土壤气体渗透性测试仪的制作方法
【专利摘要】本发明属于土壤检测领域，公开了一种土壤气体渗透性测试仪，包括：气渗控制器，用于提供压力、流量可控的气源；固结控制器，用于提供压力可控的动力源；气体渗透测试器，分别与气渗控制器和固结控制器连接，用于测试土壤的气体渗透性。本发明通过在固定座上设置检测件，实时检测固定座相对初始位置的偏移量，即发生变形的量，并将测量值反馈至气渗控制器；当偏移量超过设定值时，说明试样未固定好，停止气渗实验，避免采集到错误的数据，确保测量数据的正确性；通过与电脑软件连接，实现自动操作和远程控制，实时处理采集到的数据，便于操作人员及时了解设备的运行情况；本发明可以测量恒流或恒压的气体通过时，土壤的气体渗透性。
【专利说明】
土壤气体渗透性测试仪
技术领域
[0001]本发明涉及土壤检测技术领域，特别涉及土壤气体渗透性测试仪。
【背景技术】
[0002]土壤导气率是指单位时间单位面积上土壤透过的气体数量。土壤导气率的测定通常是依据土壤空气对流通量方程获得，即在研究土体一端施加一定的气压，然后测定通过土体的空气数量，就可计算土壤空气渗透量，进而得到土壤导气率。
[0003]测量导气率通常的方法是测量通过不饱和的岩石、土壤或其他材料的土壤样品的稳定空气流。虽然这个方法的数据分析方法简单，但为了保持和测量稳定空气流的实验系统是相当复杂和昂贵的。
[0004]申请号为201320235944.8的中国专利，公开了一种土壤渗气系数测试装置，包括加载系统、样品系统和测试系统，样品系统包括土工三轴试验装置，土工三轴试验粧柱上设有用于放置土壤试样的三轴底座，用于对土壤试样施加围压的围压装置，用于向土壤试样内通入气体的进气管和用于渗过土壤试样后的气体流出并于大气相通的排气管；加载系统包括用于控制土工三轴试验装置输出围压大小的围压控制器和用于控制进气管通入土壤试样内的气体气压的气压控制器；测试系统包括设置在排气管上的双量程流量计。
[0005]该实用新型是将土壤样品放置于该实验装置后进行气体压力和流量测试，再进行土壤渗气系数计算。没有实现对土壤渗透系数的实时测试，测试结果无法实时显示，当压力过大导致实验设备损坏时，也无法显示，导致测量结果出错，无法保证实验数据的准确性。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明要解决的技术问题是:为解决现有技术检测土壤透气性时，当压力过大导致实验设备损坏时，无显示或预警，不能保证测量结果的正确性的问题。
[0008]( 二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种土壤气体渗透性测试仪，包括:气渗控制器，用于提供压力、流量可控的气源；固结控制器，用于提供压力可控的动力源；气体渗透测试器，分别与气渗控制器和固结控制器连接，用于测试土壤的气体渗透性；所述气体渗透测试器包括:固定台、上盖帽、试样容器、活动块和底座，固定台与底座连接，上盖帽与固定台连接；试样容器的容器口与上盖帽相对设置，活动块的一端与试样容器的底部连接，活动块的另一端与底座滑动连接；试样容器用于盛放待测试样，试样容器通过设置在其底部的渗透气入口与气渗控制器连通，渗透气入口与试样容器的内部连通；底座通过固结动力接口与固结控制器连通，固结控制器提供的动力带动源带动活动块与试样容器沿靠近或远离上盖帽的方向滑动；上盖帽设置在固定座的一侧，固定座的另一侧设有检测件，检测件用于检测固定座相对初始位置的偏移量的，检测件将测量值反馈至气渗控制器。
[0010]其中，所述气渗控制器包括:气压缸和气压控制单元，气压控制单元与气压缸的驱动电机连接，气压控制单元通过传感器与气压缸连接，气压缸的气体出口通过管道与渗透气入口连通。
[0011]其中，所述固结控制器包括:压力控制单元和驱动单元，压力控制单元通过传感器与驱动单元连接，压力控制单元与驱动单元的驱动电机连接。
[0012]其中，所述驱动单元为气压缸或液压缸，驱动单元的气体出口或液压出口与固结动力接口连通。
[0013]其中，待测试样放在所述试样容器内，待测试样的顶部和底部均铺设有气体渗透材料层。
[0014]其中，所述固定台与底座间的相对位置可调节或固定设置。
[0015]其中，所述上盖帽与固定座的相对位置可调节或固定设置。
[0016]其中，还包括电脑主机，电脑主机与气渗控制器、固结控制器以及气体渗透测试器连接，电脑主机用于控制气渗动作和固结动作，对检测到的数据进行实时记录和处理，获得气渗压力、土壤渗透量和固结压力，实现自动化处理和远程控制。
