一种使蒸渗仪水位自动平衡传感和控制的系统的制作方法

本发明涉及地下水位自动控制装置，具体涉及一种使蒸渗仪水位自动平衡传感和控制的系统，更具体地，涉及一种适用于地下水水位较浅且变化较快的地区，且基于连通器原理保证蒸渗仪与大田地下水位同步变化的蒸渗仪水位自动平衡传感和控制系统。

背景技术：

在地下水位较浅的地区，地下水补给是作物需水量的重要组成，某些情况下可达15％～95％；灌溉条件下，深层渗漏量亦可达需水量10％左右甚至更高。由于大田地下水补给量和深层渗漏量测定困难，采用有底蒸渗仪是农田需(耗)水规律研究的常用方法。地下水位会影响作物根系层土壤中水(盐)和根系的分布，进而影响作物生长和需水规律，因此需尽量保持蒸渗仪与大田地下水位相同以保证试验精度。尽管国内在蒸渗仪研究和使用方面已达到国际先进甚至领先水平，但在如何实现蒸渗仪地下水位(以下称内水位)与大田地下水位(以下称为外水位)的同步变化方面研究不足。郁进元等研制了一套恒定内水位的自动装置；Julia设计了一种无底的蒸渗仪，借助埋在底部的集水带收集并测定排水量，但上述技术未能解决内外水位的同步问题。国内刘士平最早设计出沿竖直导轨上下移动马氏瓶以保持内外水位相平的方法，但仍需人工观察水位和操作，工作量大且设备复杂，投资亦高。

目前利用蒸渗仪进行研究时，多用特定时段设置固定内水位的方法，技术也已经成熟，但这与南方地区因降雨和排水而导致地下水位频繁变化的实际并不相符。采用水位传感器对内外水位进行测量和比较，并通过微机自动控制，技术上可行，但建设和维护成本高，国内实际应用不多。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种适用于地下水水位较浅且变化较快的地区，由供排水装置及其电磁阀和量测装置组成的，能较好实现蒸渗仪地下水位与大田同步变化，并可测定地下水补给量和深层渗漏量的系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种使蒸渗仪水位自动平衡传感和控制的系统，其特征在于：包括装有液态汞的U型管、连通液态汞与电磁继电器的可调螺杆与可调触点、设置于U型管底部的固定触点、控制阀、供水装置、排水装置；所述U型管在管底处开设一个向上的开口；所述固定触点设于U形管管底处的开口内，并通过电线与电磁继电器连接；所述U型管在其两侧竖向管壁中间位置各开设一个向外的开口，所述供水及量测装置通过导管与U型管两侧开口相连；所述供水装置通过流量控制阀、电磁阀与埋设于大田内的进排水管相连；所述电磁继电器输入端采用3V电压；U型管、蒸渗仪、供水及量测装置顺序连接；所述的蒸渗仪内设有水位观测井。

所述U形管中汞液液面低于两侧竖向管壁中间位置开设的向外的开口，以防止重金属汞进入蒸渗仪中；所述可调螺杆位于U型管顶部开口处，并通钢丝与可调触点连通。

所述可调螺杆通过钢丝与常闭电磁继电器连通；所述常闭电磁继电器与控制供排水的电力系统连接，其输入电压为3V，输出电压为24V。

所述可调触点的安装位置高于汞液面，所述控制阀用于控制D管水位即内水位。

所述的供水及量测装置、排水及量测装置与埋设于大田内的进排水管相连；蒸渗仪通过连接管连接埋设于大田内的进排水管。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

在地下水水位较浅且变化较快的地区，及时测量地下水水位变化，并根据其变化自动采取供排水措施，为植物根系层提供适量水分，保证其正常生长，预防渍害及干旱。另外，本装置的工作原理全程自动化，减免人工操作，有利于广泛推广。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2是水位感应和控制装置示意图；

图3是水位监测装置示意图；

图4是供排水与量测装置示意图；

图中：1.玻璃U型管、2.液态汞、3.固定触点、4.可调触点、5.可调螺杆、6.3V常闭电磁继电器、7.控制阀、8.蒸渗仪、9.水位观测井、10.连接管、11.排水及量测装置、12.电磁阀、13.流量控制阀、14.供水及量测装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

U型管一侧与大田的地下水位观测井相连，另一侧与水量恒定的D管相连，当D管内水位与水位观测井中水位相同时，U型管汞柱两边相平，此汞柱上平面设为基准面。

将可调触点4(为可调铜触点)调整到基准面以上一定高度。由于水的电阻较大，由可调触点控制的3V常闭电磁继电器6无法达到工作电压而处于关闭状态(选用常闭型)，此时进、排水电磁阀电路被断开，电磁阀处于关闭状态。

