一种现场土壤水势测量仪及其使用方法
【专利摘要】本发明提供一种现场土壤水势测量仪，包括底座、感应套筒、外套筒、压力传感器、所述底座设有腔体及锥底，所述底座的锥底开设有排水孔，所述排水孔连通于腔体，所述压力传感器的一端伸入底座的腔体中并与所述底座紧密连接，所述外套筒套接于所述压力传感器与底座外侧，底座外周围绕所述腔体开设有凹槽，所述底座上还开设有预制透水孔，所述预制透水孔连通所述凹槽与腔体，所述感应套筒套接于所述底座并封盖于该凹槽外侧。本发明的现场土壤水势测量仪在无气水中装配，保证内部腔体无气泡，而且饱和步骤简单，饱和效果好，不易汽化；底座设置锥底，更有利于现场仪器的打设，并能保证与土体接触良好。本发明还公开一种现场土壤水势测量仪使用方法。
【专利说明】一种现场土壤水势测量仪及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种现场土壤水势测量仪及其使用方法。
【背景技术】
[0002]土中的水势不仅能反映土体的干湿情况，还能有效地反映植物吸水的难易程度。而且，土壤水势作为有别于应力的另一变量应用在土壤力学等学科。因此，土壤水势的测量是至关重要的，尤其现场的土壤水势测量数据更为宝贵。
[0003]现有技术中，通常采用土壤张力计用于测量土中水势(孔压)，其广泛应用于农业、林业以及岩土工程等。然而，传统张力计饱和过程复杂，易汽化，受温度和土体侧压力影响大，安装时产生的正压会导致感应部件损坏，并且只能测量表层土体水势，不适合现场使用。而且由于现场的条件复杂，测量位置较深，使用受到限制，安装打设过程中水势感应易损坏，而且无抽真空饱和过程，这造成了饱和效果差，测量反映时间和精度不佳，尤其不适合深层吸力测量，只适合室内试验使用，而且埋深过程无法保证与土体紧密接触。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种现场土壤水势测量仪，包括底座、感应套筒、外套筒、压力传感器、所述底座设有腔体及锥底，所述底座的锥底开设有排水孔，所述排水孔连通于腔体，所述压力传感器的一端伸入所述底座的腔体中并与所述底座紧密连接，所述外套筒套接于所述压力传感器与底座外侧，所述底座外周围绕所述腔体开设有凹槽，所述底座上还开设有预制透水孔，所述预制透水孔连通所述凹槽与腔体，所述感应套筒套接于所述底座并封盖于该凹槽外侧。
[0005]进一步的，所述底座包括围合形成所述腔体的底座腔壁及锥底，所述凹槽开设于所述底座腔壁。
[0006]进一步的，所述预制透水孔直径为2mm至10mm。
[0007]进一步的，所述预制透水孔直径为2mm。
[0008]进一步的，所述现场土壤水势测量仪对应排水孔还设有排水孔螺栓及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]进一步的，所述压力传感器与外套管之间设有0.5mm至2mm的间隙。
[0010]进一步的，所述压力传感器与外套管之间的间隙为1.5mm。
[0011]一种现场土壤水势测量仪的使用方法，所述现场土壤水势测量仪包括底座、感应套筒、外套筒、压力传感器及排水孔螺栓，所述使用方法包括以下步骤:
步骤一:拧开排水孔螺栓，将底座和压力传感器置于封闭的真空饱和缸中；加无气水至真空饱和缸中，使真空饱和缸中的无气水浸没底座和压力传感器；密封真空饱和缸，并抽真空2至3小时；
步骤二:在无气水中将压力传感器安装至所述底座的腔体上方；
步骤三:在无气水中将排水孔螺栓缓慢拧入底座的排水孔，密封排水孔； 步骤四:取出装有压力传感器的底座，在其上部安装外套筒；
步骤五:将所述的现场张力计安装至所需位置。
[0012]进一步的，所述现场土壤水势测量仪还设有电缆及数据采集装置看，所述使用方法还包括以下步骤:步骤六:通过电缆将压力传感器连接至数据采集装置进行数据记录。
[0013]进一步的，所述使用方法还包括以下步骤:在无气水中安装O型密封圈。
