一種現場土壤水勢測量儀及其使用方法
2023-11-04 17:46:17 1
一種現場土壤水勢測量儀及其使用方法
【專利摘要】本發明提供一種現場土壤水勢測量儀，包括底座、感應套筒、外套筒、壓力傳感器、所述底座設有腔體及錐底，所述底座的錐底開設有排水孔，所述排水孔連通於腔體，所述壓力傳感器的一端伸入底座的腔體中並與所述底座緊密連接，所述外套筒套接於所述壓力傳感器與底座外側，底座外周圍繞所述腔體開設有凹槽，所述底座上還開設有預製透水孔，所述預製透水孔連通所述凹槽與腔體，所述感應套筒套接於所述底座並封蓋於該凹槽外側。本發明的現場土壤水勢測量儀在無氣水中裝配，保證內部腔體無氣泡，而且飽和步驟簡單，飽和效果好，不易汽化；底座設置錐底，更有利於現場儀器的打設，並能保證與土體接觸良好。本發明還公開一種現場土壤水勢測量儀使用方法。
【專利說明】一種現場土壤水勢測量儀及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種現場土壤水勢測量儀及其使用方法。
【背景技術】
[0002]土中的水勢不僅能反映土體的乾濕情況，還能有效地反映植物吸水的難易程度。而且，土壤水勢作為有別於應力的另一變量應用在土壤力學等學科。因此，土壤水勢的測量是至關重要的，尤其現場的土壤水勢測量數據更為寶貴。
[0003]現有技術中，通常採用土壤張力計用於測量土中水勢(孔壓)，其廣泛應用於農業、林業以及巖土工程等。然而，傳統張力計飽和過程複雜，易汽化，受溫度和土體側壓力影響大，安裝時產生的正壓會導致感應部件損壞，並且只能測量表層土體水勢，不適合現場使用。而且由於現場的條件複雜，測量位置較深，使用受到限制，安裝打設過程中水勢感應易損壞，而且無抽真空飽和過程，這造成了飽和效果差，測量反映時間和精度不佳，尤其不適合深層吸力測量，只適合室內試驗使用，而且埋深過程無法保證與土體緊密接觸。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種現場土壤水勢測量儀，包括底座、感應套筒、外套筒、壓力傳感器、所述底座設有腔體及錐底，所述底座的錐底開設有排水孔，所述排水孔連通於腔體，所述壓力傳感器的一端伸入所述底座的腔體中並與所述底座緊密連接，所述外套筒套接於所述壓力傳感器與底座外側，所述底座外周圍繞所述腔體開設有凹槽，所述底座上還開設有預製透水孔，所述預製透水孔連通所述凹槽與腔體，所述感應套筒套接於所述底座並封蓋於該凹槽外側。
[0005]進一步的，所述底座包括圍合形成所述腔體的底座腔壁及錐底，所述凹槽開設於所述底座腔壁。
[0006]進一步的，所述預製透水孔直徑為2mm至10mm。
[0007]進一步的，所述預製透水孔直徑為2mm。
[0008]進一步的，所述現場土壤水勢測量儀對應排水孔還設有排水孔螺栓及O型密封圈，所述排水孔螺栓及O型密封圈用於密封排水孔密封。
[0009]進一步的，所述壓力傳感器與外套管之間設有0.5mm至2mm的間隙。
[0010]進一步的，所述壓力傳感器與外套管之間的間隙為1.5mm。
[0011]一種現場土壤水勢測量儀的使用方法，所述現場土壤水勢測量儀包括底座、感應套筒、外套筒、壓力傳感器及排水孔螺栓，所述使用方法包括以下步驟:
步驟一:擰開排水孔螺栓，將底座和壓力傳感器置於封閉的真空飽和缸中；加無氣水至真空飽和缸中，使真空飽和缸中的無氣水浸沒底座和壓力傳感器；密封真空飽和缸，並抽真空2至3小時；
步驟二:在無氣水中將壓力傳感器安裝至所述底座的腔體上方；
步驟三:在無氣水中將排水孔螺栓緩慢擰入底座的排水孔，密封排水孔； 步驟四:取出裝有壓力傳感器的底座，在其上部安裝外套筒；
步驟五:將所述的現場張力計安裝至所需位置。
[0012]進一步的，所述現場土壤水勢測量儀還設有電纜及數據採集裝置看，所述使用方法還包括以下步驟:步驟六:通過電纜將壓力傳感器連接至數據採集裝置進行數據記錄。
[0013]進一步的，所述使用方法還包括以下步驟:在無氣水中安裝O型密封圈。
