一种测量土壤透气性的装置的制作方法

本实用新型是一种测量土壤透气性的装置。装置为封闭系统，通过测量土壤的气压和温度、湿度变化，确定土壤透气性能，为土壤透气性、文物保护中的水汽运移提供技术支撑。

背景技术：

土壤的透气性是指土壤透过空气的能力，也称为土壤的通气性。众所周知，土壤是由固体、液体和气体组成，而土壤透气能力与土壤粒径、土壤含水量、空气相对湿度、土壤温度、盐分、空气压差等密切关联。其中土壤空气中的水汽在通过不同湿度的土壤时，受土壤干燥度的影响，透过存在空气湿度的增减和水汽压的变化，水汽压的变化进而引起气压及压差的变化。因此，土壤透气性要考虑包括水汽在内的分气压构成及土壤湿度的影响。

由于气相的存在，土壤与外界大气形成了一个连续的统一体。土壤内的空气压力一方面受大气的影响和控制，随大气压的变化而变化。但同时受土壤内部温度、湿度、盐分等自然环境条件和自身构成的影响，导致在不同区域的地气压存在差异，从而导致气体、水分和矿物质运移方向和运移量的变化。

根据流体力学，对于同一土壤，土壤的厚度越厚，阻滞力越强，透气性随厚度的增加而下降，因此，透气性与土壤厚度成反比。土壤透气量是在一定压差下和厚度下，单位面积的土壤在单位时间透过的气体数量。由于土壤温度向下传导的迟滞，土壤距离开放地表的厚度不同，一方面随深度的增加温度波动幅度下降，另一方面随深度的增加气压封闭性能增强。因此，土壤的透气性与深度、空隙度、温度及土壤的水分含量等形成复杂的关系。这是中国古代利用地气压变化进行24节气监测，即传统候气的核心所在。因此，若要理清各影响因子的作用机理与作用程度，研究地气活动规律，需要专门仪器对土壤透气性等进行监测。

研究发现土壤透气性的不同会导致水分、矿物离子等产生运移分异。目前一般通过测量吸附于土壤颗粒的地球化学元素，如微量成矿元素或伴生元素、伴生气体的含量来确定它们的来源，达到资源勘查的目的。土壤透气性对矿物元素的运移有直接的影响，是研究矿物运移通道和地气的关键。

在古丝绸之路沿线上保存了众多的佛教石窟，它们开凿于了砾砂岩体中，处于包气带中。长期以来，由于围岩温度的日/年周期活动、气候变化和人类活动的影响，众多的石窟壁画存在起甲、霉变、空鼓、酥碱等病害。研究发现，水汽是引起壁画病害最活跃的因素。因此，监测洞窟围岩内包括水汽在内的透气性研究，对确定洞窟壁画劣化动力来源，研究壁画病害形成机理，确定洞窟文物的主动预防性保护措施具有至关重要的作用。

因而，研发一种测量土壤透气性的装置，对于研究土壤通透性影响因子、水汽透过量、地气活动机理和矿物运移至关重要，对地气物理研究、矿物勘探和洞窟文物保护等方面具有重要意义。

技术实现要素：

综上所述，本实用新型的目的旨在提供一种测量土壤透气性的装置。本装置以封闭系统为基础，监测土壤气压和温湿度，确定土壤透气性能，为地气研究、古代候气恢复、矿物资源勘探和洞窟文物保护提供关键技术支撑。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种测量土壤透气性装置，是由气压计1）、聚酯型PU管（2）、内螺纹管接头（3）、三通塑料管（4）、外螺纹管接头（5）、螺母（6）、密封圈（7）、PPR管堵头（8）、温湿度仪（9）、测试土（10）、PPR管（11）和干湿度调节土（12）构成。PPR管（11）中部置放测试土（10），测试土温湿度仪（9）和测试土温湿度仪（9´）分居测试土（10）两侧，PPR管（11）两端附着密封圈（7），用螺母（6）拧紧PPR管堵头（8）使之密封；聚酯型（PU）管（2）一端通过外螺纹管接头（5）与PPR管堵头（8）连接，聚酯型PU管（2）另一端通过外螺纹管接头（5）与三通塑料管（4）连接，三通塑料管（4）一端通过聚酯型（PU）管（2）与气压计（1）连接，三通塑料管（4）竖直端装有内螺纹管接头（3），内螺纹管接头（3）通过聚酯型（PU）管（2）与外螺纹管接头（5）连接，外螺纹管接头（5）与两端带有PPR管堵头（8）的PPR管（11）连接，PPR管（11）置有干湿度调节土（12），管的两端附着密封圈（7），用螺母（6）拧紧PPR管堵头（8）使之密封；同样，聚酯型PU管（2´）另一端通过外螺纹管接头（5´）与PPR管堵头（8´）连接，聚酯型PU管（2´）另一端通过外螺纹管接头（5´）与三通塑料管（4´）连接，三通塑料管（4´）一端通过聚酯型PU管（2´）与气压计（1´）连接，三通塑料管（4´）竖直端装有内螺纹管接头（3´），内螺纹管接头（3´）通过聚酯型PU管（2´）与外螺纹管接头（5´）连接，外螺纹管接头（5´）与两端带有PPR管堵头（8´）的PPR管（11´）连接，PPR管（11´）置有干湿度调节土（12´），PPR管（11´）的两端附着密封圈（7´），用螺母（6´）拧紧PPR管堵头（8´）使之密封。

