一种土壤饱和导水率自动测定装置的制作方法

本实用新型涉及土壤性质测定技术领域，尤其涉及一种土壤饱和导水率自动测定装置。

背景技术：

土壤饱和导水率，是指土壤被水饱和时，单位时间内通过单位面积的水量。不同地区土壤性质不同，地形条件差异、不同土壤深度及植被类型影响等都对土壤饱和导水率造成了不同程度的影响，此外，也与土壤质地、结构、盐分含量、含水量等有关。测定土壤饱和导水率对土壤物理性质的进一步认识具有重要的科学意义。

目前测定土壤饱和导水率最常用的方法为室内环刀法。其原理为用环刀取原状土样，浸水后，在单位水压梯度下，根据达西定律，求得通过垂直于水流方向的单位土壤截面积的水流速度，称为土壤的饱和导水率或渗透系数。常规室内环刀法测定步骤为：用环刀取原状土样，带回室内去掉上盖，下盖换成装有一层滤纸的孔眼底盖，浸水饱和后，取空环刀和环刀样用胶布熔胶粘合，放到漏斗上、下用烧杯承接。向上面的空环刀加水，漏斗滴水开始计时，隔一定时间用量筒计量烧杯中的水量，直到稳定停止。通过达西定律计算土壤饱和导水率。

常规的室内环刀法，在对浸水达到饱和的样品用胶布熔胶粘合过程要求比较高，且要对批量样品测定时耗时耗力，测定过程中还存在漏水现象，导致测定数据偏大，结果不可靠。

根据室内环刀法在进行多样品测定时，有两种方法。一种是制作多套环刀装置来同时测定，但在测定过程中人为加水的随机性导致多个样品的水头压并不相等。另一种是测定完一次样品后，继续下个样品的测定，导致不同样品间测定的系统性误差较大。这两种方法都耗费了大量的人力和时间。

同时，室内环刀法对渗出水量的读数过程中，存在人为读数的随机误差性，导致测定结果的精度降低，特别在对批量样品测定时这一误差随机性增大且耗时耗力。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是解决现有的土壤饱和导水率测定方法需通过人为控制注水和读数，测定误差大精度低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种土壤饱和导水率自动测定装置，包括供水部件和测定部件，所述测定部件包括渗透集水部件、承接渗漏水部件和计数部件，所述供水部件与所述渗透集水部件连接，所述承接渗漏水部件包括转轴和多个承接容器，所述承接容器的开口位于所述渗透集水部件的出水口下方，多个所述承接容器周向均匀设置于所述转轴的外壁上，所述承接容器承接预定量的水后倾斜翻转带动所述转轴转动，所述转轴上设有与所述承接容器一一对应的触杆，所述计数部件包括记录笔和记录纸器，所述触杆转动时可拨动所述记录笔在所述记录纸器匀速输送的记录纸上标记。

其中，所述承接容器为偏心桶，承接预定量的水后所述偏心桶的重心偏离竖直平面，所述竖直平面为所述转轴沿竖直方向上的直径与所述转轴的轴线形成的平面。

其中，所述转轴包括固定轴和套筒，所述偏心桶固定于所述套筒的外壁上，所述套筒套设于所述固定轴的外侧，所述套筒的内壁在对应所述偏心桶的位置设置楔形的第一凸起，所述固定轴在的外壁上设置与所述第一凸起接触配合的楔形的第二凸起。

其中，所述记录纸器包括传动机构和控速机构，所述传动机构包括同步带、主动轮、从动轮与中间轮，所述主动轮与所述从动轮通过同步带连接，所述从动轮与所述中间轮同轴设置，记录纸的纸卷与所述主动轮同轴设置，记录纸绕过所述控速机构与所述中间轮连接。

其中，所述控速机构为擒纵机构，包括擒纵轮、擒纵叉和双圆盘，所述擒纵叉与所述擒纵轮叉合，记录纸绕过所述擒纵轮的轮轴与所述中间轮连接，所述双圆盘控制所述擒纵叉摆动。

其中，所述渗透集水部件包括集水桶与漏斗，所述集水桶的底部设有网格状孔，且与所述漏斗连接，所述集水桶的顶部与所述供水部件连接，所述集水桶的上部桶体的内径与环刀内径相等，所述集水桶的下部桶体的内径与环刀外径相等，所述集水桶的下部桶体上设有开门，所述集水桶的外壁包裹橡胶层。

