一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置及其供水方法与流程

本发明涉及灌溉技术领域，尤其是涉及一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置及其供水方法。

背景技术：

作为新型的节水高效灌溉技术，滴灌和膜孔灌等灌水技术在我国推广应用面积越来越大。滴灌和膜孔灌实质上是点源局部灌溉方式，因此点源入渗试验是考察滴灌和膜孔灌水分运动机理的主要内容之一。随着水肥一体化的发展，学者们对水肥点源入渗机理研究越来越多。目前，马氏瓶结合土槽是点源入渗试验的经典装置，而实际应用中也会根据需要对马氏瓶进行改进。

中国专利申请号201320181127.9公开了一种基于马氏瓶的点源入渗湿润锋测试装置。它是在马氏瓶的基础上，连接一外接装置，外接装置由支架、透明水瓶、连接管、带阀门的细软管等组成，试验时，通过观察透明水瓶中水位变化，可对滴头滴水过程进行监控，提高试验精度。中国专利申请号

200810056662.5公开了一种土壤入渗性能的测量方法，本发明通过将水流以点源入流方式输出到土壤，并根据水流流量和对应时间的土壤湿润半径，获取对应时间的土壤入渗率，满足了试验过程中充分供水的条件，而且保证了土壤的原状性，从而能够简单、精确地测量土壤入渗性能。但是这些点源入渗试验装置尚有一些不足，尤其是针对滴灌压差施肥或自压灌溉施肥的点源入渗试验研究方面，由于此种情况下肥料溶液浓度会不断衰减，马氏瓶作为点源入渗的供水装置已不能实现这种溶液浓度的变化，使得滴灌压差施肥或自压灌溉施肥的点源入渗土槽试验难以进行，因此，需要开发一种能实现溶液浓度变化的点源入渗供水装置，为滴灌（膜孔灌）等的压差施肥或自压施肥点源入渗试验研究提供帮助。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置，该供水装置能够满足浓度变化的供水要求，实现供水溶液浓度的递增或递减，有助于滴灌压差施肥或自压施肥点源入渗试验的进行，该装置结构稳定、简单，成本低。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置，包括PLC控制器和通过导管依次连通的马氏瓶、搅拌槽、恒压槽以及土槽，所述马氏瓶的出水端高于所述搅拌槽进水端，所述搅拌槽出水端和恒压槽进水端处于同一水平，所述恒压槽出水端高于所述土槽进水端，所述每段导管上设置阀门，所述马氏瓶底部设置升降架，所述搅拌槽内设置搅拌装置，所述升降架和搅拌装置与所述PLC控制器电连接。

进一步的，所述阀门为电磁阀，所述电磁阀与PLC控制器电连接。

进一步的，连通所述恒压槽和土槽的导管的出水端设置针头，所述针头设置在所述土槽内。

进一步的，所述升降架包括升降台和支撑所述升降台的电动液压杆，所述电动液压杆与所述PLC控制器电连接。

进一步的，所述恒压槽出水端设置电导率传感器，所述电导率传感器与所述PLC控制器电连接。

进一步的，所述搅拌装置包括支撑架、固定在所述支撑架顶端的电机以及与所述电机连接的搅拌器，所述电机与所述PLC控制器电连接。

进一步的，所述搅拌器包括搅拌轴以及连接在所述搅拌轴底端的多个叶片。

进一步的，所述搅拌器包括搅拌轴和从下到上依次固定在所述搅拌轴上的多个叶片和稳流板，所述叶片顶端固定梭形桨叶，所述稳流板内部设置多个通孔，稳流板下表面设置多个竖直桨叶。

一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置的供水方法，包括以下步骤：

（1）在马氏瓶内装水或溶液，搅拌槽内装溶液，然后通过PLC控制器控制搅拌装置开启；

（2）通过PLC控制器控制阀门开启，马氏瓶内的水或溶液进入搅拌槽后，经搅拌装置搅拌均匀后的溶液进入恒压槽，最终进入土槽。

本发明的有益效果是：

1、本发明公开的能实现浓度变化的点源入渗供水装置，能够满足浓度变化的供水要求，实现供水溶液浓度的递增或递减，且可通过PLC控制器对供水溶液浓度变化进行调节；该装置结构简单，成本低，而且供水流速稳定，还能实现自动监控，有助于滴灌压差施肥或自压施肥点源入渗试验的准确进行。

