一种形成温度梯度的室内土柱实验装置

本发明涉及土柱实验领域，具体为一种形成温度梯度的室内土柱实验装置。

背景技术：

1、土柱淋滤实验广泛应用于农业、林业、水利、环境等研究领域。应用土柱淋滤实验可在实验室内模拟土壤中水文过程及污染物迁移规律。地下煤火是伴生煤炭资源开发的典型环境问题，其不仅燃烧损失大量煤炭资源，还对区域环境产生重要影响,其中的煤火燃烧污染物在土壤环境的迁移规律是煤火环境影响研究的核心内容之一。先前已有的土柱加热装置仅仅由恒温箱构成,只需将土壤柱放在恒温箱中即可开展模拟实验,但是,其结构不尽合理，对于火区，它的真实土壤环境温度并不恒定,不能有效对上部分土壤柱提供接近实际情况的温度梯度环境。

2、根据公开专利201520416576.6可控温土柱淋滤实验装置可知，包括可控温的电加热装置；还包括圆柱形传热箱、圆柱形玻璃筒、硬质密封盖、紧固件、电绝缘垫、条柱状温度传感器和淋滤液取样管。本发明结构更加合理，能有效对上部分土壤柱提供接近实际情况的温度梯度环境，精确模拟火区土壤的温度背景，为火区土壤重金属解析及其迁移研究的准确性提高技术保障，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题没有得到解决，虽然通过开启可控温的电加热装置,调试其温度,将温度预设好，再让电加热装置慢慢预热,待其达到所设定的温度时,将装有来自于火区的土壤装入圆柱形(隔热)玻璃简中,使之形成土壤柱,然后按时采集条柱状温度传感器感测的温度数值并将灌入圆柱形玻璃筒内渗入土壤柱中的淋滤液,再从所在高度不同的淋滤液取样管取出不同的淋滤液,借助相关分析仪器全面研究被取出淋滤液中重金属解析及其迁移现象解决了已有的土柱加热装置仅仅由恒温箱构成,只需将土壤柱放在恒温箱中即可开展模拟实验,但是,其结构不尽合理，对于火区，它的真实土壤环境温度并不恒定,不能有效对上部分土壤柱提供接近实际情况的温度梯度环境的问题，在使用过程中，传统的土柱实验装置，采用电加热装置进行加热，只能够进行加热，在调节温度梯度时，虽然能够对电加热装置的加热温度降低，但是之前的加热热量还是会存在，导致温度会持续的上升，不能有效的对温度进行快速降温，导致无法快速的形成不同温度梯度，影响到了实验的效率，而且，在进行土柱实验时，一次只能够对一个土柱进行实验，导致土柱实验的效率较低。为此，需要设计新的技术方案给予解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，以解决当前传统的土柱实验装置，采用电加热装置进行加热，只能够进行加热，在调节温度梯度时，虽然能够对电加热装置的加热温度降低，但是之前的加热热量还是会存在，导致温度会持续的上升，不能有效的对温度进行快速降温，导致无法快速的形成不同温度梯度，影响到了实验的效率，而且，在进行土柱实验时，一次只能够对一个土柱进行实验，导致土柱实验的效率较低的技术问题。

2、为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：设计一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，包括装置筒体，所述装置筒体顶部为开放式结构，还包括：

3、多个方形孔，分别开设于装置筒体外壁一圈；

4、所述方形孔的内部顶端设置有温度梯度机构，所述温度梯度机构包括多个凹槽，凹槽设于方形孔内部顶端，所述凹槽内部安装有第一电机，所述第一电机底部连接有第一电机轴；

5、所述第一电机轴底部伸出凹槽内的一端固定有半导体制冷片。

6、优选地，所述装置筒体内部固定有多个隔温盘，且多个隔温盘内部均贯穿有防护网筒，所述防护网筒顶部为开放式结构。

7、优选地，所述防护网筒内壁一圈开设有多个插槽，多个所述插槽内部插入有插块的一端，所述插块的另一端固定有多个挡土网筒，且多个挡土网筒顶部均为开放式结构。

8、优选地，所述防护网筒底部开设有十字卡槽，所述十字卡槽底部卡合有十字卡板，所述十字卡板底部固定有第二电机轴，所述第二电机轴底部连接有第二电机，所述第二电机底部安装有装置筒体。