其中，所述记录笔通过笔架固定，所述笔架上设有刚性连接杆与柔性连接杆，所述刚性连接杆与所述记录笔的中部连接，两个所述柔性连接杆分别位于所述刚性连接杆两侧与所述记录笔连接。

其中，所述供水部件包括供水箱和集水桶盖，所述集水桶盖为中空壳体，所述集水桶盖上设有相互连通的进水口和第一出水口，所述供水箱的出水口与所述集水桶盖的进水口连接，所述集水桶盖与所述集水桶的顶部螺纹连接，且所述集水桶盖的第一出水口与所述集水桶连通，所述供水箱上设有通气管，所述通气管伸入所述供水箱内，且所述通气管的底端与所述集水桶盖的上表面齐平。

其中，还包括水槽，所述水槽位于所述承接渗漏水部件的下方，且所述水槽的宽度大于所述承接容器的开口宽度。

其中，所述测定部件为多组，所述集水桶盖上还设有第二出水口，多组所述测定部件中的相邻两个所述集水桶盖中，一个所述集水桶盖的第二出水口与另一个所述集水桶盖的进水口连接，多个所述水槽依次连通。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型土壤饱和导水率自动测定装置的渗透集水部件中放有浸泡饱和的土壤环刀样品，供水部件向渗透集水部件内注水，水渗透土壤环刀样品后由渗透集水部件的出水口流入承接渗漏水部件的承接容器中，一个承接容器装入预定量的水后倾斜翻转，与其相邻的另一个承接容器同步转动至渗透集水部件的出水口下方，继续承接渗漏水，触动杆与承接容器在转轴上相对应斜置固定，承接容器在转动时同步带动同触动杆转动。触动杆在转动时会接触拨动计数部件的记录笔，记录纸器匀速出纸，记录笔靠近记录纸，在触动杆拨动记录笔时，记录笔可在记录纸上划线标记，触动杆转动一次，记录笔转动到记录纸上做出数据记录，触动杆转过，记录笔位置复原，以此过程重复从而进行数据记录。本实用新型通过承接渗漏水部件的自动承接转动，从而自动保持恒定水头和计量数据，节省了测定渗透水量时的读数计量的人为的操作，也避免了人为读数存在的随机误差，测量精度高，省时省力，测定过程自动化，易于实际操作使用，提高了测定效率。同时本实用新型结构简单、组装方便，可根据测定样品数来通过连接部件连接完成，装置各部分成本较低，易于操作引入日常测定使用。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的承接渗透水部件的结构示意图；

图3是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的记录纸器的机构示意图；

图4是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的擒纵机构的结构示意图；

图5是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的渗透集水部件的结构示意图；

图6是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的记录笔在为未工作状态下的结构示意图；

图7是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的记录笔在为工作状态下的结构示意图；

图8是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的集水桶盖的结构示意图；

图9是本实用新型实施例土壤饱和导水率自动测定装置的设置多组测定部件时的结构示意图。

图中：1：供水部件；2：承接渗漏水部件；3：渗透集水部件；4：计数部件；5：记录纸；6：水槽；11：供水箱；12：集水桶盖；21：转轴；22：承接容器；23：触杆；31：集水桶；32：漏斗；41：记录笔；42：记录纸器；43：笔架；111：通气管；121：进水口；122：第一出水口；123：第二出水口；211：固定轴；212：套筒；221：偏心桶；311：开门；312：橡胶层；313：网格状孔；421：传动机构；422：擒纵机构；431：刚性连接杆；432：柔性连接杆；2111：第二凸起；2121：第一凸起；4211：同步带；4212：主动轮；4213：从动轮；4214：中间轮；4221：擒纵轮；4222：擒纵叉；4223：双圆盘。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1所示，本实用新型实施例提供的土壤饱和导水率自动测定装置，包括供水部件1和测定部件，测定部件包括渗透集水部件3、承接渗漏水部件2和计数部件4，供水部件1与渗透集水部件3连接，承接渗漏水部件2包括转轴21和多个承接容器22，承接容器22的开口位于渗透集水部件3的出水口下方，多个承接容器22周向均匀设置于转轴21的外壁上，承接容器22承接预定量的水后倾斜翻转带动转轴21转动，转轴21上设有与承接容器22一一对应的触杆23，计数部件4包括记录笔41和记录纸器42，触杆23转动时可拨动记录笔41在记录纸器42匀速输送的记录纸5上标记。

