专利名称：包气带参数测定仪的制作方法
技术领域：
本发明属于地下水科学与工程技术领域，涉及一种地下水实验装置，尤其是涉及一种包气带参数测定仪。
背景技术：
在生态环境研究、环境污染以及农田供水中，包气带参数的测定十分重要，但现有技术中，其测定还存在两个问题一个是试样小(一般不超过IOOcm3)，所测结果缺乏代表性；另一个是很难测到含水率很小而负压值较大的数据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种包气带参数测定仪，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，操作方便，智能化程度高，能够测定的试样大，所测结果具备代表性，能够测到含水率很小而负压值较大的数据，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种包气带参数测定仪，其特征在于包括密闭设置且用于装入试样的试验柱以及布设在试验柱外壁上的多根测压管、多个含水率测量仪、多个温度传感器、多个负压传感器、多个WSS温度计和多个电热器，所述试验柱的底端设置有底座，所述试验柱与底座相连接的部位处内部设置有滤板，所述底座内部与试验柱内部通过滤板相连通，所述底座上设置有排水管和多根进水管。上述的包气带参数测定仪，其特征在于包括与多个负压传感器相接的负压变送器，与多个温度传感器和多个电热器均相接的温控仪，与含水率测量仪、负压变送器和温控仪均相接的多路巡检仪，以及与多路巡检仪相接的计算机。上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述试验柱包括圆柱状的试验筒和通过法兰盘密封连接在试验筒顶端的筒盖，所述试验筒的底端为半球面。上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述试验柱由耐高温玻璃钢材料制成， 所述试验柱的高为I. Im I. 3m,所述试验柱的直径为O. 5m O. 7m,所述试验柱的壁厚为 9mm Ilmm0上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述测压管为四根，四根所述测压管沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上。上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述含水率测量仪为FDR含水率测量仪， 所述FDR含水率测量仪的含水率测量范围为O. 01 O. 99，所述FDR含水率测量仪包括依次相接的介电传感器、检波器、信号放大电路模块、A/D转换电路模块、控制器模块、D/A转换电路模块、调频电源模块、压控振荡器和射极跟随器，以及与介电传感器、信号放大电路模块、控制器模块、D/A转换电路模块、调频电源模块和压控振荡器均相接的电源模块，所述射极跟随器与所述介电传感器相接。上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述含水率测量仪为三个，三个所述含水率测量仪沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上。上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述温度传感器的温度测量范围为 (TC 120。。。上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述负压传感器为三个，三个所述负压传感器沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上，所述负压传感器的负压测量范围为 O.02kPa IOOkPa0上述的包气带参数测定仪，其特征在于所述进水管为三根。本发明与现有技术相比具有以下优点I、本发明的结构简单，设计新颖合理，实现方便。2、本发明进行包气带中水分、温度与负压参数的测定，操作方便，通过多个试验仪器(包括含水率测量仪、温度传感器、负压传感器、WSS温度计、负压变送器、温控仪和多路巡检仪)的配合，能够实现含水率、负压、温度数据的记录和存储，智能化程度高。3、本发明试验柱的容积大，能够测定的试样大，所测结果具备代表性。4、本发明在试验柱外壁上设置了电热器，温控仪还能够根据温度传感器所检测到的温度数据对电热器的加热过程进行控制，试验柱由耐高温玻璃钢材料制成，能够承受 110°c高温，使得本发明能够测到含水率很小而负压值较大的数据。5、本发明的实用性强，能够准确测得包气带中水分、温度与负压参数，为解决与包气带有关的水资源开发利用和生态环境保护问题(如土壤沙化、盐溃化和地下水质恶化等问题)，预测渗流污染质的迁移规律奠定了基础，使用效果好，便于推广使用。综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，操作方便，智能化程度高， 能够测定的试样大，所测结果具备代表性，能够测到含水率很小而负压值较大的数据，实用性强，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图I为本发明的结构示意图。
图2为本发明FDR含水率测量仪的电路原理框图。
附图标记说明
1-1-试验筒；1_2_法兰盘； 1_3_筒盖；
2-测压管；3-含水率测量仪； 3-1-介电传感器；
3_2_检波器；3-3-信号放大电路模块；