[0017]其中，所述底座上设有气渗切换阀和固结切换阀，气渗切换阀用于切换气渗控制器的工作状态，固结切换阀用于切换固结控制器的工作状态。
[0018](三)有益效果
[0019]上述技术方案具有如下优点:本发明土壤气体渗透性测试仪，通过在固定座上设置检测件，实时检测固定座相对初始位置的偏移量，即发生变形的量，并将测量值反馈至气渗控制器；当偏移量超过设定值时，说明样品未固定好，停止气渗实验，避免采集到错误的数据，确保测量数据的正确性；本发明可以测量恒流或恒压的气体通过时，土壤的气体渗透性。
【附图说明】
[0020]图1是本发明土壤气体渗透性测试仪的结构示意图；
[0021]图2是本发明所述气体渗透测试器的结构示意图。
[0022]其中，1、气渗控制器；2、固结控制器；3、气体渗透测试器；41、气压控制单元；42、压力控制单元；5、液压出口 ；6、固结动力接口 ；7、气体出口 ；8、渗透气入口 ；9、试样容器；
10、气体渗透材料层；11、上盖帽；12、螺栓；13、检测件；14、固结切换阀；15、液压缸；16、气渗切换阀；17、气压缸。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0024]如图1和2所示，本发明一种土壤气体渗透性测试仪，其包括:
[0025]气渗控制器1，包括气压缸17和气压控制单元41，气压控制单元41与气压缸17的驱动电机连接，气压控制单元41通过传感器与气压缸17连接，气压缸17的气体出口 7通过管道与渗透气入口 8连通；气渗控制器I为气渗实验提供压力、流量可控的气源；
[0026]固结控制器2，包括压力控制单元42和驱动单元，压力控制单元42通过传感器与驱动单元连接，压力控制单元42与驱动单元的驱动电机连接。所述驱动单元为气压缸17或液压缸15，驱动单元的气体出口 7或液压出口 5与固结动力接口 6连通；固结控制器2为固结实验提供压力可控的液压源或气压源；
[0027]气体渗透测试器3，分别与气渗控制器I和固结控制器2连接，用于测试土壤的气体渗透性；气体渗透测试器3包括:固定台、上盖帽11、试样容器9、活动块和底座，固定台与底座连接，上盖帽11与固定台连接；试样容器9的容器口与上盖帽11相对设置，活动块的一端与试样容器9的底部连接，活动块的另一端与底座滑动连接；
[0028]试样容器9用于盛放待测试样，待测试样放在所述试样容器9内，待测试样的顶部和底部均铺设有气体渗透材料层10 ;试样容器9通过设置在其底部的渗透气入口 8与气体出口 7连通，渗透气入口 8与试样容器9的内部连通；气渗控制器I的气压缸17提供的气体进入试样容器9后，依次经过气体渗透材料层10、待测试样、气体渗透材料层10，然后排出。通过检测气渗控制器I的气压缸17提供气体的流量和压力，可以获得气渗压力和土壤渗透量。
[0029]气体渗透材料层10优选透气石，透气石既能固定试样土壤，又不会阻碍气流通过。
[0030]底座通过固结动力接口 6与固结控制器2连通，固结控制器2提供的气压源或液压源通过固结动力接口 6流入底座内，推动活动块与试样容器9沿靠近或远离上盖帽11的方向滑动；其中，底座内均匀设有多个与固结动力接口 6连通的气孔，保证活动块受力均匀。
[0031]上盖帽11设置在固定座的一侧，固定座的另一侧设有检测件13，检测件13用于检测固定座相对初始位置的偏移量的，检测件13将测量值反馈至气渗控制器I ;检测件13可以是千分尺等比较精确的测量工具。
[0032]优选的，所述固定台与底座间的相对位置可调节或固定设置；如图2所示，可以在底座上连接若干根导杆，将固定座连接在若干根导杆上，固定座在导杆上的位置可调节，以满足不同的测试需求。
[0033]进一步的，所述上盖帽11与固定座的相对位置可调节或固定设置；如图2所示，将一根螺栓12与固定座连接，螺栓12 —端与上盖帽11连接，另一端外露在固定座的另一侧，方便调节上盖帽11相对固定座的距离，同时将千分尺的测量端顶在螺杆端部或固定座上。
[0034]另外，本发明还包括电脑主机，电脑主机分别与气渗控制器1、固结控制器2以及气体渗透测试器3无线连接，电脑主机的位置不受限制；通过电脑主机控制气渗动作和固结动作，并实时检测数据，对数据进行处理，获得气渗压力、土壤渗透量和固结压力，在实验过程中即可实时观察测量结果。