2、本发明公开的能实现浓度变化的点源入渗供水装置，包括马氏瓶、搅拌槽、恒压槽、土槽和PLC控制器，马氏瓶、搅拌槽、恒压槽和土槽之间均通过导管连通，而连通恒压槽和土槽的导管的出水端设置针头，最终供水溶液通过针头进入土槽中，流速稳定且容易控制，而每段导管上均设置阀门，具有截流作用，阀门可以是止水夹、闸阀、节水阀或者是电磁阀。

3、马氏瓶的出水端高于搅拌槽进水端，搅拌槽出水端和恒压槽进水端处于同一水平，恒压槽出水端高于土槽进水端，这种设计可以确保整个装置中的溶液自动从马氏瓶进入搅拌槽，进而进入恒压槽，并最终进入土槽，而不需要抽水装置，结构很简单，成本低。另外马氏瓶底部设置升降架，升降架包括升降台和支撑升降台的电动液压杆，通过调节电动液压杆来调节升降架的高度，从而调节马氏瓶与搅拌槽之间的高度差，进而调节马氏瓶内的溶液进入搅拌槽的流速，并最终调节进入土槽的溶液即供水溶液的浓度变化，简单实用。

4、搅拌槽内设置搅拌装置，将从马氏瓶进入的溶液与搅拌槽内的溶液搅拌均匀，其中搅拌装置包括支撑架、固定在支撑架顶端的电机以及与电机连接的搅拌器，而搅拌器包括搅拌轴以及连接在搅拌轴底端的多个叶片，其中叶片没有倾斜度，搅拌过程中主要以径向流动为主，液面波动小。

另外，搅拌器还可以采用另一种结构，包括搅拌轴和从下到上依次固定在所述搅拌轴上的叶片和稳流板，其中叶片顶端固定梭形桨叶，有助于搅拌更均匀，而且梭形桨叶阻力小，液面波动比较小；设置稳流板可以减少叶片搅拌时产生的漩涡以及液面波动，而稳流板内部设置的多个通孔可减少搅拌过程中产生的气泡量，稳流板下表面设置的多个竖直桨叶更有助于搅拌均匀。该搅拌器搅拌均匀全面，而且液面波动小，能够使搅拌槽流出的溶液流速保持稳定。

另外恒压槽出水端的导管上还设置有电导率传感器，电导率传感器与PLC控制器电连接，因此电导率传感器可以将进入土槽的溶液也就是本发明装置提供的供水溶液的电导率数据反馈给PLC控制器，PLC控制器根据电导率传感器的数据得出供水溶液浓度变化曲线，可以根据实际需要，通过PLC控制器控制调节电动液压杆，从而调节马氏瓶与搅拌槽之间的高度差，进而对供水溶液的浓度变化进行调节，自动化调节，简单方便。

5、从搅拌槽流出的溶液由于搅拌装置的作用，流速不稳定，而恒压槽则起到稳定流速的作用，可以确保向土槽内提供均匀稳定的溶液，有助于提高整个装置的稳定性和准确性。另外本发明中搅拌装置和电磁阀均与PLC控制器电连接，可以通过PLC控制器控制搅拌装置和电磁阀的开启或关闭，实现自动化控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例2原理框图；

