专利名称：一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统及测量方法
技术领域：
本发明涉及土壤物理技术领域，具体地讲是一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统及测量方法。
背景技术：
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导气率是土壤重要的特性参数之一，是土壤重要的特征指标，导气率状况在土壤结构及结构稳定性研究中非常重要，并且土壤导气率与土壤饱和导水率、土壤呼吸、植被根系生长等因素之间存在密切的关系。从供气情况看，测量土壤导气率的方法可分为两大类，一类为稳态气流测量方法，一类为瞬态气流测量方法；从测量边界条件看，测量土壤导气率的方法可分为一维测量方法和三维测量方式，一维主要用于室内的测量，三维可用于原位的导气率测量。从测量装置与土体的接触情况来分，测量土壤导气率的方法可分为两大类，一类为侵入式测量法，一类为非侵入式测量法。侵入式测量法对土壤的扰动性较大，测量结果有时不准确，而非侵入式测量方法对土壤几乎没有扰动，测量结果更加准确可靠。目前非侵入式测量主要在稳态气流条件下进行，为了维持稳定的气体压力与流量需要消耗更多的电能，并且需要对气体流量和压力两项指标进行观测，同时控制绝对稳定的压力与流量很难实现，一般会有一定的波动，只能说是达到了准稳态，从而对土壤导气率的测量结果产生一定的影响。目前尚未出现瞬态流条件下非侵入式测量系统与方法的报道。发明内容:
本发明的目的是克服已有技术的不足，而提供一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统。本发明的另一目的是提供一种非侵入式土壤导气率瞬态测量方法。本发明主要解决了现有的稳态气流条件下进行的非侵入式测量稳态气流控制较难影响测量结果的问题。本发明的技术方案是:一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统，其特殊之处在于，包括:
测筒，放置在土壤表面，并用来提供一定的气体存储空间；
供气源，用来向测筒提供气体；
气压测量计，用来测量测筒内的气体压力；
所述测筒上端用橡皮塞密封，两根连接管分别经橡皮塞和测筒内部连通，并且外部分别和气压测量计及供气源相连接，与供气源相连接的连接管上设置一阀门，用以关闭或打开连接管的通气状态；测筒下端开通不封闭。进一步，所述测筒为一内径为d材质为硬塑料或者金属的圆筒，材质强度应确保在试验过程中筒体不变形，测筒与土壤表面接触的下端被外径为D的环型挡片所包围，测筒与环型挡片结合紧密不透气，并且二者处于同一水平面上。采用上述测量系统进行土壤导气率瞬态的测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤:
a将测筒放置到待测的土壤表面，在挡片下表面涂抹石蜡或者凡士林，防止挡片与地面之间漏气；
b利用供气源向测筒供气，当气压测量计测定的测筒内压力到达预定值P(O)时停止供气，并关闭阀门；
c停止供气同时开始计时，并观测气压测量计所测测筒压力的变化，按照先疏后密的原则记录测筒压力p(t)变化过程对应的累积时间t，当测筒内的压力接近大气压时，停止观测；
d以时间t为因变量，测筒的相对压力(测筒压力减去大气压力即P(t)-Patm)的自然对数值In (P(t)-Patm)为自变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测土壤的空气传导特征参数K;
e将得到的空气传导特征参数S代入公式
权利要求
1.一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统，其特征在于，包括测筒(I),所述测筒(I)上端用橡皮塞(2)密封，两根连接管(4)分别经橡皮塞(2)和测筒(I)内部连通，并且外部分别和气压测量计(5)及供气源(3)相连接，与供气源(3)相连接的连接管(4)上设置一阀门(6);测筒(I)下端开通与待测土壤相接触。
2.根据权利要求1所述的一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统，其特征在于，所述测筒(I)为一内径为d材质为硬塑料或者金属的圆筒，测筒(I)与土壤表面接触的下端被外径为D的环型挡片(7 )所包围，测筒(I)与环型挡片(7 )结合紧密不透气，并且二者处于同一水平面上。
3.用权利要求1或2所述的测量系统进行非侵入式土壤导气率瞬态测量的方法，其特征在于，包括以下步骤: a将测筒放置到待测的土壤表面，在挡片下表面涂抹石蜡或者凡士林，防止挡片与地面之间漏气； b利用供气源向测筒供气，当气压测量计测定的测筒内压力到达预定值P(O)时停止供气，并关闭阀门； C停止供气同时开始计 时 ，并观测气压测量计所测测筒压力P (t)的变化，按照先疏后密的原则记录测筒压力p(t)变化过程对应的时间t，当测筒内的压力P(t)接近大气压时，停止观测； d以时间t为因变量，测筒的相对压力(测筒压力减去大气压力即P(t)-Patm)的自然对数值In (P(t)-Patm)为自变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测土壤的空气传导特征参数K; e将得到的空气传导特征参数S代入公式
4.根据权利要求3所述的一种非侵入式土壤导气率瞬态测量方法，其特征在于，所述预定值P (O)的相对压力为IiTlOOcm水柱的静压力，即0.981kPa 9.81kPa。
5.根据权利要求3所述的一种非侵入式土壤导气率瞬态测量方法，其特征在于，步骤c所述当测筒内的压力P (t)接近大气压时，停止观测，停止观测时测筒内的相对压力为2cm水柱的静压力，即0.196kPa。
全文摘要
本发明公开了一种非侵入式土壤导气率瞬态测量系统及测量方法，其特点是测量系统由测筒(1)、供气源(3)和气压测量计(5)连接而成；利用本发明的测量系统和测量方法可测算出土壤的导气率，本发明在导气率测量过程中避免了对土壤的扰动，测量结果更加准确，并且简化了土壤导气率的测量过程，节省了测量时间和成本。本发明不仅在技术上能够实现，而且设备价格大大降低，易于推广应用。
文档编号G01N7/00GK103091199SQ20131002619
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者张振华, 杨润亚, 赵丽丽, 潘英华 申请人:张振华