本实用新型的优点是：

1.测量精准、性能稳定可靠，气压差、记录间隔等可根据需要自行调控。大气压在600-1100hPa内可自由确定实验压差，具备记录时间长、自动记录的特点。

2.本实用新型可实时监测土壤气压的变化过程，与温度、湿度等环境因子同步监测相配合，可分析土壤水分、温度、盐分等对土壤透气性的影响。同时，通过空气相对湿度、绝对湿度的变化，可独立研究土壤土壤空气的主要构成成分——水汽的通透性，对于洞窟围岩水分运移、洞窟壁画劣化形成机理研究，包气带水汽运移研究有着重要意义。

3.成本低廉，所应用材料价格较低。

附图说明

图1是本实用新型的组件结构示意图。

图中：1-气压计、1´-气压计；2- 聚酯型PU管、2´- 聚酯型PU管；3-内螺纹管接头、3´-内螺纹管接头；4-三通、4´-三通；5-外螺纹管接头、5´-外螺纹管接头；6-螺母；7-密封圈、7´-密封圈；8-PPR堵头8´-PPR堵头；9-温湿度仪；10-测试土；11-PPR管、11´-PPR管；12-干湿度调节土、12´-干湿度调节土。

本实用新型采用的气压计，型号THB_—600，上海焱睿仪器设备有限公司生产；温湿度监测仪为HOBO-U23-001，美国产，温度在0～50℃范围时，准确度为±0.21℃；相对湿度在10～90% 时准确度为±2.5%。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案再作进一步的说明：

如图1所示，一种测量土壤透气性的装置，土壤透气性是在封闭系统下通过气压及温湿度监测实现的。它是由封闭系统和监测系统两部分构成。封闭性系统是由50cm聚丙烯（PPR）管11、测试土10、温湿度仪9和PPR管堵头8构成。 PPR管堵头8的两端附着密封圈7，用螺母6拧紧PPR管堵头8使之密封，形成一个完全封闭的空间；监测系统由由气压计1、聚酯型（PU）管2、内螺纹管接头3、三通塑料管4、外螺纹管接头5、螺母6、密封圈7和干湿度调节土12构成。其特征是PPR管11中部置放测试土10，测试土温湿度仪9和测试土温湿度仪9´分居测试土10两侧，PPR管11两端附着密封圈7，用螺母6拧紧PPR管堵头8使之密封；聚酯型PU管2一端通过外螺纹管接头5与PPR管堵头8连接，聚酯型PU管2另一端通过外螺纹管接头5，外螺纹管接头5与三通塑料管4连接，三通塑料管4一端通过聚酯型PU管2与气压计1连接，三通塑料管4竖直端装有内螺纹管接头3，内螺纹管接头3通过聚酯型PU管2与外螺纹管接头5连接，外螺纹管接头5与两端带有PPR管堵头8的PPR管11连接，PPR管11置有干湿度调节土12，管的两端附着密封圈7，用螺母6拧紧PPR管堵头8使之密封。装置的另一侧聚丙烯PPR管11、温湿度仪9和PPR管堵头8依据上述方式进行同样连接。

本实用新型的操作过程：

1）采集土壤，事先测定土壤为沙粘土，其含水率为30-40%，土壤粒径0.01-1.0mm、土壤含盐量3-5%0、重量1200g、所取土壤地下厚度为5-5.5m、、孔隙度45-65%、容重0.1-1,5g/cm³、土壤温度25-35度、管柱体积3.925cm³。在PPR管11中灌入测试土10，夯筑；

2）将温湿度仪HOBO放入PPR管11内，分居测试土10两侧。PPR管11透气孔和HOBO探头连接处用胶垫和密封胶密封，PPR管堵头8与PPR管11两端热熔，使之密封。形成一个完全封闭的空间。

3）三通塑料管4一端通过聚酯型PU管2与气压计1连接，通过气压计1抽取、压缩空气来设定PPR管1内测试土10两端的压差。气压一般设定在600~110hPa，土柱两端压差在500 hPa之内。

4） PPR管11内置有干湿度调节土12。用干湿度土12来调节 PPR管1内测试土10含水量。

5）当土柱16两端气压达到平衡后，通过下载气压及温湿度数据进行透气量及水汽运移量的计算。具体为：

通过PV= nRT计算不同温度下的透气量（n）以及水汽和解吸附空气的通过量。其中：P为空气压强，V为透气体积，可测量获得。T为温度（K），R为气体常数，n为气体摩尔数。其中水分摩尔数量（n水）可通过绝对湿度（AH）除水分分子量18获得。这样可通过透气量（n）和其中的水汽量（n水）确定解吸附的空气量。绝对湿度（AH）与相对湿度（RH）和温度（t，单位℃）的关系为：

AH = 。