[0014]相較於現有技術，本發明的現場土壤水勢測量儀在無氣水中裝配，保證內部腔體無氣泡，而且飽和步驟簡單，飽和效果好，不易汽化，適合現場複雜的條件；設置排水孔，避免了安裝過程中產生的正壓對感應部件的損壞；底座設置錐底，更有利於現場儀器的打設，並能保證與土體接觸良好；傳力臺階設計，避免了打設過程中的衝擊力對感應部件的損壞；縮小了內部腔體體積，縮短反映時間，並且適合不同深度的水勢測量；當外界有側壓力時，由於外套管的保護，壓力傳感器不受力，避免了側壓力的影響；當外界溫度變化，由於外套管的保護，溫度不會快速影響到壓力傳感器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的現場土壤水勢測量儀的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】及【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0017]請參閱圖1，本發明提供了一種現場土壤水勢測量儀10，包括底座11、感應套筒13、壓力傳感器15、外套筒17。底座11開設有腔體111，感應套筒13套接於底座11，壓力傳感器15部分設置於底座11的腔體111中，外套筒17套接於壓力傳感器15與外套筒17外部。可以理解的是，本實施例中的現場土壤水勢測量儀10還設有電纜21及數據採集裝置23，電纜21連接於壓力傳感器15並其所感測到的數據傳送至壓數據採集裝置23，其結構、功能及原理與現有技術一致，在此不再贅述。
[0018]在本實施例中，底座11大體為錐底柱狀，其包括圍合形成腔體111的底座腔壁113及設置於底座腔壁113底部的錐底115。錐底115為錐形，便於現場土壤水勢測量儀10的現場安裝或打設，尤其適合深層水勢測量。在本實施例中，底座腔壁113圍合為柱狀，其內部開設有腔體111，腔體111由底座11頂部開設，並沿底座11軸向朝向底座11的錐底115延伸，腔體111朝向錐底115 —端封閉。在本實施例中，為了提高現場土壤水勢測量儀的精度，所述腔體111直徑為5mm至IOmm,能夠容納受力水體的體積為0.5mL至10mL。作為優選方式，所述內部腔體111直徑為6mm，能夠容納受力水體體積為5mL。
[0019]底座腔壁113的外周面開設有凹槽117，感應套筒13套接於底座腔壁113並封蓋於該凹槽117外側。感應套筒13感應套筒13與凹槽117的槽底之間設有間隙，從而具有一定的水容量。感應套筒13固定連接於底座11的底座腔壁113。在本實施例中，用於深層土體水勢測量的裝配式張力計還設有墊片31，墊片31粘結於外套筒17並設置於外套筒17與感應套筒13之間。墊片31厚度為1-5_，作為優選方式，所述墊片31厚度為2_。在本實施例中，感應套筒13的外徑與錐底115的外徑一致，從而便於本發明的現場土壤水勢測量儀10深入深層土體。在本實施例中，感應套筒13採用高進氣值的陶土板或微孔板製成，其上設有微孔，形成毛細效果，所述微孔的最大孔徑為0.001mm，進氣值為lOOkPa。在本實施例中，感應套筒13通過環氧樹脂膠結與底座11的錐底115，環氧樹脂強度為2MPa。
[0020]底座11的凹槽117與腔體111之間還開設有連通凹槽117與腔體111的預製透水孔119。為了連通腔體111與感應套筒13，所述的預製透水孔119直徑為2mm至10mm，作為優選方式，所述的預製透水孔119直徑為2mm。
[0021]所述底座11的錐底115開設有排水孔1151，排水孔1151連通於底座11的腔體111。使用狀態下，排水孔1151朝向下方或斜下方設置。為了避免安裝過程中產生的正壓對壓力傳感器和感應部件的損壞，排水孔1151的直徑為2mm至5mm，作為優選方式，所述排水孔1151的直徑為2_。現場土壤水勢測量儀10對應排水孔1151還設有排水孔螺栓31及O型密封圈33，所述排水孔螺栓31及O型密封圈33用於在需要時將排水孔1151密封。
[0022]壓力傳感器15緊密連接於腔體111上部，並與底座腔壁113緊密配合。壓力傳感器15與外套管之間設有0.5_至2_的間隙。作為優選方式，壓力傳感器15與外套管之間的間隙為1.5mm。所述的壓力傳感器15用於測量正壓和負壓，其負壓量程為-1OOkPa,正壓量程為lOO-lOOOkPa，作為優選方式，正壓量程為lOOkPa。在本實施例中，底座腔壁113內部設有腔壁臺階1133，壓力傳感器15的端面抵持於所述腔壁臺階1133。壓力傳感器15與腔壁臺階1133之間設有O型密封圈33。
[0023]外套筒17緊密套接於底座腔壁113上部。外套筒17內側設有傳力臺階173，傳力臺階173用於避免縱向軸力傳遞到感應套筒13上，造成感應部件的損壞。可以理解的是，本發明的現場土壤水勢測量儀10可採用多個外套筒17相互拼接，從而獲得所需長度。每節外套管5長度為Im至4m，作為優選方式，每節所述的外套管5長度為2m。
[0024]一種現場土壤水勢測量儀10的使用方法，包括如下步驟:
步驟一:擰開排水孔螺栓31，將現場張力計本體的底座11和壓力傳感器15置於封閉的真空飽和缸中；加無氣水至真空飽和缸中，使真空飽和缸中的無氣水浸沒現底座11和壓力傳感器15 ;蓋上真空飽和缸的蓋子，密封真空飽和缸，並抽真空2至3小時，從而使分離後飽和使飽和效果更好；