当外水位高于内水位时(如暴雨后大田水位上升)，与外水位观测井连接的U型管A端的水压大于与内水位观测井连接的B端，B端水位不变而汞面升高，直至两端压力相等。U形管为等截面管，则A端汞面下降的高度等于B端汞柱上升的高度。室温下水和汞的质量密度分别为1.0g/cm³和13.6g/cm³。A端为图1的U型管右侧，B端为图1的U型管左侧。当内外水位差为ΔH(cm)时，则有：

2S+ΔH＝27.2S (1)

式中：S—A端U型管汞柱下降高度或B端汞柱上升高度(相对于基准面)，cm。显然有：

S＝ΔH/25.2 (2)

若将B端可调触点下端置于基准面以上S处，则当内外水位差大于或等于25.2S时，B端汞柱触及可调触点，电磁继电器启动，接通供水电磁阀电路，供水装置开始向蒸渗仪补水。随着内水位升高，B端汞面逐渐下降直至与触点脱离，电磁继电器关闭进水阀，补水结束。

同理，当内水位超过外水位时，A端汞柱上升。当升高到一定数值时，触及可调触点，电磁继电器打开蒸渗仪的排水阀，内水位下降，A端汞柱亦逐渐下降直至脱离可调触点，排水停止。

通过调整可调触点下端距离基准面的距离，可以改变内外水位差的允许值。

本系统亦可作为蒸渗仪恒定水位器使用。断开U型管A端与外水位观测井的连接，并注水使两端汞柱齐平，当前水位即为控制水位。为防止A端管内水分蒸发，可滴入少许植物油形成表层保护膜。

该模式下，也可将蒸渗仪的排水管出口高程设为设计控制水位，同时取消排水阀。当蒸渗仪地下水位高于设计地下水位时，直接通过排水口溢流排除。

本发明依据连通器水位平衡原理，利用液态汞密度大且导电性强的特性，设计了一种简单实用的蒸渗仪地下水位自平衡感应与控制系统，可在内外水位差超过设定值时启闭供、排水装置，以保持内外水位实时相平。

所述玻璃U型管1在正常U型管的基础上在其管底处增开一向上开口，并在其两侧竖向管壁中间位置各开一向外开口，固定触点3(为导电触点)设于U形管底处的开口内，并通过1mm钢丝与电磁继电器正极连接，两侧管壁开口用于连接内外水位观测井，通过U型管原理将其水位变化反应到水位感应及控制装置中。

所述U形管中汞液液面低于两侧开口位置，以防止一侧的液态汞2由于另一侧水位的变化而进入水位监测装置中，所述可调螺杆5位于U型管两常规顶部开口处，并通过电线与可调触点连通，所述可调触点的安装高于汞液面，以保证未工作状态下电路处于断开模式。

所述可调螺杆通过钢丝与3V常闭电磁继电器6连通，使用3V电压是保证水在低电压下不被电解，所述电磁继电器与控制供排水的电力系统连接，该电力系统电压为24V，所述控制阀7(其可以为蝶阀)用于控制U型管内水位受观测井内水的补给，所述供水及量测装置14通过流量控制阀13、电磁阀12与埋设于大田内的进排水管相连。

U型管、蒸渗仪8、供水装置顺序连接；所述的蒸渗仪内设有水位观测井9。所述的供水及量测装置14、排水及量测装置11与埋设于大田内的进排水管相连；蒸渗仪通过连接管10连接埋设于大田内的进排水管。

本发明将供排水管道埋设在地下沙壤土层中，其目的是为了保证补给至地下的水量造成的地下水位变化能够较灵敏的反应给供排水量测装置，及时调整供排水的流量。

系统包括三个部分：(1)水位感应和控制装置：由U型管、固定触点、液态汞、可调铜触点及导线、控制蝶阀、可调螺杆、3V常闭电磁继电器组成；(2)水位监测装置：由蒸渗仪、水位观测井、连接管组成；(3)供排水与量测装置：由供水及量测装置、流量控制阀、电磁阀、排水及量测装置组成。水位监测装置通过连通管将水位的变化情况传递给水位感应和控制装置，在水位感应和控制装置中将水位变化转变为电信号通过可调铜触点及导线传递至供排水与量测装置。该系统结构简单，造价低廉，易于维护和管理，可较好实现蒸渗仪地下水位与大田同步变化。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。