3-4-A/D转换电路模块； 3-5-控制器模块；
3-6-D/A转换电路模块； 3-7-调频电源模块；
3-8-压控振荡器；3-9-射极跟随器； 3-10-电源模块；
4-温度传感器；5-负压传感器； 6-WSS温度计；
7-电热器；8-底座； 9-排水管；
10-进水管；11-负压变送器； 12-温控仪；
13-多路巡检仪；14-计算机。
具体实施例方式如图I所示，本发明包括密闭设置且用于装入试样的试验柱以及布设在试验柱外壁上的多根测压管2、多个含水率测量仪3、多个温度传感器4、多个负压传感器5、多个WSS 温度计6和多个电热器7，所述试验柱的底端设置有底座8，所述试验柱与底座8相连接的部位处内部设置有滤板，所述底座8内部与试验柱内部通过滤板相连通，所述底座8上设置有排水管9和多根进水管10。如图I所示，本发明还包括与多个负压传感器5相接的负压变送器11，与多个温度传感器4和多个电热器7均相接的温控仪12，与含水率测量仪3、负压变送器11和温控仪 12均相接的多路巡检仪13，以及与多路巡检仪13相接的计算机14。其中，多路巡检仪13 拥有20路数据采集端，能够自动记录并存储含水率、负压、温度数据；多路巡检仪13所记录的数据还能够读取到计算机14中进行记录、分析，供工作人员查看。温控仪12能够根据温度传感器4所检测到的温度数据对电热器7的加热过程进行控制，电热器可以提供不少于 2KW的热能。如图I所示，本实施例中，所述试验柱包括圆柱状的试验筒1-1和通过法兰盘1-2 密封连接在试验筒1-1顶端的筒盖1-3，所述试验筒1-1的底端为半球面，半球面的中心高为10cm。所述试验柱由耐高温玻璃钢材料制成，能够承受110°C高温；所述试验柱的高为
I.Im I. 3m,所述试验柱的直径为O. 5m O. 7m,所述试验柱的壁厚为9mm 11mm。优选地，所述试验柱的高为I. 2m，所述试验柱的直径为O. 618m，所述试验柱的壁厚为10mm。如图I所示，本实施例中，所述测压管2为四根，四根所述测压管2沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上。结合图2，本实施例中，所述含水率测量仪3为FDR含水率测量仪，所述FDR含水率测量仪的含水率测量范围为O. 01 O. 99，所述FDR含水率测量仪包括依次相接的介电传感器3-1、检波器3-2、信号放大电路模块3-3、A/D转换电路模块3_4、控制器模块3_5、D/A 转换电路模块3-6、调频电源模块3-7、压控振荡器3-8和射极跟随器3-9，以及与介电传感器3-1、信号放大电路模块3-3、控制器模块3-5、D/A转换电路模块3_6、调频电源模块3-7 和压控振荡器3-8均相接的电源模块3-10，所述射极跟随器3-9与所述介电传感器3-1相接。FDR(Frequency Domain Reflectometry)含水率测量仪,是基于包气带中水的介电常数远远大于包气带基质中其它材料的介电常数和空气的介电常数，因此土壤的介电常数主要依赖于土壤的含水量这一特点，根据电磁波在介质中传播频率来测量包气带的介电常数， 从而得到包气带的容积含水量。如图I所示，本实施例中，所述含水率测量仪3为三个，三个所述含水率测量仪3 沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上。所述温度传感器4的温度测量范围为 (TC 120°C。所述负压传感器5为三个，三个所述负压传感器5沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上，所述负压传感器5的负压测量范围为O. 02kPa lOOkPa。所述进水管10为三根。本发明能够用于对包气带中水分、温度与负压参数进行测定。进行测量试验前的准备工作I、确定试样的干容重；2、由于由耐高温玻璃钢材料制成的试验柱内壁光滑，为了减小边界效应，在试验柱内壁上用双面胶粘贴水砂布，使其内壁表面粗糙；3、在滤板上垫滤网，防止试样随水流散失；4、封堵试验柱外壁上的测压管2以及多个用于安装多个含水率测量仪3和多个负压传感器5的孔；5、在试验筒1-1中装填试样至试验筒1-1 口 ；将筒盖1-3通过法兰盘1_2密封连接在试验筒1_1顶端；6、在排水管9和多根进水管10处外接供(排)水水箱，将供(排)水水箱提高至试验柱顶端处，打开进水口，通过多根进水管10向试验柱中供水，使试样饱和，试样饱和后关闭进水口，饱和至少持续6个小时后，慢慢放下供(排)水水箱，将试样中的水通过排水管9排干，排水持续6个小时，这一过程要进行2 3次，以使试样充分密实；7、对所有实验仪器(包括含水率测量仪3、温度传感器4、负压传感器5、WSS温度计6、负压变送器11、温控仪12和多路巡检仪13)进行调试，标定。包气带参数测定试验方法与步骤(以脱水过程为例):I、采用专用工具在试验柱外壁上安装多个含水率测量仪3、多个温度传感器4、多个负压传感器5和多个WSS温度计6，并使得含水率测量仪3中的介电传感器3-1和负压传感器5伸入试验柱中；将负压变送器11与多个负压传感器5连接，将温控仪12与多个温度传感器4和多个电热器7连接；2、控制供(排)水水箱至适当位置，使试样饱和，并使负压变送器11读数为零，持续数小时，确认全部负压变送器11、含水率测量仪3的读数稳定后，将多路巡检仪13与含水率测量仪3、负压变送器11和温控仪12连接，通过多路巡检仪13记录并存储含水率、负压、温度数据；3、再次降低供(排)水水箱约20cm，重复步骤2的操作；4、当降低供(排)水水箱至最下端，在自然状态下已无水可排时，打开电热器7，温控仪12根据温度传感器4所检测到的温度数据对电热器7的加热过程进行控制，使试验柱中的试样受热均匀，温度先控制在35°C左右。