[0035]优选的，所述底座上设有气渗切换阀16和固结切换阀14，气渗切换阀16用于切换气渗控制器I的工作状态；气渗切换阀16包括:渗透、关闭和补气三个状态，通过切换气压缸17补气管路、供气管路的通断状态，实现切换；渗透状态时，供气管路导通，供气管路切断；关闭状态时两管道均关闭；补气状态时，补气管路导通，为气压缸17补充气体，供气管路切断。固结切换阀14用于切换固结控制器2的工作状态，包括:固结、关闭和补气三种状态，其工作原理与气渗切换阀16相似。
[0036]本发明土壤气体渗透性测试仪的工作原理如下:
[0037]实验时，固结根据试验需要，可进行固结也可不固结直接渗透。固结压力一般根据土样的取土深度以恢复土的自重应力为宜，可尽量真实反映土的真实渗透性能，也可按25KPa、50KPa、lOOKPa、200KPa、400KPa......等依次施加，研究土在不同压力下的渗透性能。
[0038]进行新的土样进行试验前，需先将土样基本参数填入电脑，如取土深度(可不填)、高度、面积等。比如:高度为40或80mm，面积为30cm2。
[0039]在试样容器9的底部铺设一层气体渗透材料，然后将待测试样放入试样容器9，再在待测试样的顶部铺设第二层气体渗透材料，然后调整上盖帽11或试样容器9的位置，使待测试样被固定；将千分尺的测量端顶在固定座上，千分尺归零。然后确定是否需要固结，若无需固结，直接启动气渗控制器1，设定好气压控制器的供气压力和流量，开始气渗；若需要进行固结，开启固结控制器2，为压力控制单元42设定好固结压力，固结控制器2开始提供相应压力的液压源或气压源，并通过固结动力接口 6通入底座内，推动活动块在底座内向靠近上盖帽11的方向移动，进而带动试样容器9向上盖帽11方向靠近，待测试样被压缩，实现固结。固结结束后开始气渗，气渗结束后再继续加压固结，再次气渗，直至测试结束，关闭气渗控制器1，并对固结控制器2的气压缸17或液压缸15泄压，取出试样，结束固结动作。在实验过程中，电脑主机实时检测气渗控制器I提供的气源压力和气体流量、固结控制器2提供的气压源或液压源的压力、以及千分尺测得的轴向变形量，实现测量气渗压力、气渗流量以及固结压力的目的，电脑主机将结果实时显示，方便随时观察。
[0040]气渗过程中，当气压控制单元41检测到固定座的偏移量超出设定值时，说明试样未固定好，需要重新固定；本次记录的实验数据无效，在电脑端操作，放弃本次试验，并删除记录下的参数，避免将无效的数据统计进来。
[0041]在气渗或固结过程中，若检测到气渗压力或固结压力达不到实验需要的压力值时，说明气压缸17或液压缸15气体不足，需要补气；将气渗切换阀16或固结切换阀14打到补气状态，开始补气；补气结束后，将切换阀切换至工作位(渗透或固结)，继续加压。补气操作可手动操作，也可以通过电脑端进行操作。测试结束后，将切换阀打到关闭状态，切断供气管路与补气管路，然后分别关闭气渗控制器I和固结控制器2，结束实验。
[0042]另外，本发明的气渗控制器I可以实现固定流量供气或者固定压力供气，可根据实验需要进行选择。
[0043]气渗或固结的参数设定、启停等均可通过设定在各自的控制单元上的操作面板实现，同时也可以通过电脑主机端实现，自动化程度高，方便操作。
[0044]渗透压力或流速大小的设定可根据经验，一般粉土砂土渗透系数较大，可用较大流速或较小的压力进行试验；而粘土渗透系数较小，需要用较小的流速或较大的压力进行试验。需要注意的是，渗透压力不得大于固结压力。
[0045]最后，需要指出的是，本发明所述土壤气体渗透性测试仪的气渗控制器1、固结控制器2以及气体渗透测试器3均通过有线或无线的方式与电脑连接，可以通过安装在电脑上的配套软件进行实时检测、操作和计算；可以在电脑端操作软件实现远程自动控制，可以调节参数，控制某一操作的开始或暂停或结束，并能将实时采集到的实验参数记录下来，并将需要的计算结果实时显示，方便操作人员了解实验设备的运行情况；所有操作均可在电脑端进行，相应设备自动执行，大大提高了气渗实验操作的自动化水平，减少人为干预，提高了实验效率，实验数据准确无误。
[0046]通过本发明，可以实现如下目的:
[0047](I)通过软件操作系统，对土壤渗透性进行自动实时测试，测试范围可达10 1?10 12m/ s ο
[0048](2)实现对土壤样品渗气系数的实时采集处理，数据采集速率最快达到0.1秒/次，并配备数据采集处理软件，同步确定土壤气体渗透系数。