本实用新型土壤饱和导水率自动测定装置的渗透集水部件中放有浸泡饱和的土壤环刀样品，供水部件向渗透集水部件内注水，水渗透土壤环刀样品后由渗透集水部件的出水口流入承接渗漏水部件的承接容器中，一个承接容器装入预定量的水后倾斜翻转，与其相邻的另一个承接容器同步转动至渗透集水部件的出水口下方，继续承接渗漏水，触动杆与承接容器在转轴上相对应斜置固定，承接容器在转动时同步带动同触动杆转动。触动杆在转动时会接触拨动计数部件的记录笔，记录纸器匀速出纸，记录笔靠近记录纸，在触动杆拨动记录笔时，记录笔可在记录纸上划线标记，触动杆转动一次，记录笔转动到记录纸上做出数据记录，触动杆转过，记录笔位置复原，以此过程重复从而进行数据记录。本实用新型通过承接渗漏水部件的自动承接转动，从而自动保持恒定水头和计量数据，节省了测定渗透水量时的读数计量的人为的操作，也避免了人为读数存在的随机误差，测量精度高，省时省力，测定过程自动化，易于实际操作使用，提高了测定效率。同时本实用新型结构简单、组装方便，可根据测定样品数来通过连接部件连接完成，装置各部分成本较低，易于操作引入日常测定使用。

具体的，如图2所示，承接容器22为偏心桶221，承接预定量的水后偏心桶221的重心偏离竖直平面，竖直平面为转轴21沿竖直方向上的直径与转轴21的轴线形成的平面。本实施例中承接容器为四个半圆台形偏心桶，偏心桶底部与转轴连接，偏心桶可根据土壤砂、壤、粘性质的不同而采用不同配套规格，对不同类型土壤适用性较高。其中一个偏心桶位于渗透集水部件的出水口下方时为承接容器的平衡状态，随着水逐渐流入偏心桶，偏心桶中水到达预设量时，偏心桶整体的重心偏离转轴的竖直直径和轴线共同构成的竖向平面，偏心桶在水的重力作用下向偏心侧倾斜翻转，转轴随之转动，从而使相邻的下一个偏心桶转至渗透集水部件的出水口下方，承接容器恢复平衡状态。

其中，转轴21包括固定轴211和套筒212，偏心桶221固定于套筒212的外壁上，套筒212套设于固定轴211的外侧，套筒212的内壁在对应偏心桶221的位置设置楔形的第一凸起2121，固定轴211在的外壁上设置与第一凸起223接触配合的楔形的第二凸起2111。转轴包括固定不动的固定轴及同轴套设于固定轴上的套筒，套筒外壁周向均匀固定偏心桶，内壁设置楔形第一凸起，固定轴外壁也在与套筒相接的对应位置设置楔形第二凸起，两凸起楔形面相对且接触，保证承接容器处于平衡位置，当一个偏心桶承接预定量水后，水和偏心桶共同的重量会对第一凸起产生作用力，第一凸起对第二凸起在接触面上产生一个垂直于接触面向偏心侧倾斜向下的力，由于第一凸起与第二凸起均为塑性材料，达到一定的受力条件时会产生变形量，力消除后变形回复，这个倾斜向下的力打破了承接容器的平衡状态使偏心桶倾斜翻转，同时下一个偏心桶翻转上来，前一个偏心桶中的水将随其翻转而排尽，排空的偏心桶在凸起变形回复的作用下使承接容器重新回到平衡状态，等待下一次翻转，由此实现承接容器的翻转，自动化程度提高，测定效率提高。

进一步的，如图3所示，记录纸器42包括传动机构421和控速机构，传动机构421包括同步带4211、主动轮4212、从动轮4213与中间轮4214，主动轮4212与从动轮4213通过同步带4211连接，从动轮4213与中间轮4214同轴设置，记录纸5的纸卷与主动轮4212同轴设置，记录纸5绕过控速机构与中间轮4214连接。记录纸器为同步带相连的两个转动轮及中间轮，其中主动轮在水平方向上一定距离可同轴安装记录纸卷，实现记录纸的出纸，主动轮通过同步带传动带动从动轮转动，中间轮与从动轮同轴设置并同步旋转，记录纸在控速机构的调节下按照一定速度传送至中间轮，从而在中间轮处实现对标记过的记录纸的收集。