9、优选地，所述防护网筒顶部固定有外螺纹环，所述外螺纹环顶部与顶盖底部开设的螺纹槽螺纹连接，所述顶盖底部贴合有装置筒体。

10、优选地，所述装置筒体内壁两侧安装有多个温度传感器，且多个温度传感器分别位于多个隔温盘分隔的多个空间内。

11、优选地，所述顶盖顶部固定有把手。

12、优选地，所述装置筒体前端中部安装有工控电脑，所述工控电脑分别与第一电机、第二电机、半导体制冷片和温度传感器信号连接。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、1.本发明通过方形孔、半导体制冷片和第一电机的结合，可以在装置筒体表面设置多个半导体制冷片，经过第一电机驱动第一电机轴旋转，能够带动多个位置的半导体制冷片进行冷端和热端的切换，从而分别使半导体制冷片的冷端和热端分别朝向装置筒体内，从而直接对土柱的温度进行自由调节控制，能够经过冷热端的切换快速的进行降温和升温，快速的进行温度梯度的调节，解决了传统的土柱实验装置，采用电加热装置进行加热，只能够进行加热，导致温度会持续的上升，不能有效的对温度进行快速降温，导致无法快速形成不同温度梯度，影响到了实验效率的技术问题。

15、2.本发明通过防护网筒、挡土网筒和第二电机的结合，可以在防护网筒内部的多个挡土网筒内，放入多个土柱，从而同时对多个土柱进行实验，而且，经过第二电机，能够带动防护网筒和多个土柱进行旋转，从而使多个土柱均匀化的进行加热和降温，提升了土柱实验的效率，解决了在进行土柱实验时，一次只能够对一个土柱进行实验，导致土柱实验的效率较低的技术问题。

16、3.本发明通过防护网筒、十字卡槽和十字卡板的结合，可以直接将防护网筒底部的十字卡槽，卡入到第二电机轴顶部的十字卡板上，从而经过第二电机带动防护网筒和挡土网筒进行旋转，当需要取出多个土柱时，只需要提起把手，即可将整个防护网筒进行提起，能够便捷的对防护网筒进行拆装清洁，便捷的对土柱进行更换。

技术特征：

1.一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，包括装置筒体(1)，所述装置筒体(1)顶部为开放式结构，其特征在于，还包括：

2.如权利要求1所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述装置筒体(1)内部固定有多个隔温盘(310)，且多个隔温盘(310)内部均贯穿有防护网筒(305)，所述防护网筒(305)顶部为开放式结构。

3.如权利要求2所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述防护网筒(305)内壁一圈开设有多个插槽(4)，多个所述插槽(4)内部插入有插块(401)的一端，所述插块(401)的另一端固定有多个挡土网筒(402)，且多个挡土网筒(402)顶部均为开放式结构。

4.如权利要求2所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述防护网筒(305)底部开设有十字卡槽(301)，所述十字卡槽(301)底部卡合有十字卡板(306)，所述十字卡板(306)底部固定有第二电机轴(307)，所述第二电机轴(307)底部连接有第二电机(308)，所述第二电机(308)底部安装有装置筒体(1)。

5.如权利要求2所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述防护网筒(305)顶部固定有外螺纹环(304)，所述外螺纹环(304)顶部与顶盖(3)底部开设的螺纹槽(303)螺纹连接，所述顶盖(3)底部贴合有装置筒体(1)。

6.如权利要求2所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述装置筒体(1)内壁两侧安装有多个温度传感器(309)，且多个温度传感器(309)分别位于多个隔温盘(310)分隔的多个空间内。

7.如权利要求5所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述顶盖(3)顶部固定有把手(302)。

8.如权利要求1所述的一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，其特征在于，所述装置筒体(1)前端中部安装有工控电脑(101)，所述工控电脑(101)分别与第一电机(203)、第二电机(308)、半导体制冷片(201)和温度传感器(309)信号连接。

技术总结
本发明涉及一种形成温度梯度的室内土柱实验装置，包括装置筒体，装置筒体顶部为开放式结构，还包括：多个方形孔，分别开设于装置筒体外壁一圈；方形孔的内部顶端设置有温度梯度机构，温度梯度机构包括多个凹槽，凹槽设于方形孔内部顶端，凹槽内部安装有第一电机，第一电机底部连接有第一电机轴，本发明可以在装置筒体表面设置多个半导体制冷片，经过第一电机驱动第一电机轴旋转，能够带动多个位置的半导体制冷片进行冷端和热端的切换，从而分别使半导体制冷片的冷端和热端分别朝向装置筒体内，从而直接对土柱的温度进行自由调节控制，能够经过冷热端的切换快速的进行降温和升温，快速的进行温度梯度的调节。

技术研发人员：王春颖,张菲菲,刘明欢,韩宇平,刘俊国
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24