[0014]相较于现有技术，本发明的现场土壤水势测量仪在无气水中装配，保证内部腔体无气泡，而且饱和步骤简单，饱和效果好，不易汽化，适合现场复杂的条件；设置排水孔，避免了安装过程中产生的正压对感应部件的损坏；底座设置锥底，更有利于现场仪器的打设，并能保证与土体接触良好；传力台阶设计，避免了打设过程中的冲击力对感应部件的损坏；缩小了内部腔体体积，缩短反映时间，并且适合不同深度的水势测量；当外界有侧压力时，由于外套管的保护，压力传感器不受力，避免了侧压力的影响；当外界温度变化，由于外套管的保护，温度不会快速影响到压力传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的现场土壤水势测量仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0017]请参阅图1，本发明提供了一种现场土壤水势测量仪10，包括底座11、感应套筒13、压力传感器15、外套筒17。底座11开设有腔体111，感应套筒13套接于底座11，压力传感器15部分设置于底座11的腔体111中，外套筒17套接于压力传感器15与外套筒17外部。可以理解的是，本实施例中的现场土壤水势测量仪10还设有电缆21及数据采集装置23，电缆21连接于压力传感器15并其所感测到的数据传送至压数据采集装置23，其结构、功能及原理与现有技术一致，在此不再赘述。
[0018]在本实施例中，底座11大体为锥底柱状，其包括围合形成腔体111的底座腔壁113及设置于底座腔壁113底部的锥底115。锥底115为锥形，便于现场土壤水势测量仪10的现场安装或打设，尤其适合深层水势测量。在本实施例中，底座腔壁113围合为柱状，其内部开设有腔体111，腔体111由底座11顶部开设，并沿底座11轴向朝向底座11的锥底115延伸，腔体111朝向锥底115 —端封闭。在本实施例中，为了提高现场土壤水势测量仪的精度，所述腔体111直径为5mm至IOmm,能够容纳受力水体的体积为0.5mL至10mL。作为优选方式，所述内部腔体111直径为6mm，能够容纳受力水体体积为5mL。
[0019]底座腔壁113的外周面开设有凹槽117，感应套筒13套接于底座腔壁113并封盖于该凹槽117外侧。感应套筒13感应套筒13与凹槽117的槽底之间设有间隙，从而具有一定的水容量。感应套筒13固定连接于底座11的底座腔壁113。在本实施例中，用于深层土体水势测量的装配式张力计还设有垫片31，垫片31粘结于外套筒17并设置于外套筒17与感应套筒13之间。垫片31厚度为1-5_，作为优选方式，所述垫片31厚度为2_。在本实施例中，感应套筒13的外径与锥底115的外径一致，从而便于本发明的现场土壤水势测量仪10深入深层土体。在本实施例中，感应套筒13采用高进气值的陶土板或微孔板制成，其上设有微孔，形成毛细效果，所述微孔的最大孔径为0.001mm，进气值为lOOkPa。在本实施例中，感应套筒13通过环氧树脂胶结与底座11的锥底115，环氧树脂强度为2MPa。
[0020]底座11的凹槽117与腔体111之间还开设有连通凹槽117与腔体111的预制透水孔119。为了连通腔体111与感应套筒13，所述的预制透水孔119直径为2mm至10mm，作为优选方式，所述的预制透水孔119直径为2mm。
[0021]所述底座11的锥底115开设有排水孔1151，排水孔1151连通于底座11的腔体111。使用状态下，排水孔1151朝向下方或斜下方设置。为了避免安装过程中产生的正压对压力传感器和感应部件的损坏，排水孔1151的直径为2mm至5mm，作为优选方式，所述排水孔1151的直径为2_。现场土壤水势测量仪10对应排水孔1151还设有排水孔螺栓31及O型密封圈33，所述排水孔螺栓31及O型密封圈33用于在需要时将排水孔1151密封。
[0022]压力传感器15紧密连接于腔体111上部，并与底座腔壁113紧密配合。压力传感器15与外套管之间设有0.5_至2_的间隙。作为优选方式，压力传感器15与外套管之间的间隙为1.5mm。所述的压力传感器15用于测量正压和负压，其负压量程为-1OOkPa,正压量程为lOO-lOOOkPa，作为优选方式，正压量程为lOOkPa。在本实施例中，底座腔壁113内部设有腔壁台阶1133，压力传感器15的端面抵持于所述腔壁台阶1133。压力传感器15与腔壁台阶1133之间设有O型密封圈33。
[0023]外套筒17紧密套接于底座腔壁113上部。外套筒17内侧设有传力台阶173，传力台阶173用于避免纵向轴力传递到感应套筒13上，造成感应部件的损坏。可以理解的是，本发明的现场土壤水势测量仪10可采用多个外套筒17相互拼接，从而获得所需长度。每节外套管5长度为Im至4m，作为优选方式，每节所述的外套管5长度为2m。
[0024]一种现场土壤水势测量仪10的使用方法，包括如下步骤:
