本发明涉及土壤水层研究领域，尤其涉及一种毛细水负压快速测定仪及其工作方法。
背景技术：
地下水是赋存在岩石空隙中的，在岩石空隙中水的存在形式包括：结合水﹑重力水﹑毛细水﹑气态水﹑固态水。毛细水是包气带中水分的一种存在形式，对毛细水的研究，是包气带水的分布与运动研究的一个重要组成部分。毛细水上升高度是水在疏松岩石孔隙中，因毛管力的作用，以一定的速度上升，直至达到毛管水上升的最大高度。因地下水的入渗和蒸发有时是通过毛细水带来传递水分的。因此，测定毛细水的上升高度，对研究地下水的蒸发消耗，土壤盐渍化改良有着重要的意义。
如中国专利201210183001.5一种量测多孔介质毛细水上升高度与速率的试验装置，其特征是该装置包括水箱，下水管，下水管开关，三通接头，三通开关，测压管，溢水管，溢水管开关，毛细管，下透水石，粗砂，上透水石，排气管开关，排气管，取土孔塞，试样，试样筒，塑料管，补水管，补水管开关。
上述专利一般针对的是砂、砂土、粉土的毛细水上升高度与速率等参数的测量，但是对于黏土性质的土壤，由于黏土的致密性大于沙土、粉土的致密性，采用该装置在测量时，一般的水负压测试没有采用真空泵的方式，导致黏土毛细水负压较低，水流对黏土的渗透效率低，渗透效果不理想，测试效率慢，浪费了大量的测试时间，且测试的误差大。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种毛细水负压快速测定仪及其工作方法，能够准确快速的测量各种试样的毛细水上升高度，特别是在黏性土试样的测定中，能准确快速的获得毛细水的负压值并加快水流在试样中的渗透速度。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种毛细水负压快速测定仪及其工作方法，其创新点在于：包括供水罐、试样筒、储水罐、真空泵、可控抽真空泵和plc控制器；
所述供水罐的两端分别设置有气孔和液孔，在供水罐的气孔旁侧设置有加水口；所述供水罐的气孔通过管道连接有抽真空阀a和放气阀，抽真空阀a上串联有真空泵，抽真空阀a和放气阀并联；所述供水罐的液孔通过管道与储水罐的侧壁串联，供水罐的液孔与储水罐之间相连的管道上设置有抽真空阀b且在供水罐的液孔与抽真空阀b之间的管道上并联有放水阀a；
所述试样筒的中间开有容纳试样的容纳腔，试样筒位于储水罐的上方，试样筒顶端设有试样筒端盖，试样筒端盖上设有密封圈，试样筒的底端通过快速接头与储水罐顶端相连；所述储水罐的顶端开有与试样筒底端相连的接口，储水罐的侧壁上分别开有与抽真空阀b相连的通孔a以及与可控抽真空泵相连的通孔b；储水罐的底端开有通孔c，所述通孔c通过管道连接有一放水阀b；
所述可控抽真空泵与plc控制器相连，可控抽真空泵的一端通过管道与储水罐侧壁的通孔b相连。
进一步的，所述可控抽真空泵与储水罐相连的管道并联有负压传感器，负压传感器与plc控制器相连。
进一步的，所述可控抽真空泵的抽气量由plc控制器控制，可控抽真空泵的抽气流量为0.1-10ml/min。
进一步的，所述负压传感器测量可控抽真空泵的负压值与plc控制器相连，实时记录测量数据。
进一步的，所述真空泵、放气阀、抽真空阀a、抽真空阀b、放水阀a、放水阀b和可控抽真空泵；可手动控制或由plc控制器控制，实现毛细水负压测定仪的自动化。
该毛细水负压快速测定仪的工作方法如下：
（1）打开试样筒上的端盖，先将试样筒底部放上一层孔径小于试样颗粒的铜丝网将试样装入试样筒中，直径50mm，高70mm-80mm，装样时分层并捣实；将试样简内壁涂上凡士林，并将试样切成与试样筒直径相同，高70mm-80mm的土柱装入试样筒中；盖上试样筒的端盖，使试样筒与储水罐相连；
（2）打开供水罐的加水口端盖，注水至供水罐2/3高度后盖上端盖；
（3）打开电源开关，用plc控制器将可控抽真空泵复位；
（4）打开抽真空阀a、抽真空阀b和真空泵，开始抽真空；
（5）抽真空1-2小时后结束，关闭抽真空阀a及真空泵；打开放气阀，使供水罐中的水流入试样筒中，使试样饱和后放置17小时；
（6）关闭抽真空阀b，打开试样筒端盖，用plc控制器调节可控抽真空泵流量3～6ml/min，打开可控抽真空泵，并通过负压传感器记录数据；
（7）当负压值不再上升的时候，最终记录负压值；