图4为本发明实施例4的结构示意图。

图中：1-马氏瓶，2-搅拌槽，3-恒压槽，4-土槽，5-导管，6-PLC控制器，7-阀门，8-升降架，9-升降台，10-电动液压杆，11-电导率传感器，12-支撑架，13-电机，14-针头，15-搅拌轴，16-叶片，17-稳流板，18-梭形桨叶，19-通孔，20-竖直桨叶，21-工作台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1所示，一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置，包括PLC控制器6和通过导管5依次连通的马氏瓶1、搅拌槽2、恒压槽3以及土槽4，其中马氏瓶1为搅拌槽2提供恒压水，马氏瓶1底部设置升降架8，升降架8包括升降台9和支撑升降台9的电动液压杆10，搅拌槽2、恒压槽3和PLC控制器6放置在工作台21上，其中搅拌槽2和恒压槽3均为敞口槽。马氏瓶1的出水端高于搅拌槽2进水端，搅拌槽2出水端和恒压槽3进水端处于同一水平，恒压槽3出水端高于土槽4进水端，这种设置可以确保溶液从马氏瓶1再依次经搅拌槽2和恒压槽3自动进入土槽4中，整个过程不需要抽水装置，成本低，容易实现。连接恒压槽3和土槽4的导管5的出水端设置针头14，针头14设置在土槽4内，设置针头可以确保溶液流动稳定可靠。而导管5上设置阀门7，本实施例中的阀门7为电磁阀；搅拌槽2内设置搅拌装置，搅拌装置包括支撑架12、固定在支撑架12顶端的电机13以及与电机13连接的搅拌器，搅拌器包括与电机13连接的搅拌轴15以及连接在搅拌轴15底端的多个叶片16，本实施例中的叶片16没有倾斜角度，为竖直设置，搅拌过程中溶液流动以径向流动为主，液面波动小。

其中电动液压杆10、阀门7以及搅拌装置中的电机13均与PLC控制器6电连接，可以实现整个装置的自动化控制。

一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置的供水方法，包括以下步骤：

（1）土槽4内放置试验用土，马氏瓶1内放置水，为后续装置提供恒压水，搅拌槽2内放置一定浓度的溶液，然后通过PLC控制器6控制电机13开启搅拌装置；

（2）PLC控制器6发出指令开启阀门7，马氏瓶1内的水通过导管5进入搅拌槽2，在叶片16的作用下从马氏瓶1中进入的水与搅拌槽2中的溶液混合均匀，混合均匀的溶液通过导管5进入恒压槽3，在恒压槽3的缓冲作用下，流速稳定的溶液经导管5以及针头14进入土槽中，为土槽提供浓度递减的溶液。

实施例2

实施例2与实施例1的能实现浓度变化的点源入渗供水装置结构基本相同，不同之处在于：如图2和图3所示，在恒压槽3出水端的导管5上设置电导率传感器11，其中电导率传感器11与PLC控制器6电连接，因此可以通过电导率传感器11随时监测本发明供水装置提供的供水溶液的电导率并反馈给PLC控制器6，进而得到供水溶液的浓度变化曲线，可根据实际需要，通过PLC控制器控制电动液压杆10的升降，以调节马氏瓶1与搅拌槽2之间的高度差，从而调节马氏瓶1进入搅拌槽2中的水的流速，进而调节供水溶液的浓度变化。

实施例3

实施例3与实施例2结构基本相同，不同之处在：本实施例提供浓度递增的溶液，具体如下：

一种能实现浓度变化的点源入渗供水装置的供水方法，包括以下步骤：

（1）土槽4内放置试验用土，马氏瓶1内放置一定溶度的溶液，为后续装置提供恒压溶液，搅拌槽2内放置一定浓度的溶液，然后通过PLC控制器6控制电机13开启搅拌装置；

（2）PLC控制器6发出指令开启阀门7，马氏瓶1内的溶液通过导管5进入搅拌槽2，在叶片16的作用下与从马氏瓶1中进入的溶液与搅拌槽2的溶液混合均匀，混合均匀的溶液通过导管5进入恒压槽3，在恒压槽3的缓冲作用下，流速稳定的溶液经导管5以及针头14进入土槽中，为土槽4提供浓度递增的溶液。

实施例4

实施例4与实施例3的结构基本相同，不同之处在于：如图4所示，搅拌器包括搅拌轴15以及从下到上依次固定在搅拌轴15上的叶片16和稳流板17，叶片16顶端固定梭形桨叶18，稳流板17内部设置多个通孔19，稳流板17下表面设置多个竖直桨叶20。

其中设置稳流板17的目的是为了减少搅拌过程中液面波动；叶片16顶端固定梭形桨叶18，梭形桨叶18可以减少叶片16搅拌过程中的阻力，有助于混合均匀的同时能减少波动；稳流板17内部设置多个通孔19，可以减少搅拌过程中产生的气泡数量，稳流板17下表面设置多个竖直桨叶20，更有助于混合均匀，本实施例的搅拌器搅拌全面均匀，而且液面波动小，有助于确保搅拌槽稳定以及从搅拌槽2中流出的溶液流速稳定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。