步骤一:拧开排水孔螺栓31，将现场张力计本体的底座11和压力传感器15置于封闭的真空饱和缸中；加无气水至真空饱和缸中，使真空饱和缸中的无气水浸没现底座11和压力传感器15 ;盖上真空饱和缸的盖子，密封真空饱和缸，并抽真空2至3小时，从而使分离后饱和使饱和效果更好；
步骤二:在无气水中将压力传感器15安装至所述底座11的腔体111上方；
步骤三:在无气水中将排水孔螺栓31缓慢拧入底座11的排水孔1151，密封排水孔1151 ；
步骤四:取出装有压力传感器15的底座11，在其顶部安装外套筒17 ；
步骤五:采用静力或动力装置，将所述的现场张力计安装至设计位置。当测量深度大于一节所述外套管长度时，可在安装过程中拼接多节所述外套管，直至到达设计深度，
步骤六:连接压力传感器15电缆21至数据采集装置23上，记录数据；
所述使用方法还包括以下步骤:在无气水中安装O型密封圈33。
[0025]本发明的现场土壤水势测量仪10在无气水中装配，保证内部腔体111无气泡，而且饱和步骤简单，饱和效果好，不易汽化，适合现场复杂的条件；设置排水孔1151，避免了安装过程中产生的正压对感应部件的损坏；底座11设置锥底115，更有利于现场仪器的打设，并能保证与土体接触良好；传力台阶173设计，避免了打设过程中的冲击力对感应部件的损坏；缩小了内部腔体111体积，缩短反映时间，并且适合不同深度的水势测量；当外界有侧压力时，由于外套管的保护，压力传感器15不受力，避免了侧压力的影响；当外界温度变化，由于外套管的保护，温度不会快速影响到压力传感器15。[0026]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种现场土壤水势测量仪，其特征在于:包括底座、感应套筒、外套筒、压力传感器、所述底座设有腔体及锥底，所述底座的锥底开设有排水孔，所述排水孔连通于腔体，所述压力传感器的一端伸入所述底座的腔体中并与所述底座紧密连接，所述外套筒套接于所述压力传感器与底座外侧，所述底座外周围绕所述腔体开设有凹槽，所述底座上还开设有预制透水孔，所述预制透水孔连通所述凹槽与腔体，所述感应套筒套接于所述底座并封盖于该凹槽外侧。
2.根据权利要求1所述现场土壤水势测量仪，其特征在于:所述底座包括围合形成所述腔体的底座腔壁及锥底，所述凹槽开设于所述底座腔壁。
3.根据权利要求1所述现场土壤水势测量仪，其特征在于:所述预制透水孔直径为2mm至 10mnin
4.根据权利要求3所述现场土壤水势测量仪，其特征在于:所述预制透水孔直径为2mm ο
5.根据权利要求1所述现场土壤水势测量仪，其特征在于:所述现场土壤水势测量仪对应排水孔还设有排水孔螺栓及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.根据权利要求1所述现场土壤水势测量仪，其特征在于:所述压力传感器与外套管之间设有0.5mm至2mm的间隙。
7.根据权利要求6所述现场土壤水势测量仪现场土壤水势测量仪，其特征在于:所述压力传感器与外套管之间的间隙为1.5mm。
8.一种现场土壤水势测量仪的使用方法，所述现场土壤水势测量仪包括底座、感应套筒、外套筒、压力传感器及排水孔螺栓，其特征在于:所述使用方法包括以下步骤: 步骤一:拧开排水孔螺栓，将底座和压力传感器置于封闭的真空饱和缸中；加无气水至真空饱和缸中，使真空饱和缸中的无气水浸没底座和压力传感器；密封真空饱和缸，并抽真空2至3小时； 步骤二:在无气水中将压力传感器安装至所述底座的腔体上方； 步骤三:在无气水中将排水孔螺栓缓慢拧入底座的排水孔，密封排水孔； 步骤四:取出装有压力传感器的底座，在其上部安装外套筒； 步骤五:将所述的现场张力计安装至所需位置。
9.根据权利要求8所述现场土壤水势测量仪的使用方法，其特征在于:所述现场土壤水势测量仪还设有电缆及数据采集装置看，所述使用方法还包括以下步骤:步骤六:通过电缆将压力传感器连接至数据采集装置进行数据记录。
10.根据权利要求8所述现场土壤水势测量仪的使用方法，其特征在于:所述使用方法还包括以下步骤:在无气水中安装O型密封圈。
【文档编号】G01N33/24GK103792336SQ201410021728
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】陈锐, 刘坚, 黄俊文, 王若宣 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院