加热一段时间，待温控仪12和负压变送器11 的读数都稳定后，再通过多路巡检仪13记录并存储含水率、负压、温度数据；5、当含水率还达不到残留含水率时，逐步提高加热温度(一次可增温10°C )，再重复步骤4，直至满足要求为止；整个试验数据量(含水率、负压、温度数据)不应小于50组。6、将多路巡检仪13与计算机14连接，多路巡检仪13所记录的数据还能够读取到计算机14中进行记录、分析，供工作人员查看。通过以上操作，能够测到含水率很小而负压值较大的数据。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种包气带参数测定仪，其特征在于包括密闭设置且用于装入试样的试验柱以及布设在试验柱外壁上的多根测压管(2)、多个含水率测量仪(3)、多个温度传感器(4)、多个负压传感器(5)、多个WSS温度计(6)和多个电热器(7)，所述试验柱的底端设置有底座 (8)，所述试验柱与底座(8)相连接的部位处内部设置有滤板，所述底座(8)内部与试验柱内部通过滤板相连通，所述底座(8)上设置有排水管(9)和多根进水管(10)。
2.按照权利要求I所述的包气带参数测定仪，其特征在于包括与多个负压传感器(5) 相接的负压变送器(11)，与多个温度传感器⑷和多个电热器(7)均相接的温控仪(12)， 与含水率测量仪⑶、负压变送器(11)和温控仪(12)均相接的多路巡检仪(13)，以及与多路巡检仪(13)相接的计算机(14)。
3.按照权利要求I或2所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述试验柱包括圆柱状的试验筒(1-1)和通过法兰盘(1-2)密封连接在试验筒(1-1)顶端的筒盖(1-3)，所述试验筒(1-1)的底端为半球面。
4.按照权利要求3所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述试验柱由耐高温玻璃钢材料制成，所述试验柱的高为I. Im I. 3m,所述试验柱的直径为O. 5m O. 7m,所述试验柱的壁厚为9mm 11mm。
5.按照权利要求3所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述测压管(2)为四根，四根所述测压管(2)沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上。
6.按照权利要求3所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述含水率测量仪(3)为 FDR含水率测量仪，所述FDR含水率测量仪的含水率测量范围为O. 01 O. 99，所述FDR含水率测量仪包括依次相接的介电传感器(3-1)、检波器(3-2)、信号放大电路模块(3-3)、A/D 转换电路模块(3-4)、控制器模块(3-5)、D/A转换电路模块(3-6)、调频电源模块(3_7)、压控振荡器(3-8)和射极跟随器(3-9)，以及与介电传感器(3-1)、信号放大电路模块(3-3)、 控制器模块(3-5)、D/A转换电路模块(3-6)、调频电源模块(3-7)和压控振荡器(3_8)均相接的电源模块(3-10)，所述射极跟随器(3-9)与所述介电传感器(3-1)相接。
7.按照权利要求6所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述含水率测量仪(3)为三个，三个所述含水率测量仪(3)沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上。
8.按照权利要求3所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述温度传感器(4)的温度测量范围为0°C 120°C。
9.按照权利要求3所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述负压传感器(5)为三个，三个所述负压传感器(5)沿一条直线从上到下均匀布设在所述试验柱外壁上，所述负压传感器(5)的负压测量范围为O. 02kPa lOOkPa。
10.按照权利要求3所述的包气带参数测定仪，其特征在于所述进水管(10)为三根。
全文摘要
本发明公开了一种包气带参数测定仪，包括密闭设置且用于装入试样的试验柱以及布设在试验柱外壁上的多根测压管、多个含水率测量仪、多个温度传感器、多个负压传感器、多个WSS温度计和多个电热器，所述试验柱的底端设置有底座，所述试验柱与底座相连接的部位处内部设置有滤板，所述底座内部与试验柱内部通过滤板相连通，所述底座上设置有排水管和多根进水管。本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，操作方便，智能化程度高，能够测定的试样大，所测结果具备代表性，能够测到含水率很小而负压值较大的数据，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
文档编号G01D21/02GK102589619SQ20121004437
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月26日 优先权日2012年2月26日
发明者徐敏, 李俊亭, 王才川, 王文科, 赵贵章 申请人:长安大学