步驟二:在無氣水中將壓力傳感器15安裝至所述底座11的腔體111上方；
步驟三:在無氣水中將排水孔螺栓31緩慢擰入底座11的排水孔1151，密封排水孔1151 ；
步驟四:取出裝有壓力傳感器15的底座11，在其頂部安裝外套筒17 ；
步驟五:採用靜力或動力裝置，將所述的現場張力計安裝至設計位置。當測量深度大於一節所述外套管長度時，可在安裝過程中拼接多節所述外套管，直至到達設計深度，
步驟六:連接壓力傳感器15電纜21至數據採集裝置23上，記錄數據；
所述使用方法還包括以下步驟:在無氣水中安裝O型密封圈33。
[0025]本發明的現場土壤水勢測量儀10在無氣水中裝配，保證內部腔體111無氣泡，而且飽和步驟簡單，飽和效果好，不易汽化，適合現場複雜的條件；設置排水孔1151，避免了安裝過程中產生的正壓對感應部件的損壞；底座11設置錐底115，更有利於現場儀器的打設，並能保證與土體接觸良好；傳力臺階173設計，避免了打設過程中的衝擊力對感應部件的損壞；縮小了內部腔體111體積，縮短反映時間，並且適合不同深度的水勢測量；當外界有側壓力時，由於外套管的保護，壓力傳感器15不受力，避免了側壓力的影響；當外界溫度變化，由於外套管的保護，溫度不會快速影響到壓力傳感器15。[0026]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:包括底座、感應套筒、外套筒、壓力傳感器、所述底座設有腔體及錐底，所述底座的錐底開設有排水孔，所述排水孔連通於腔體，所述壓力傳感器的一端伸入所述底座的腔體中並與所述底座緊密連接，所述外套筒套接於所述壓力傳感器與底座外側，所述底座外周圍繞所述腔體開設有凹槽，所述底座上還開設有預製透水孔，所述預製透水孔連通所述凹槽與腔體，所述感應套筒套接於所述底座並封蓋於該凹槽外側。
2.根據權利要求1所述現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:所述底座包括圍合形成所述腔體的底座腔壁及錐底，所述凹槽開設於所述底座腔壁。
3.根據權利要求1所述現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:所述預製透水孔直徑為2mm至 10mnin
4.根據權利要求3所述現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:所述預製透水孔直徑為2mm ο
5.根據權利要求1所述現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:所述現場土壤水勢測量儀對應排水孔還設有排水孔螺栓及O型密封圈，所述排水孔螺栓及O型密封圈用於密封排水孔密封。
6.根據權利要求1所述現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:所述壓力傳感器與外套管之間設有0.5mm至2mm的間隙。
7.根據權利要求6所述現場土壤水勢測量儀現場土壤水勢測量儀，其特徵在於:所述壓力傳感器與外套管之間的間隙為1.5mm。
8.一種現場土壤水勢測量儀的使用方法，所述現場土壤水勢測量儀包括底座、感應套筒、外套筒、壓力傳感器及排水孔螺栓，其特徵在於:所述使用方法包括以下步驟: 步驟一:擰開排水孔螺栓，將底座和壓力傳感器置於封閉的真空飽和缸中；加無氣水至真空飽和缸中，使真空飽和缸中的無氣水浸沒底座和壓力傳感器；密封真空飽和缸，並抽真空2至3小時； 步驟二:在無氣水中將壓力傳感器安裝至所述底座的腔體上方； 步驟三:在無氣水中將排水孔螺栓緩慢擰入底座的排水孔，密封排水孔； 步驟四:取出裝有壓力傳感器的底座，在其上部安裝外套筒； 步驟五:將所述的現場張力計安裝至所需位置。
9.根據權利要求8所述現場土壤水勢測量儀的使用方法，其特徵在於:所述現場土壤水勢測量儀還設有電纜及數據採集裝置看，所述使用方法還包括以下步驟:步驟六:通過電纜將壓力傳感器連接至數據採集裝置進行數據記錄。
10.根據權利要求8所述現場土壤水勢測量儀的使用方法，其特徵在於:所述使用方法還包括以下步驟:在無氣水中安裝O型密封圈。
【文檔編號】G01N33/24GK103792336SQ201410021728
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】陳銳, 劉堅, 黃俊文, 王若宣 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院