一种负压水渗流野外测量装置的制作方法

本发明涉及水渗流速度及流量的计量技术领域，具体是一种负压水渗流野外测量装置，具体应用于土壤及岩层的渗流测量。

背景技术：

渗流是指流体在孔隙介质中的流动。由颗粒状或碎块材料组成，并含有许多孔隙或裂隙的物质称为孔隙介质。通常，在地表面以下的土壤或岩层中的渗流称为地下水运动，是自然界最常见的渗流现象。渗流在水利、地质、采矿、石油、环境保护、化工、生物、医疗等领域都有广泛的应用。

目前，国内渗流测量主要在实验室对采集的样本进行测量，样本采集时通常会对原始状况破坏，如测量某土层，采集样本通常会造成样本与原土层的紧实度、致密度不一致，进而影响测量准确度；在野外实验装置如对坝体渗流测量装置，应用领域有限，通常不便于携带，不能快速测定，不便于野外测量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种负压水渗流野外测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种负压水渗流野外测量装置，包括罐体和支架；所述支架上安装有控制柜和蓄电池，蓄电池用于供电，控制柜上设有plc控制器和触摸显示屏，罐体上设置有输气管路和输水管路，输水管路上设有精密流量计，输气管路和输水管路上均设有电磁阀，精密流量计和电磁阀均与plc控制器电性连接；

所述罐体由高强度不锈钢板经卷筒焊接而成，罐体的内径为600-800mm，罐体去除埋入土层部分的内高不小于500mm；

所述负压水渗流野外测量装置还包括用于控制罐体内液位和压力的控制机构；

所述控制机构包括液位控制组件和压力控制组件。

作为本发明进一步的方案：所述液位控制组件包括水泵、水箱、有机玻璃液位计和电子液位计；

所述水泵设置在输水管路上，水箱设置在支架上；

所述有机玻璃液位计安装在罐体的外部，电子液位计安装在罐体的内部，水泵和电子液位计均与plc控制器电性连接；可通过有机玻璃液位计人工观测液位，通过触摸显示屏设定罐体内的液位，经plc控制器控制水泵向罐体内注水，由罐体内的电子液位计测量液位并反馈至plc控制器，达到设定液位后，plc控制器控制水泵停止工作。

作为本发明再进一步的方案：所述压力控制组件包括真空泵和放气阀；

所述真空泵设置在输气管路上，放气阀安装在罐体上；

所述输气管路上还设有数显压力表，数显压力表和真空泵均与plc控制器电性连接；压力由触摸显示屏设定，压力高于设定压力时，经plc控制器控制真空泵抽气，数显压力表测量压力并反馈至plc控制器，达到设定压力，plc控制器控制真空泵停止工作，压力低于设定压力时，打开放气阀向罐体内放气。

作为本发明再进一步的方案：所述数显压力表的分辨率不小于1kpa，精度2.5级。

作为本发明再进一步的方案：所述蓄电池采用24v蓄电池，并经稳压后供电，电磁阀、水泵、真空泵、数显压力表和电子液位计均选用供电电源dc24v。

作为本发明再进一步的方案：所述水箱的容积不大于150l，便于野外取水不便时使用。

作为本发明再进一步的方案：所述罐体的底部周向设有锯齿，便于人工敲入土层，避免人工挖坑埋入后周边夯实影响测量准确性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该负压水渗流野外测量装置通过触摸显示屏设定压力，经plc控制器控制真空泵抽气，数显压力表测量压力并反馈至plc控制器，达到设定压力，plc控制器控制真空泵停止工作，使得该负压水渗流野外测量装置可在小于大气压力下，检测任意压力水平下的渗流速度；通过触摸显示屏设定罐体内的液位，经plc控制器控制水泵向罐体内注水，由罐体内的电子液位计测量液位并反馈至plc控制器，达到设定液位后，plc控制器控制水泵停止工作，可通过有机玻璃液位计人工观测液位，实现恒定液位状态下渗流速度的测量，该负压水渗流野外测量装置便于携带，可以直接在野外作业，避免实验室检测带来的误差，取样基本不破坏原始土层，可在小于大气压力下，检测该任意压力水平下的渗流速度或恒定液位状态下的渗流速度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的流程框图。

图3为本发明实施例的控制原理框图。

图中：1-土层、2-有机玻璃液位计、3-罐体、4-数显压力表、5-电磁阀、6-放气阀、7-精密流量计、8-水箱、9-电子液位计、10-水泵、11-真空泵、12-控制柜、13-支架、14-蓄电池。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种负压水渗流野外测量装置，包括罐体3和支架13；所述支架13上安装有控制柜12和蓄电池14，蓄电池14用于供电，控制柜12上设有plc控制器和触摸显示屏，罐体3上设置有输气管路和输水管路，输水管路上设有精密流量计7，输气管路和输水管路上均设有电磁阀5，精密流量计7和电磁阀5均与plc控制器电性连接；

