一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀，包括底座、感應(yīng)套筒、外套筒、壓力傳感器、所述底座設(shè)有腔體及錐底，所述底座的錐底開設(shè)有排水孔，所述排水孔連通于腔體，所述壓力傳感器的一端伸入底座的腔體中并與所述底座緊密連接，所述外套筒套接于所述壓力傳感器與底座外側(cè)，底座外周圍繞所述腔體開設(shè)有凹槽，所述底座上還開設(shè)有預(yù)制透水孔，所述預(yù)制透水孔連通所述凹槽與腔體，所述感應(yīng)套筒套接于所述底座并封蓋于該凹槽外側(cè)。本發(fā)明的現(xiàn)場土壤水勢測量儀在無氣水中裝配，保證內(nèi)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(shè)置錐底，更有利于現(xiàn)場儀器的打設(shè)，并能保證與土體接觸良好。本發(fā)明還公開一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀使用方法。
【專利說明】一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土中的水勢不僅能反映土體的干濕情況，還能有效地反映植物吸水的難易程度。而且，土壤水勢作為有別于應(yīng)力的另一變量應(yīng)用在土壤力學(xué)等學(xué)科。因此，土壤水勢的測量是至關(guān)重要的，尤其現(xiàn)場的土壤水勢測量數(shù)據(jù)更為寶貴。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用土壤張力計用于測量土中水勢(孔壓)，其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及巖土工程等。然而，傳統(tǒng)張力計飽和過程復(fù)雜，易汽化，受溫度和土體側(cè)壓力影響大，安裝時產(chǎn)生的正壓會導(dǎo)致感應(yīng)部件損壞，并且只能測量表層土體水勢，不適合現(xiàn)場使用。而且由于現(xiàn)場的條件復(fù)雜，測量位置較深，使用受到限制，安裝打設(shè)過程中水勢感應(yīng)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(nèi)試驗使用，而且埋深過程無法保證與土體緊密接觸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀，包括底座、感應(yīng)套筒、外套筒、壓力傳感器、所述底座設(shè)有腔體及錐底，所述底座的錐底開設(shè)有排水孔，所述排水孔連通于腔體，所述壓力傳感器的一端伸入所述底座的腔體中并與所述底座緊密連接，所述外套筒套接于所述壓力傳感器與底座外側(cè)，所述底座外周圍繞所述腔體開設(shè)有凹槽，所述底座上還開設(shè)有預(yù)制透水孔，所述預(yù)制透水孔連通所述凹槽與腔體，所述感應(yīng)套筒套接于所述底座并封蓋于該凹槽外側(cè)。
[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(shè)于所述底座腔壁。
[0006]進一步的，所述預(yù)制透水孔直徑為2mm至10mm。
[0007]進一步的，所述預(yù)制透水孔直徑為2mm。
[0008]進一步的，所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀對應(yīng)排水孔還設(shè)有排水孔螺栓及O型密封圈，所述排水孔螺栓及O型密封圈用于密封排水孔密封。
[0009]進一步的，所述壓力傳感器與外套管之間設(shè)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(xiàn)場土壤水勢測量儀的使用方法，所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀包括底座、感應(yīng)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于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，并抽真空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(xiàn)場張力計安裝至所需位置。
[0012]進一步的，所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀還設(shè)有電纜及數(shù)據(jù)采集裝置看，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(shù)據(jù)采集裝置進行數(shù)據(jù)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]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的現(xiàn)場土壤水勢測量儀在無氣水中裝配，保證內(nèi)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(xiàn)場復(fù)雜的條件；設(shè)置排水孔，避免了安裝過程中產(chǎn)生的正壓對感應(yīng)部件的損壞；底座設(shè)置錐底，更有利于現(xiàn)場儀器的打設(shè)，并能保證與土體接觸良好；傳力臺階設(shè)計，避免了打設(shè)過程中的沖擊力對感應(yīng)部件的損壞；縮小了內(nèi)部腔體體積，縮短反映時間，并且適合不同深度的水勢測量；當外界有側(cè)壓力時，由于外套管的保護，壓力傳感器不受力，避免了側(cè)壓力的影響；當外界溫度變化，由于外套管的保護，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(fā)明的現(xiàn)場土壤水勢測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0017]請參閱圖1，本發(fā)明提供了一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀10，包括底座11、感應(yīng)套筒13、壓力傳感器15、外套筒17。