專利名稱：一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，用于巖土工程、農(nóng)田水利、水文水資源等領(lǐng)域監(jiān)控土壤水分運移。
背景技術(shù)：
當(dāng)前該領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的儀器是蒸滲儀，該儀器架設(shè)在田間或溫室內(nèi)并裝滿土壤，儀器中的土壤表面或者裸露或者種植各種作物，用來測量裸土蒸發(fā)量或作物的蒸發(fā)量、潛在蒸發(fā)量以及深層滲透量。蒸滲儀已經(jīng)成為測定蒸騰蒸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)試驗儀器，有大型蒸滲儀和微型蒸滲儀兩種，它的應(yīng)用大致可分為三個方面:(I)、測定蒸騰蒸發(fā)量、或蒸騰量和蒸發(fā)量，研究農(nóng)作物的耗水規(guī)律；(2)、和其它儀器一起測定土壤水中各種化學(xué)成分的含量，研究化肥和農(nóng)藥等對土壤水和地下水的作用與影響；(3)、測定土壤水向下的滲漏量，研究土壤水量平衡和地下水補給。但由于研究目的不同或受試驗環(huán)境所限，蒸滲儀一般只能運用于定環(huán)境條件(自然環(huán)境)下的測定而不能考慮改變環(huán)境溫度、大氣相對濕度條件時土壤蒸滲狀態(tài)的變化。而環(huán)境溫度、大氣相對濕度是影響蒸發(fā)的極其重要的因素，在不同溫濕度條件下，土壤水分蒸滲量有很大差異。資料表明:溫度直接決定著土表飽和大氣壓，在大氣相對濕度較高時，環(huán)境中水汽接近飽和(水蒸氣分壓接近飽和大氣壓)，土壤能長時間保持濕潤。而地面以上濕度梯度越大，環(huán)境溫度越高，土壤蒸發(fā)越強烈。與此同時，由于自然狀態(tài)下溫濕度的值變化的幅度有限，導(dǎo)致土壤的蒸滲周期持續(xù)的時間較長，從而增長了試驗的時間，浪費了大量的勞力和財力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服蒸滲儀只適用于自然條件下環(huán)境溫度、大氣相對濕度不可調(diào)節(jié)和控制的不足，本發(fā)明提供了一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以按照試驗需求調(diào)節(jié)和控制環(huán)境溫濕度并即時采集不同溫濕度條件下任一時刻的土樣的水分運移情況，進而掌控土壤的水分運移情況。本發(fā)明的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，包括一密封透明裝置，所述密封透明裝置兩側(cè)設(shè)有可以開閉的側(cè)門，所述密封透明裝置頂部設(shè)有紅外燈泡，紅外燈泡連接溫控裝置，溫控裝置控制紅外燈泡啟動、斷開；所述密封透明裝置內(nèi)設(shè)有托盤，所述密封透明裝置內(nèi)設(shè)有梅特勒天平；所述密封透明裝置內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器，溫濕度傳感器連接通過數(shù)據(jù)采集器連接PC機，所述梅特勒天平通過數(shù)據(jù)線連接PC機。所述密封透明裝置設(shè)有不銹鋼板，不銹鋼板位于紅外燈泡下方。所述密封透明裝置外面包裹有保溫層。所述密封透明裝置為密封玻璃箱。所述保溫層為錫箔。所述梅特勒天平外部設(shè)有防水外罩。所述PC機包括:利用Labview編制的虛擬儀器控制界面；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，使用簡捷方便。在溫濕度可調(diào)控方面，該系統(tǒng)可以將環(huán)境的溫濕度維持在某一特定范圍內(nèi)，并研究該特定濕度下土壤的水分運移情況，解決了土壤水分運移與環(huán)境溫濕度相關(guān)性研究的技術(shù)難題；也可以人為地調(diào)節(jié)環(huán)境溫度上下限；同時將數(shù)種飽和溶液或干燥劑組合使用以營造不同的環(huán)境溫濕度變化梯度并按照相似模型換算模擬出自然狀態(tài)下土的蒸滲過程，從而可以大大的縮短試驗時間，提高試驗效率。