[0049](3)能够对测试土壤施加载荷，模拟上层土壤对深层土壤重力影响下的土壤气体渗透性。
[0050](4)可以对测试土样在定压力或定流量工况下的气体渗透性进行测试。
[0051](5)检测件13的设置，可以随时观察固定台的轴向偏移量，即固定台相对实验开始前的初始位置的偏移量，确保试验数据的有效性和正确性。
[0052](6)实验操作可通过手动实现，也可通过电脑主机上的软件自动进行，自动化程度高，操作便捷。
[0053]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，包括: 气渗控制器(I)，用于提供压力、流量可控的气源； 固结控制器(2)，用于提供压力可控的动力源； 气体渗透测试器(3)，分别与气渗控制器⑴和固结控制器(2)连接，用于测试土壤的气体渗透性； 所述气体渗透测试器(3)包括:固定台、上盖帽(11)、试样容器(9)、活动块和底座，固定台与底座连接，上盖帽(11)与固定台连接；试样容器(9)的容器口与上盖帽(11)相对设置，活动块的一端与试样容器(9)的底部连接，活动块的另一端与底座滑动连接； 试样容器(9)用于盛放待测试样，试样容器(9)通过设置在其底部的渗透气入口(8)与气渗控制器(I)连通，渗透气入口(8)与试样容器(9)的内部连通；底座通过固结动力接口(6)与固结控制器(2)连通，固结控制器(2)提供的动力带动源带动活动块与试样容器(9)沿靠近或远离上盖帽(11)的方向滑动； 上盖帽(11)设置在固定座的一侧，固定座的另一侧设有检测件(13)，检测件(13)用于检测固定座相对初始位置的偏移量的，检测件(13)将测量值反馈至气渗控制器(I)。2.如权利要求1所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，所述气渗控制器(I)包括:气压缸(17)和气压控制单元(41)，气压控制单元(41)与气压缸(17)的驱动电机连接，气压控制单元(41)通过传感器与气压缸(17)连接，气压缸(17)的气体出口(7)通过管道与渗透气入口(8)连通。3.如权利要求1所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，所述固结控制器⑵包括:压力控制单元(42)和驱动单元，压力控制单元(42)通过传感器与驱动单元连接，压力控制单元(42)与驱动单元的驱动电机连接。4.如权利要求3所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，所述驱动单元为气压缸(17)或液压缸(15)，驱动单元的气体出口(7)或液压出口(5)与固结动力接口(6)连通。5.如权利要求1所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，待测试样放在所述试样容器(9)内，待测试样的顶部和底部均铺设有气体渗透材料层(10)。6.如权利要求1所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，所述固定台与底座间的相对位置可调节或固定设置。7.如权利要求1或6所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，所述上盖帽(11)与固定座的相对位置可调节或固定设置。8.如权利要求1所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，还包括电脑主机，电脑主机与气渗控制器(I)、固结控制器(2)以及气体渗透测试器(3)连接，电脑主机用于控制气渗动作和固结动作，对检测到的数据进行实时记录和处理，获得气渗压力、土壤渗透量和固结压力，实现自动化处理和远程控制。9.如权利要求1所述的土壤气体渗透性测试仪，其特征在于，所述底座上设有气渗切换阀(16)和固结切换阀(14)，气渗切换阀(16)用于切换气渗控制器(I)的工作状态，固结切换阀(14)用于切换固结控制器(2)的工作状态。
【文档编号】G01N15/08GK105842137SQ201510020769
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】王海见, 杨苏才, 魏文侠, 李培中, 杨熙章, 姬振中
【申请人】轻工业环境保护研究所, 上海浚亨仪器有限公司