенными на эбоните Шкалами: одна шкала градунрована в кубических сантиметрах (через 0,01 гл ), а друга -в граммах, соответствующих количеству всасываемой почвой воды. На каждом делении, отмечающем 0,1 ел , в трубку 17 впа ны контакты л и вну три ее помещена капл  Ь ртути, служаща  дл  замыкани  цепи электромагнита регистрирующего устройства. Конец манометрической трубки 17 соединен с трубкой 23, присоединенной к трехходовому крану 24) прикрепленному к щиту 9 и соединенному с трубками 25, 26, из которых трубка 25 соединена с резервуаром 27 манометра, а трубка -26 открыта в атмосферу. Резервуар 27 манометра помещен внутри сосуда 28, установленного на подставке 29 и  вл ю щегос  дл  резервуара 27 термостатЬм. В резервуар 27 и сосуд 28 вставлены термометры 29, 30, сосуд 28 снабжен выходным бтверстием с краном 3t. Дл  приведени  ртутной капли в нулевое положение трубка 14 соединена с регул тором давлени , состо щим из воронки 52 с краном 33, вставленной в пробку резервуара 34, соединенного через заполненный серной кислотой поглотитель 55 с с трубкой J4. Резервуар 34 соединен с выпускной трубкой, снабженной зажимом Мора 56.

Работа регул тора давлени  сводитс  к следующему. В том случае, когда ртутна  капл  b находитс  на .каком-то делении от нул , а требуетс  привести его в нулевое положение, .то из воронки 32. при помоихи крана 55 по капл м 8 резервуар 34 спускаетс  вода. Зажим Мора 36 закрыт, а выходное отверстие 26 крана 24 открыто. Вытесненный воздух из резервуара 34 через поглотитель 55 с серной кислотой и трубки f4 и 75 (они сообщаютс  при помощи крана /2) проходит в зигзагообразную трубку 77 манометра и давит на ртутную каплю b и последн   приходит в нуле вое положение. В это врем  крань 72 и и 24 закрываютс . Если же каплю нужно передвинуть в обратную сторону, то краны 72 и 2 открываютс , трубка J6 и кран 55 закрыт, вода из резервуара 5 через зажим Мора 56 сливаетс  по капл м в подставленный стакан. Вследствие разреженности воздуха в резервуаре 34 капл  b оп ть приходит в иулевое положение и краны 72 и 24 закрываютс .

Регистрирующее устройство (фиг. 1,3) состоит из  щика 37, служащего подставкой дл  столика 7в и снабженного стеклом дл  наблюдени . Внутри  щика помещены часовой механизм 38 с роликом дл  бумажной ленты 39 и ролик 40 с пружиной дл  наматывани  бумажной ленты, а кроме того, электромагнит 4J с  корем 42. Якорь представл ет собой рычаг, на конце которого имеетс  пишущее приспособление 43, наход щийс  под действием пружины .44. Электромагнит включен в цепь аккумул тора с последовательно включенной контрольной лампой и замыкаемой через контакты в манометрической трубке 17.

Работа регистрирующего устройства заключаетс  в следующем. Пускаетс  в работу часовой механизм на все врем  опыта. Бумажна  леита, двига сь на роликах равномерно, в единицу времени проходит равные отрезки пути. Эти отрезки пути градуируютс  в единицах времени - в минутах и часах. Когда идет всасывание воды, ртутна  капл  b доходит до контактов а (фиг. 3), электроцепь через ртутьзамыкаетс . Ток от аккумул тора через цепь и контрольную лампочку проходит через обмотку электромагнита . Стержень электромагнита намагничиваетс  и прит гивает конец  кор , в это врем  пишущее перо прижимаетс  к бумаге и пишет на ней линию. Когда капл  b пройдет контакты а, цепь размыкаетс , лампочка тухнет, стержень электромагнита размагничиваетс  и пружина приводит  корь в прежнее положение. Перо от бумаги открываетс  и на бумаге остаетс  пунктирна  лини . Чем быстрее будет передвигатьс  ртутный мениск в манометрической трубке, тем короче будет получатьс  пунктирна  лини . Таким образом , пишущее перо записывает скорость движени  мениска в единицах времени, причем длина пунктирной линии обратно пропорциональна скорости Движени  мениска в сантиметрах, а скорость движени  мениска (в сантиметрах) пр мр пропорциональна количеству подн той воды на 1 см в патроне 4. Следовательно

количество подн той воды // на 1 rju в единицу времени пр мо пропорционально скорости движени  мениска, но обратио пропорционально вре меии t, в течение которого это количество подн лось (длине пунктирной линии мениска).

Предлагаемый прибор может быть использован на образцах с нарушенной структурой (насыпные) и без нарушени  структуры.