在數(shù)據(jù)采集方面，該系統(tǒng)不僅可以在不受環(huán)境干擾的同時，自動采集任一時刻環(huán)境溫濕度，并且自動檢測土樣水分蒸發(fā)滲透隨時間的微小變化，還能對測量數(shù)據(jù)進行實時在線快速分析處理，做到數(shù)據(jù)采集的自動化、準(zhǔn)確化、高速化，大大了提高工作效率。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，包括一密封透明裝置1，所述密封透明裝置I兩側(cè)設(shè)有可以開閉的側(cè)門2，所述密封透明裝置I頂部設(shè)有紅外燈泡3，紅外燈泡3連接溫控裝置，溫控裝置控制紅外燈泡3啟動、斷開。所述密封透明裝置I內(nèi)設(shè)有托盤5，所述密封透明裝置I內(nèi)設(shè)有梅特勒天平6。所述密封透明裝置I內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器，溫濕度傳感器連接通過數(shù)據(jù)采集器7連接PC機8，所述梅特勒天平6通過數(shù)據(jù)線連接PC機8。所述密封透明裝置I設(shè)有不銹鋼板4，不銹鋼板位4于紅外燈泡3下方。所述密封透明裝置I外面包裹有保溫層。所述密封透明裝置I為密封玻璃箱。所述保溫層為錫箔。所述梅特勒天平6外部設(shè)有防水外罩。所述PC機8包括:利用Labview編制的虛擬儀器控制界面；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實施例:
在密閉玻璃箱:長130cm，寬50cm，高60cm頂部中軸線固定位置處安裝兩個紅外燈泡3作為熱源，通過設(shè)定電磁繼電器式的溫控裝置的溫度上下限，來控制紅外燈泡3的啟動、斷開，從而達到保持密閉玻璃箱內(nèi)溫度恒定的目的。所述密閉玻璃箱兩側(cè)設(shè)有可以開閉的側(cè)門2。例如:在設(shè)定溫度上下限分別為33、32攝氏度的情況時，在環(huán)境溫度降低到32攝氏度時，紅外燈泡3自動打開，持續(xù)提供熱量，環(huán)境溫度緩慢升高。當(dāng)環(huán)境溫度達到33攝氏度時，紅外燈泡3自動關(guān)閉，停止供熱，溫度停止升高并開始緩慢下降。在一定時間里達到溫度的動態(tài)平衡。此外，為了避免以紅外燈泡3作為熱源時，密閉玻璃箱內(nèi)部溫度分布不均勻的不足，在紅外燈泡3以下5厘米處懸掛一塊長100cm，寬40cm的不銹鋼板4，從而增大了熱源的面積，保證了熱源供熱的均勻和持續(xù)。同時在該密閉玻璃箱外包裹錫箔作為保溫層，錫箔厚度為5cm，以保證密閉空間內(nèi)溫度恒定的效果。大氣相對濕度調(diào)節(jié)步驟:
在所述玻璃箱中安放兩個托盤5,所述托盤5長25cm,寬16cm,高10cm。通過在托盤5中添加不同飽和溶液或干燥劑來調(diào)節(jié)裝置中的濕度，濕度調(diào)節(jié)方式如下:
I)、當(dāng)需要研究某一特定濕度下土壤的水分運移情況時將濕度控制在某一固定值。如在托盤5中放置飽和MgCl2溶液，使裝置中濕度控制在32.4±0.2% (30°C )；
在托盤5中放置K2SO4飽和溶液，使裝置中濕度控制在97.0±0.4% (300C )；
在托盤5中放置CH3COOK飽和溶液，使裝置中濕度控制在21.6±0.6% (30°C )；
在托盤5中放置水，使裝置中濕度控制在959Tl00% (30°C)；
在托盤5中加入2Kg干燥劑，使裝置中濕度控制在(Γ10%。2)、當(dāng)需要研究某一濕度變化過程中土壤水分運移情況時，通過將數(shù)種飽和溶液或干燥劑組合使用來營造試驗中需要的變化梯度。例如:開始添加飽和NaCl溶液，當(dāng)濕度持續(xù)穩(wěn)定在75% —段時間后改為飽和K2CO3溶液，濕度逐漸下降穩(wěn)定在43%。數(shù)據(jù)監(jiān)測步驟:
在裝置底部中軸線上并列安放3臺梅特勒天平6，梅特勒天平6外部設(shè)有防水外罩，用于保護梅特勒天平6在較高環(huán)境濕度下工作時不受損壞。在土樣蒸發(fā)試驗中，將配有一定含水量的土柱試樣放在梅特勒天平6上，梅特勒天平6質(zhì)量讀數(shù)變化即反映了土樣即時蒸發(fā)量。在土樣產(chǎn)流試驗中，將土樣放在第一個梅特勒天平上，可盛水密閉容器放在第二個梅特勒天平上，第一個梅特勒天平讀數(shù)用于反映進入土樣水量，第二個梅特勒天平讀數(shù)用于反映流出土樣水量，將兩組數(shù)據(jù)結(jié)合即可反映土壤及時產(chǎn)流量。數(shù)據(jù)自動采集步驟:
利用Labview編制的虛擬儀器控制界面，在該控制界面中可以根據(jù)實際需求設(shè)定數(shù)據(jù)讀入時間間隔。將LB221AT電壓型探頭式溫濕度傳感器接入cDAQ數(shù)據(jù)采集器，通過USB接口控制cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將按照所設(shè)定的時間間隔所讀取的電壓值，按照標(biāo)定參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫濕度值。利用RS-232串口數(shù)據(jù)線連接梅特勒天平6，PC機8將按照所設(shè)定的時間間隔自動地進行數(shù)據(jù)采集，最后經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析得到土壤水分運移情況。
權(quán)利要求
1.一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，包括一密封透明裝置(I )，其特征在于，所述密封透明裝置(I)兩側(cè)設(shè)有可以開閉的側(cè)門(2)，所述密封透明裝置(I)頂部設(shè)有紅外燈泡(3),紅外燈泡(3)連接溫控裝置，溫控裝置控制紅外燈泡(3)啟動、斷開； 所述密封透明裝置(I)內(nèi)設(shè)有托盤(5)，所述密封透明裝置(I)內(nèi)設(shè)有梅特勒天平(6); 所述密封透明裝置(I)內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器，溫濕度傳感器通過數(shù)據(jù)采集器(7)連接PC機(8 )，所述梅特勒天平(6 )通過數(shù)據(jù)線連接PC機(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述密封透明裝置(I)設(shè)有不銹鋼板(4)，不銹鋼板位(4)于紅外燈泡(3)下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述密封透明裝置(I)外面包裹有保溫層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述密封透明裝置(I)為密封玻璃箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述保溫層為錫箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述梅特勒天平(6)外部設(shè)有防水外罩。
全文摘要
一種可變環(huán)境條件自動蒸滲測量系統(tǒng)，包括一密封透明裝置，所述密封透明裝置兩側(cè)設(shè)有可以開閉的側(cè)門，所述密封透明裝置頂部設(shè)有紅外燈泡，紅外燈泡連接溫控裝置，溫控裝置控制紅外燈泡啟動、斷開；所述密封透明裝置內(nèi)設(shè)有托盤，所述密封透明裝置內(nèi)設(shè)有梅特勒天平；所述密封透明裝置內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器，溫濕度傳感器連接通過數(shù)據(jù)采集器連接PC機，所述梅特勒天平通過數(shù)據(jù)線連接PC機。本發(fā)明系統(tǒng)可以按照試驗需求調(diào)節(jié)和控制環(huán)境溫濕度并即時采集不同溫濕度條件下任一時刻的土樣的水分運移情況，進而掌控土壤的水分運移情況。
文檔編號G01N5/04GK103217354SQ20131012431
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者張華 , 高抗, 胡文龍, 曹金露, 李茂 申請人:三峽大學(xué)