其中，如图4所示，控速机构为擒纵机构422，包括擒纵轮4221、擒纵叉4222和双圆盘4223，擒纵叉4222与擒纵轮4221叉合，记录纸5绕过擒纵轮4221的轮轴与中间轮4214连接，双圆盘4223控制擒纵叉4222摆动。本实施例中采用的控速机构为常见的擒纵机构，擒纵机构的双圆盘控制擒纵叉的摆动，可擒纵叉的叉头卡入擒纵轮的轮齿间，从而实现控制擒纵轮的匀速转动，记录纸绕过擒纵轮轮轴，因此也一并控制记录纸的运动速度，此外，擒纵轮的轮轴上还包覆橡胶层，用于在记录纸绕过接触时保护记录纸不磨损破裂。本实用新型的控速机构还可采用转子电机等可实现调速传动功能的元器件。

进一步的，如图5所示，渗透集水部件3包括集水桶31与漏斗32，集水桶31的底部设有网格状孔313，且集水桶31的底部与漏斗32连接，集水桶31的顶部与供水部件1连接，集水桶31的上部桶体的内径与环刀内径相等，集水桶31的下部桶体的内径与环刀外径相等，集水桶31的下部桶体上设有开门311，集水桶31的外壁包裹橡胶层312。渗透集水部件为双环刀高的集水桶和漏斗，集水桶与供水部件相接实现向桶内注水，集水桶外侧包裹用于密封防漏水的橡胶层，桶底布满网格状孔洞，漏斗的开口边缘与桶底紧密相接，集水桶的上半部桶体的内径为环刀内径，下半部桶体的内径为环刀外径、且在下部筒体上设置开门，开门打开可装入土壤环刀样品，开门闭合处有闭合扣。供水部件将集水桶的上部桶体注满水后，水下渗入下部桶体中的土壤环刀样品后渗出，通过漏斗流入承接渗漏水部件中，当测定达到稳定后集水桶上可插入一薄圆形铁片，薄圆形铁皮截面与集水桶上部截面面积相等。常规的室内环刀法测定过程中需人为加水，导致测定过程中水头并不恒定，部分具有自动加水改进的装置在多个样品测定时还存在不同样品间水头不相等等问题。常规的室内环刀测定法和部分改进的装置在样品装入部分还存在样品的粘合固定装入问题，本实用新型通过设置可打开装入土壤环刀样品的集水桶，解决了试样的前期操作问题。

具体的，如图6和7所示，记录笔41通过笔架43固定，笔架43上设有刚性连接杆431与柔性连接杆432，刚性连接杆431与记录笔41的中部连接，两个柔性连接杆432分别位于刚性连接杆431两侧与记录笔41连接。记录笔通过笔架固定在触杆端部可接触拨动的高度，且在平衡状态下与记录纸水平相隔一定距离，可与记录纸的纸面形成一定夹角，触杆在拨动记录笔时，记录笔连接的刚性连接杆，保证记录笔的高度位置固定，刚性连接杆两侧的柔性连接杆可控制记录笔摆动和复位，摆动时在记录纸上标记，触杆转过离开记录笔，记录笔在柔性连接杆带动下复位，柔性连接杆可采用橡胶材质。

另外，如图1和图8所示，供水部件1包括供水箱11和集水桶盖12，集水桶盖12为中空壳体，集水桶盖12上设有相互连通的进水口121和第一出水口122，供水箱11的出水口与集水桶盖12的进水口121连接，集水桶盖12与集水桶31的顶部螺纹连接，且集水桶盖12的第一出水口122与集水桶31连通，供水箱11上设有通气管111，通气管111伸入供水箱11内，且通气管111的底端与集水桶盖12的上表面齐平。供水箱上设有进水口、通气口和出水口，进水口、通气口上均设有配套拧合螺纹的闭合盖，出水口通过管道连接集水桶盖的进水口，集水桶盖在第一出水口外侧设有螺纹，集水桶的上部筒体内侧有与集水桶盖配合连接的螺纹，供水箱的水通过集水盖桶的进水口进入集水桶盖后，通过集水桶盖与集水桶连接部分上设置的第一出水口进入集水桶中。通气管伸入供水箱中，测定开始前，通气管关闭，打开进水口向供水箱中注水，水注满后打开通气管，同时打开出水口使水流向集水桶，继续向供水桶中注水，保持通气管下端水面的位置不变，从而保证测定过程中的向渗透集水部件供水的压力恒定，避免了人力的投入和人为的误差性，增大了测定装置的精确性。

其中，本实用新型土壤饱和导水率自动测定装置还包括水槽6，水槽6位于承接渗漏水部件2的下方，且水槽6的宽度大于承接容器22的开口宽度。水槽正对于承接渗漏水部件的下方设置作为收排水部件，水槽宽于承接容器的开口最宽处，水槽将接收到承接容器倒入的水进行排出，解决了承接渗漏水部件排出水的循环使用问题。