В том случае, когда производитс  работа с насыпной почвой, то почва насыпаетс  в стекл нный патрон (фиг. 1,6) высотой 100 см. Нижний конец патрона имеет металлический, из алюминиевой бронзы, наконечник с винтовой нарезкой на внешней стороне, при помощи которой патрон ввинчиваетс  в металлическую пробку б. Дно металлического патрона площадью 10 см имеет сетку, на которую кладетс  полотно и фильтровальна  бумага. Патрон наполн етс  почвой при помощи широкогорлой воронки при легком постукивании. Когда работа производитс  с образцами почвы без нарушени  структуры, то пробы дл  опыта берутс  в поле буром со вставным металлическим патроном высотой 20 см и площадью поперечного сечени  10 см. Патрон в нижней своей части имеет винтовую нарезку. Сетка, как и в стекл нном патроне, имеет металлический ободок, которым она надеваетс  на нижнюю патрона до винтовой нарезки. Как в том, так и в другом случае патроны перед опытом ввинчиваютс  в металлическую пробку 6 на 2/3 винтовой, нарезки, т, е. на см патрон не доходит до метки HR. После этого сосуд S при помощи крана 12 сообщаетс  с атмосферой и при помощи воронки в сосуд наливаетс  вода до метки HR (почва к воде не прикасаетс ). Затем по уровн м 20, 21 устанавливаетс  в горизонтальное положение столик 18 и устанавливаетс , при помощи регул тора, капл  ртути в нулевое положение. Когда капл  ртути приведена в нулевое положение, резервуар 27 при помощи крана 24 сообщаетс  с атмосферой (кран 24 соедин ет трубки 25 и 26) и производитс  запись показаний барометраи термометров 29 и 30. После этого край 24 устанавливаетс  в рабочее положение, сообщаютс  зигзагообразна  трубка 17 и манометрический резервуар 27, входное отверстие 17 закрыто . Кран 72 устанавливаетс  в холостое положение. Быстро ввинчиваетс  патрон до отказа; почва опускаетс  в воду на 0,75 См и кран 12 устанавливаетс  в рабочее положение (трубки 10 и 15 сообщаютс ). В этот же момент пускаетс  часовой механизм (при помощи рычага) и включателем замыкаетс  цепь. Когда прибор пущен в работу, первое врем  ведутс  наблюдени  за исправностью работы и записываютс  показани  капли, отмечаетс  врем , в течение которого мениск пройдет нулевое деление, а потом деление 0,1 см и т. д. Последующие наблюдени  производ тс  периодически за контрольно-сигнальной лампочкой и запис ми хронографа. Вследствие начавшегос  всасывани  воды почвой, в сосуде насытител  создаетс  разреженное воздушное про. странство. Уменьшенное давление пе. редаетс  на каплю Ь и капл  начи нает передвигатьс  по зигзагообразной трубке 17,

Пока мениск проходит нулевое деление с контактами, электроцепь замкнута и пишущее перо 43 хронографа на градуированной бумаге пишет пунктирную линию. Когда мениск пройдет нулевое деление, контакты а нулевого делени  разъедин ютс , электроцепь размыкаетс ,  корь 42 при помощи пружины 44 приводитс  в старое положение и пунктирна  лини  обрываетс . Когда капл  дойдет до следующего делени  0,1 см, цепь вновь замыкаетс  и на бумаге получаетс  пунктирна  лини . Запись отрезков пунктирной линии на каждой дес тойдоле кубического сантиметра производитс  все врем , пока идет всасывание воды и передвижение мениска. Почвы крупнозернистые (песчаные ), имеющие крупные поры, в начале опыта будут давать очень короткие пунктирные отрезки (всасывание воды быстрое), но запись пунктирных линий быстро прекратитс . Почвы мелкоземлистые (глинистые) в начале опыта относительно перйых будут давать более длинные пунктирные отрезки, продолжительность записи будет больша  Как в том, так и в другом случае, в ничале опыта, пунктирные отрезки будут короче, чем в конце опыта (в начале опыта всасываний энергичнее, чем в конце). Так как движение ртутного мениска происходит вследствие разрежени  воздуха в резервуаре 3, то при передвижении капли b на i см (длина капли), давление в резервуаре уменьшаетс  всегда на одну и ту же величину, а следовательно, в почву, в патроне, поступают равные объемы (количества) воды, но в разные промежутки времени , в зависимости от характера почвы. Поэтому дл  прибора устанавливаетс  посто нное число Q соответствующее количеству подн той воды единицей площади в единицу времени, при условии , что капл  & в эту единицу времени проходит 2 см (через точку, обозначающую дес тое деление см, проходит вс  длина ртутного мениска в 1 см).

Дл  почвы различного механического и структурного состава и с различной влажностью врем , в течение которого будет подниматьс  количество воды, Q будет весьма различным; оно будет также различным в начале и «онце опыта у одной и той же почвы; Поэтому, если нам известно Q (как посто нна  величина) и t, н обхо .димое .дл цподн ти  этого количества воды какой-либо почвой, то можно высчитать мощность капилл рного подн ти  воды данной почвой // в данный момент Исследовани :

«Ч-.

т. е. чтобы определить мощность капилл рного подъема воды почвой (количество-подн той воды в единицу времени на единицу площади), нужно посто нное чиоло прибора Q разделить на врем  t в течение которого это количество воды подн лось. .

Так как опыты с капилл рностью Почвы весьма длительные (сутки и более ), то дл  удобства наблюдений в приборе смонтирован хронограф, записывающий отрезки времени, необходимые дл  поглощени  количества воды Q разными почвами.