底座11開設(shè)有腔體111，感應(yīng)套筒13套接于底座11，壓力傳感器15部分設(shè)置于底座11的腔體111中，外套筒17套接于壓力傳感器15與外套筒17外部?？梢岳斫獾氖牵緦嵤├械默F(xiàn)場土壤水勢測量儀10還設(shè)有電纜21及數(shù)據(jù)采集裝置23，電纜21連接于壓力傳感器15并其所感測到的數(shù)據(jù)傳送至壓數(shù)據(jù)采集裝置23，其結(jié)構(gòu)、功能及原理與現(xiàn)有技術(shù)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(shè)置于底座腔壁113底部的錐底115。錐底115為錐形，便于現(xiàn)場土壤水勢測量儀10的現(xiàn)場安裝或打設(shè)，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(nèi)部開設(shè)有腔體111，腔體111由底座11頂部開設(shè)，并沿底座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(xiàn)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(yōu)選方式，所述內(nèi)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(shè)有凹槽117，感應(yīng)套筒13套接于底座腔壁113并封蓋于該凹槽117外側(cè)。感應(yīng)套筒13感應(yīng)套筒13與凹槽117的槽底之間設(shè)有間隙，從而具有一定的水容量。感應(yīng)套筒13固定連接于底座11的底座腔壁113。在本實施例中，用于深層土體水勢測量的裝配式張力計還設(shè)有墊片31，墊片31粘結(jié)于外套筒17并設(shè)置于外套筒17與感應(yīng)套筒13之間。墊片31厚度為1-5_，作為優(yōu)選方式，所述墊片31厚度為2_。在本實施例中，感應(yīng)套筒13的外徑與錐底115的外徑一致，從而便于本發(fā)明的現(xiàn)場土壤水勢測量儀10深入深層土體。在本實施例中，感應(yīng)套筒13采用高進氣值的陶土板或微孔板制成，其上設(shè)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(yīng)套筒13通過環(huán)氧樹脂膠結(jié)與底座11的錐底115，環(huán)氧樹脂強度為2MPa。
[0020]底座11的凹槽117與腔體111之間還開設(shè)有連通凹槽117與腔體111的預(yù)制透水孔119。為了連通腔體111與感應(yīng)套筒13，所述的預(yù)制透水孔119直徑為2mm至10mm，作為優(yōu)選方式，所述的預(yù)制透水孔119直徑為2mm。
[0021]所述底座11的錐底115開設(shè)有排水孔1151，排水孔1151連通于底座11的腔體111。使用狀態(tài)下，排水孔1151朝向下方或斜下方設(shè)置。為了避免安裝過程中產(chǎn)生的正壓對壓力傳感器和感應(yīng)部件的損壞，排水孔1151的直徑為2mm至5mm，作為優(yōu)選方式，所述排水孔1151的直徑為2_?，F(xiàn)場土壤水勢測量儀10對應(yīng)排水孔1151還設(shè)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用于在需要時將排水孔1151密封。
[0022]壓力傳感器15緊密連接于腔體111上部，并與底座腔壁113緊密配合。壓力傳感器15與外套管之間設(shè)有0.5_至2_的間隙。作為優(yōu)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用于測量正壓和負壓，其負壓量程為-1OOkPa,正壓量程為lOO-lOOOkPa，作為優(yōu)選方式，正壓量程為lOOkPa。在本實施例中，底座腔壁113內(nèi)部設(shè)有腔壁臺階1133，壓力傳感器15的端面抵持于所述腔壁臺階1133。壓力傳感器15與腔壁臺階1133之間設(shè)有O型密封圈33。
[0023]外套筒17緊密套接于底座腔壁113上部。外套筒17內(nèi)側(cè)設(shè)有傳力臺階173，傳力臺階173用于避免縱向軸力傳遞到感應(yīng)套筒13上，造成感應(yīng)部件的損壞?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明的現(xiàn)場土壤水勢測量儀10可采用多個外套筒17相互拼接，從而獲得所需長度。每節(jié)外套管5長度為Im至4m，作為優(yōu)選方式，每節(jié)所述的外套管5長度為2m。