所述罐体3由高强度不锈钢板经卷筒焊接而成，罐体3的内径为600-800mm，罐体3去除埋入土层1部分的内高不小于500mm；

所述负压水渗流野外测量装置还包括用于控制罐体3内液位和压力的控制机构；

所述控制机构包括液位控制组件和压力控制组件。

具体的，所述液位控制组件包括水泵10、水箱8、有机玻璃液位计2和电子液位计9；

所述水泵10设置在输水管路上，水箱8设置在支架13上；

所述有机玻璃液位计2安装在罐体3的外部，电子液位计9安装在罐体3的内部，水泵10和电子液位计9均与plc控制器电性连接；可通过有机玻璃液位计2人工观测液位，通过触摸显示屏设定罐体3内的液位，经plc控制器控制水泵10向罐体3内注水，由罐体3内的电子液位计9测量液位并反馈至plc控制器，达到设定液位后，plc控制器控制水泵10停止工作。

具体的，所述压力控制组件包括真空泵11和放气阀6；

所述真空泵11设置在输气管路上，放气阀6安装在罐体3上；

所述输气管路上还设有数显压力表4，数显压力表4和真空泵11均与plc控制器电性连接；压力由触摸显示屏设定，压力高于设定压力时，经plc控制器控制真空泵11抽气，数显压力表4测量压力并反馈至plc控制器，达到设定压力，plc控制器控制真空泵11停止工作，压力低于设定压力时，打开放气阀6向罐体3内放气。

进一步的，所述数显压力表4的分辨率不小于1kpa（相当于水头水泵100mm），具体选择压力范围大气压±16kpa，精度2.5级（测量范围2.5%误差，即0.8kpa）。

进一步的，精密流量计7的选型：流量：2-90l/h，内压：≤4mpa，精度：测量值±0.5%。

具体的，压力与液位优先级设定：由于土壤孔隙影响，罐体3内压力及水头之和总等于大气压。因此，压力及液位设定不能同时满足要求，可通过触摸显示屏设定，并由plc控制器控制优先级。

优选的，所述蓄电池14采用24v蓄电池，并经稳压后供电，电磁阀5、水泵10、真空泵11、数显压力表4和电子液位计9均选用供电电源dc24v。

按罐体3内的压力在负压状态下每分钟渗漏水泵10mm，实验30分钟估算水箱8的容积，所述水箱8的容积不大于150l，便于野外取水不便时使用。

考虑在负压（接近真空状态下），土壤渗流速度较慢，所以精密流量计7选用精密微孔流量计。

本发明实施例的工作原理是：人工将罐体3埋入土层1，通过触摸显示屏设定压力，罐体3内的压力高于设定压力时，经plc控制器控制真空泵11抽气，数显压力表4测量压力并反馈至plc控制器，达到设定压力，plc控制器控制真空泵11停止工作，压力低于设定压力时，打开放气阀6向罐体3内放气，使得该负压水渗流野外测量装置可在小于大气压力下，检测任意压力水平下的渗流速度；通过触摸显示屏设定罐体3内的液位，经plc控制器控制水泵10向罐体3内注水，由罐体3内的电子液位计9测量液位并反馈至plc控制器，达到设定液位后，plc控制器控制水泵10停止工作，可通过有机玻璃液位计2人工观测液位，实现恒定液位状态下渗流速度的测量。

实施例2

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种负压水渗流野外测量装置，与实施例1不同的是，所述罐体3的底部周向设有锯齿，便于人工敲入土层，避免人工挖坑埋入后周边夯实影响测量准确性。

本发明实施例的工作原理是：利用罐体3底部的锯齿，将罐体3敲入土层1，通过触摸显示屏设定压力，罐体3内的压力高于设定压力时，经plc控制器控制真空泵11抽气，数显压力表4测量压力并反馈至plc控制器，达到设定压力，plc控制器控制真空泵11停止工作，压力低于设定压力时，打开放气阀6向罐体3内放气，使得该负压水渗流野外测量装置可在小于大气压力下，检测任意压力水平下的渗流速度；通过触摸显示屏设定罐体3内的液位，经plc控制器控制水泵10向罐体3内注水，由罐体3内的电子液位计9测量液位并反馈至plc控制器，达到设定液位后，plc控制器控制水泵10停止工作，可通过有机玻璃液位计2人工观测液位，实现恒定液位状态下渗流速度的测量。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。