Если экchepимeнtaльнo (путем взвешивани ) установлено количество воды Q, поглощаемое за известный промежуток времени f, то дальнейшее изучение динамики мощности капилл рного подн ти  воды почвой можно проводить при помощи манометра.

Расчеты мощности капиллйрного подн ти  дл  данной почвы ведутс  на основании обратно пропорциональной зависимости между количеством подн той воды и временем. Тогда

H:Q f:i:

(1)

отсюда

ЯЛ

//:

(2)

или, име  обратную пропорциональность

(ЗГ Я./(соп5), отсюда

(3)

Если в формулах (2) и (3) / равно единице, тогда Q равно Q, а в формуле (3) АГ Q, тогда формулы (2) и (3) преобразуютс  в формулу (1)

н- 21 - А -5 t t t

Поэтому, пользу сь одной из этих формул, при помощи манометра можнр определ ть количество подн той почвой капилл рной воды на 1, га в единицу времени (мощность), а следовательно, изучить динамику капилл рного подн ти  воды в разных генетических горизонтах различных почв.

Пользу сь прибором, по показани м ртутного мениска в зигзагообразной трубке можно определить общее количество капилл рной воды, подн той почвой за все врем  наблюдени , а следовательно , определить капилл рную влагоемкость и капилл рную порозность испытуемой почвы (1 см воды весит

1 ОКроме определени  мощности капилл рного подн ти  воды и капилл рной порозности, при помощи каНилл р-манометра можно определить водоподъемную силу испытуемой почвы.

Име  йо опыта определенный объем Т воздуха в приборе и соответствующее ему атмосферное давление Р (показание

барометра), на основании закона бойл Мариотта можно нйпИсать

VP У . Р К (consi) отсюда

Р .А V

а так как изменение давлени  в приборе прбисходит за счет водоподъемной силы, то

/ . ..... (4)

)

где /-водоподъемна  сила.

Oпpeдeheииe водоподъемной силы представл ет теоретический интерес дл  эмпирических расчетов работы, производимой молекул рным сцеплением частиц почвы с водой и мощности этого сцеплени , характеризующих механические свойства различных почв, что имеет существенное значение в вопросах меха нической обработки почвы при исследовании коэфициентов трени . По данным Schachbaslan коэфициенты представлены в следующем виде:

Из таблицы видно, что во всех случа х коэфициенты трени  во влажной почве выше, чем в сухой. Кроме того, коэфициенты трени  во влажной почве 4;величиваютс  с уменьшением диаметра частиц, т. е. с уп пичением поверхности частиц, когда силы сцеплени  растут,

Проф; С. П. Кравков из этого делает такой вывод нкогда почва находитс  во влажном состо нии, то коэфициенг трени  тем больше, чем мелкоземлистее почва, наоборот, когда она суха, то этот коэфициент, по мере уменьшени  почвенных частиц, уменьшаетс . Поэтому исследование водоподъемной силы, характеризующей молекул рное сцепление почвенных частиц и воды, а следовательно , определение работы этих Частиц и мощности их имеет как научное, так и производственное значение.

Прибор может быть использован:

1.Дл  изучени  капилл рности различных материалов при экспериментальных и производственных работах.

2.Дл  определени  мощности капилл рного подн ти  воды в различных грунтах при строительных работах.

3.Как учебное оборудование при исследовании мощности капилл рного подн ти  воды и капилл рной порозности почв во врем  лабораторных работ.

4.Как лабораторное оборудование при манометрическом методе исследовани  мощности капилл рного подн ти 

ВОДЫ, капилл рной порозности, капилл рной (относительной) влагоемкости и водоподъемной силы в различных почвах и в различных генетических горизонтах одной и той же почвы, в зависимости от механического и химического состнва, а также и влажности этих почв.

Предмет изобретени .

Claims (4)

1. Прибор дл  определени  капилл рных свойств почвы с применением манометра дл  измерени  разрг;жеии , образующегос  в заполненном водой сосуде вследствие поглощени  части воды почвой, помещенной во встав кином в сосуд патроне, отлйчаюшийс  тем, что, с целью определени  мощности капйлл рйого подъеме воды почвой, мано ,/

1

метрическа  трубка 6 снабжена впа нными в нее контактами а, замыкаемыми ртутной каплей Ь и включенными в цепь электромагнита, управл ющего регистрацией движени  капли.

2.Форма выполнений прибора поп. 1, i отличающа с  тем, что манометрическа  трубке /7 соединена через многоходовой кран 72 с регул тором давлени , служащим дл  установки ртутной капли b в манометрической трубке 17 на нуль шкалы.

3.Форма выполнени  прибора по пп. 1 и 2, отличающа с  тем, что манометрическа  трубка 77 выполнена зигзагообразной.

4.В приборе по пп. 1-3 применение термостата, окружающего воздушный резервуар 27 манометра.

К авггорскому свидетельству А. А. Батурина

Фиг4 № 47105

ФипБ

Фиг 5

гг /7

Тип .Печатный ТруД 3м. 3947-400