其中，如图9所示，测定部件为多组，集水桶盖12上还设有第二出水口123，多组测定部件中的相邻两个集水桶盖12中，一个集水桶盖12的第二出水口123与另一个集水桶盖12的进水口121连接，多个水槽6依次连通。渗透集水部件、承接渗漏水部件和计数部件共同构成一组测定部件，本实用新型可设置多组测定部件，可同时平行测定多个土壤样品，不仅在测定过程中自动为每个样品提供相同且恒定的水头、保证样品间的相同恒定水压条件、减少了测定样品间的误差性，而且能够对每个样品的渗透水量进行自动计数、省时省力，此外，还可以针对不同土壤样品的饱和时间的不同，应用不同规格的承接渗漏水装置。相邻的两组测定部件间通过集水桶盖连通，前一个集水桶盖的第二出水口与后一个集水桶盖的进水口通过管道连接，相连接部位均有相配套拧合的螺纹。

本实施例在应用于试验时的操作方法：

(1)将外业取好的土壤环刀样品上盖取下，下盖换成垫有滤纸的网眼底盖，放入平底盘中，注入并保持水面稍低于环刀上沿。一般砂土浸4—6小时，壤土8—12小时，粘土24小时。

(2)在样品浸泡时间内，选取与所测土壤样品配套的承接渗漏水部件，提前测定一个承接渗漏水容器转动时流出的所有水量，以此确定相应的承接水预定量。按照所测样品数量选取测定部件并完成组装，根据所测样品性质选定不同规格的承接渗漏水部件。

承接容器中水的预定量确定方法为，实验前先对承接容器在转轴上转动进行预测试，将承接容器中装入水，当承接容器转动后，将装入的水进行测量，反复试验取测量平均值确定为承接水的预定量。

(3)在计时一定时间内，截取记录纸出纸的量，计算出单位时间内记录纸走多少。

(4)打开装置集水桶上开门的闭合扣，把浸泡好的土壤环刀样品装入集水桶，关好闭合扣。

(5)打开擒纵机构或转子电机开始运作，带动记录纸器出纸。

(6)打开供水箱的进水口和通气口，注入水到渗透集水部件直至最后一个测定部件的集水桶盖的第二出水口出水即可，在最后一个集水桶盖的第二出水口加盖管盖，加水直至达到1.8-2.5倍所测样品同体积的水量，拧合进水口盖，停止加水。

(7)渗透集水部件的漏斗下方的半圆台形偏心桶接满渗漏水后，偏心桶加渗漏水重使偏心桶带动转轴转动，转轴上的触动杆也随之转动，触动杆拨动记录笔，在匀速上升的记录纸上做出记录；下一个偏心桶接满后同理运作。达到了数据的自动记录。

(8)达到通常测定完成时间或者通过观察记录纸上所做记录来判定测定达到稳定即可停止，在渗透集水部件的开门处上截面水平插入一圆形铁片，停止擒纵机构或关掉电机转子，停止这一样品的测定。取出样品和记录纸，清洗装置或待下次使用。

综上所述，本实用新型土壤饱和导水率自动测定装置的渗透集水部件中放有浸泡饱和的土壤环刀样品，供水部件向渗透集水部件内注水，水渗透土壤环刀样品后由渗透集水部件的出水口流入承接渗漏水部件的承接容器中，一个承接容器装入预定量的水后倾斜翻转，与其相邻的另一个承接容器同步转动至渗透集水部件的出水口下方，继续承接渗漏水，触动杆与承接容器在转轴上相对应斜置固定，承接容器在转动时同步带动同触动杆转动。触动杆在转动时会接触拨动计数部件的记录笔，记录纸器匀速出纸，记录笔靠近记录纸，在触动杆拨动记录笔时，记录笔可在记录纸上划线标记，触动杆转动一次，记录笔转动到记录纸上做出数据记录，触动杆转过，记录笔位置复原，以此过程重复从而进行数据记录。本实用新型通过承接渗漏水部件的自动承接转动，从而自动保持恒定水头和计量数据，节省了测定渗透水量时的读数计量的人为的操作，也避免了人为读数存在的随机误差，测量精度高，省时省力，测定过程自动化，易于实际操作使用，提高了测定效率。同时本实用新型结构简单、组装方便，可根据测定样品数来通过连接部件连接完成，装置各部分成本较低，易于操作引入日常测定使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。