[0024]一種現(xiàn)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(xiàn)場張力計本體的底座11和壓力傳感器15置于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(xiàn)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，并抽真空2至3小時，從而使分離后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:采用靜力或動力裝置，將所述的現(xiàn)場張力計安裝至設(shè)計位置。當測量深度大于一節(jié)所述外套管長度時，可在安裝過程中拼接多節(jié)所述外套管，直至到達設(shè)計深度，
步驟六:連接壓力傳感器15電纜21至數(shù)據(jù)采集裝置23上，記錄數(shù)據(jù)；
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(fā)明的現(xiàn)場土壤水勢測量儀10在無氣水中裝配，保證內(nèi)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(xiàn)場復(fù)雜的條件；設(shè)置排水孔1151，避免了安裝過程中產(chǎn)生的正壓對感應(yīng)部件的損壞；底座11設(shè)置錐底115，更有利于現(xiàn)場儀器的打設(shè)，并能保證與土體接觸良好；傳力臺階173設(shè)計，避免了打設(shè)過程中的沖擊力對感應(yīng)部件的損壞；縮小了內(nèi)部腔體111體積，縮短反映時間，并且適合不同深度的水勢測量；當外界有側(cè)壓力時，由于外套管的保護，壓力傳感器15不受力，避免了側(cè)壓力的影響；當外界溫度變化，由于外套管的保護，溫度不會快速影響到壓力傳感器15。[0026]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于:包括底座、感應(yīng)套筒、外套筒、壓力傳感器、所述底座設(shè)有腔體及錐底，所述底座的錐底開設(shè)有排水孔，所述排水孔連通于腔體，所述壓力傳感器的一端伸入所述底座的腔體中并與所述底座緊密連接，所述外套筒套接于所述壓力傳感器與底座外側(cè)，所述底座外周圍繞所述腔體開設(shè)有凹槽，所述底座上還開設(shè)有預(yù)制透水孔，所述預(yù)制透水孔連通所述凹槽與腔體，所述感應(yīng)套筒套接于所述底座并封蓋于該凹槽外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于: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(shè)于所述底座腔壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于:所述預(yù)制透水孔直徑為2mm至 10mnin
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于:所述預(yù)制透水孔直徑為2mm ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于:所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀對應(yīng)排水孔還設(shè)有排水孔螺栓及O型密封圈，所述排水孔螺栓及O型密封圈用于密封排水孔密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于:所述壓力傳感器與外套管之間設(shè)有0.5mm至2mm的間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀現(xiàn)場土壤水勢測量儀，其特征在于:所述壓力傳感器與外套管之間的間隙為1.5mm。
8.一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀的使用方法，所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀包括底座、感應(yīng)套筒、外套筒、壓力傳感器及排水孔螺栓，其特征在于: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于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，并抽真空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(xiàn)場張力計安裝至所需位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀的使用方法，其特征在于:所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀還設(shè)有電纜及數(shù)據(jù)采集裝置看，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(shù)據(jù)采集裝置進行數(shù)據(jù)記錄。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述現(xiàn)場土壤水勢測量儀的使用方法，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】陳銳, 劉堅, 黃俊文, 王若宣 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院