（8）重复上述步骤，测定负压值，取其算术平均值；若两次试验结果相差太大，应重复实验；
（9）实验结束后，拿出试样筒，打开放水阀a和放水阀b放空。
本发明的优点在于：
1）通过plc控制器控制可控真空泵，根据试样筒中的试样性质来确定真空泵的抽气流量，加快水流在试样中渗透速度，确保测量时测得试样的最大负压值，测量速率更快。
2）负压传感器通过plc控制器能够实时记录负压值的大小，能够监测到试样在毛细水上升高度测量中任何时段的负压值，确保负压值测量的准确性。
3）毛细水负压快速测定仪中的所有阀门可采用手动控制或者plc控制器控制，该装置在能够实现全自动化快速测量毛细水的负压值；采用可控抽真空泵能够提供快速稳定的负压值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种毛细水负压快速测定仪的结构图。
如图1所示：1、供水罐；11、气孔；12、液孔；13、抽真空阀a；14、放气阀；15、抽真空阀b；16、放水阀a；17、放水阀b；2、试样筒；3、储水罐；31、通孔a；32、通孔b；33、通孔c；4、真空泵；5、可控抽真空泵；6、plc控制器；7、加水口；8、负压传感器。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示的一种毛细水负压快速测定仪及其工作方法，包括供水罐1、试样筒2、储水罐3、真空泵4、可控抽真空泵5、plc控制器6和负压传感器8。
供水罐1的两端分别设置有气孔11和液孔12，在供水罐的气孔旁侧设置有加水口7；所述供水罐1的气孔11通过管道连接有抽真空阀a13和放气阀14，抽真空阀a13上串联有真空泵4，抽真空阀a13和放气阀14并联；所述供水罐1的液孔12通过管道与储水罐3的侧壁串联，供水罐1的液孔12与储水罐3之间相连的管道上设置有抽真空阀b15且在供水罐1的液孔12与抽真空阀b15之间的管道上并联有放水阀a16。
试样筒2的中间开有容纳试样的容纳腔，试样筒2位于储水罐3的上方，试样筒2顶端设有试样筒端盖，试样筒端盖上设有密封圈，试样筒2的底端通过快速接头与储水罐3顶端相连；所述储水罐3的顶端开有与试样筒2底端相连的接口，储水罐3的侧壁上分别开有与抽真空阀b15相连的通孔a31以及与可控抽真空泵5相连的通孔b32；储水罐3的底端开有通孔c33，所述通孔c33通过管道连接有一放水阀b17。
可控抽真空泵5与plc控制器6相连，可控抽真空泵5的一端通过管道与储水罐3侧壁的通孔b32相连。
可控抽真空泵5与储水罐3相连的管道并联有负压传感器8，负压传感器8与plc控制器6相连。
可控抽真空泵5的抽气量由plc控制器6控制，可控抽真空泵5的抽气流量为0.1-10ml/min。
负压传感器8测量试样的负压值且与plc控制器6相连，实时记录测量数据。
真空泵4、放气阀14、抽真空阀a13、抽真空阀b15、放水阀a16、放水阀b17和可控抽真空泵5；可手动控制或由plc控制器6控制，实现毛细水负压测定仪的自动化。
该毛细水负压快速测定仪的工作方法如下：
（1）打开试样筒2上的端盖，先将试样筒底部放上一层孔径小于试样颗粒的铜丝网，将试样装入试样筒2中，直径50mm，高70mm-80mm，装样时分层并捣实；将试样简2内壁涂上凡士林，并将试样切成与试样筒直径相同，高70mm-80mm的土柱装入试样筒2中；盖上试样筒2的端盖，使试样筒2与储水罐3相连；
（2）打开供水罐1的加水口7端盖，注水至供水罐1的2/3高度后盖上端盖；
（3）打开电源开关，用plc控制器6将真空泵4复位；
（4）打开抽真空阀a13、抽真空阀b15和真空泵4，开始抽真空；
（5）抽真空1-2小时后结束，关闭抽真空阀a13及真空泵4；打开放气阀14，使供水罐1中的水流入试样筒2中，使试样饱和后放置17小时；
（6）关闭抽真空阀b15，打开试样筒端盖，用plc控制器6调节可控抽真空泵5流量3～6ml/min，打开可控抽真空泵5，并通过负压传感器8记录数据；
（7）当负压值不再上升的时候，最终记录负压值；
（8）重复上述步骤，测定负压值，取其算术平均值；若两次试验结果相差太大，应重复实验；
（9）实验结束后，拿出试样筒2，打开放水阀a16和放水阀b17放空。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。