專利名稱：一種全自動土柱淋濾實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境工程及地下水模擬實驗裝置，尤其是涉及一種全自動土柱淋濾實驗裝置。
背景技術：
近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)地表水及土壤已遭到不同程度的污染，這些污
染威脅著地下水的開發(fā)利用，影響著城市的發(fā)展和人民的健康。土柱淋濾實驗是動態(tài)吸附研究的一種有效手段，能在很大程度上客觀的反應模擬區(qū)域土壤或河床沉積物對污染物質(zhì)的吸附容量和阻滯能力，對環(huán)境風險評價具有重要的參考價值。目前，實驗室用土柱淋濾實驗裝置原理基本相同，土柱淋濾實驗裝置一般由目標污染物溶液流出裝置34、土柱柱體35、采樣容器36、多余目標污染物溶液收集裝置37和水泵38組成(如圖I所示);配制的目標污染物溶液經(jīng)目標污染物溶液流出裝置34流出，通過配套閥門46調(diào)節(jié)流速，土柱柱體35的上端側壁上開有小孔，多余的目標污染物溶液從小孔流出，經(jīng)多余目標污染物溶液收集裝置37收集后通過水泵38送回至目標污染物溶液流出裝置34，確保恒定水頭高度；土柱柱體35內(nèi)壓實盛裝模擬區(qū)域土壤或沉積物，目標污染物溶液穿透土柱柱體35內(nèi)土壤或沉積物，由采樣容器36收集后進行后續(xù)測定。在實際操作中，存在以下問題( I) 土柱柱體上端持續(xù)恒定水頭高度靠側壁上的小孔保證，開孔破壞了土柱柱體的結構，使土柱柱體只適用于當前一種水頭高度，不能根據(jù)不同實驗需求調(diào)整水頭高度。(2) 土柱柱體內(nèi)的土壤或沉積物難以取出，土柱柱體內(nèi)部不易清洗，在土柱淋濾實驗結束后，要分層取出土柱柱體內(nèi)的土壤或沉積物，測定目標污染物在其中不同深度的含量，直觀的獲得土壤或沉積物對目標污染物的截留能力。由于土柱柱體細長且只有上端開口，因此只能選擇從上端將土壤或沉積物取出，不僅不易操作，且還可能造成挖取工具被上層土壤或沉積物中高濃度的目標污染物污染，造成實驗偏差。土柱柱體內(nèi)的清洗工作也不易進行，若清洗不干凈，土柱柱體內(nèi)壁上殘留的目標污染物會影響下一次實驗。(3)采樣工作繁重，土柱淋濾實驗采樣時一般要求等體積采樣，即每次采樣體積為實驗所用土壤或沉積物的有效孔隙體積，采集每一個單位孔隙體積樣品的時間又存在一定差異。實驗要求連續(xù)性極強，周期最長可達數(shù)月之久。目前常用的土柱淋濾實驗采樣容器多為具有刻度的玻璃器皿(如燒杯、刻度比色管等)，采樣時由實驗人員守候，待接滿一個孔隙體積的樣品后更換下一個容器，同時記錄耗時。土柱淋濾實驗開始后不能中斷，每天24個小時都需要有人守候采樣，期間只能由實驗人員輪流值班，工作量繁重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其結構簡單、設計合理且使用方便，自動化強，節(jié)約了勞動力，便于推廣使用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于包括自動定水頭高度溶液流出裝置和設置在所述自動定水頭高度溶液流出裝置下方的可拆卸土柱柱體，以及設置在所述可拆卸土柱柱體下方的自動連續(xù)采樣裝置；所述自動定水頭高度溶液流出裝置包括目標污染物溶液盛放瓶和自動定水頭高度機構，所述目標污染物溶液盛放瓶上設置有與其相連通的目標污染物溶液排出管道，所述自動定水頭高度機構包括磁塊、閥門、轉輪、拉線和浮力球，所述磁塊設置在目標污染物溶液排出管道上，所述閥門安裝在目標污染物溶液排出管道上且與磁塊配合使用，所述拉線纏繞在轉輪上，所述拉線的一端與閥門連接，所述拉線的另一端連接浮力球；所述自動連續(xù)采樣裝置包括采樣盤、電機、繼電器、電源和計時器，所述電機設置在采樣盤的下方且?guī)硬蓸颖P旋轉，所述電機通過繼電器與電源連接，所述計時器與繼電器連接且用于對繼電器的接通與斷開時間進行計時；所述采樣盤的上表面一周均勻開有多個凹槽，所述試驗管的內(nèi)部安裝有第一液面探測針和第二液面探測針，所述第一探測針通過導電線與繼電器連接，所述第二液面探測針通過硬質(zhì)導電線、觸碰式滑槽和導電金屬球與繼電器電連接，所述導電金屬球設置在試驗管的外部且與第二液面探測針連接，所述硬質(zhì)導電線形成導電金屬球支架，所述觸碰式滑槽安裝在所述導電金屬球支架的上端且與導電金屬球配合使用。
上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述可拆卸土柱柱體包括底座和旋轉安裝在底座上的空心柱，所述空心柱上設置有與其相連通的采樣液排出管道，所述空心柱包括主體柱和轉動安裝在主體柱上的旋轉門，所述旋轉門和主體柱通過連接扣件連接閉合。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述目標污染物溶液排出管道上安裝有用于調(diào)節(jié)目標污染物溶液流速的流量閥。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述轉輪上安裝有便于其旋轉的把手。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述底座的上表面中心開有盲孔，所述盲孔的底部設置有防漏墊圈，所述盲孔的內(nèi)壁上設置有內(nèi)螺紋，所述空心柱的下端外壁上設置有與內(nèi)螺紋配合使用的外螺紋。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述連接扣件由固定在旋轉門上的第一^^扣和固定在主體柱上第二卡扣，以及將第一^^扣和第二卡扣固定在一起的螺栓三部分組成，所述第一卡扣與第二卡扣配合使用；所述旋轉門的兩側且與主體柱連接位置處均貼有密封貼。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述旋轉門通過合頁轉動安裝在主體柱上。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述主體柱的外壁上且靠近第二卡扣位置處設置有標高刻度尺。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述第一探測針和第二探測針上均設置有用于調(diào)節(jié)其高度的高度調(diào)節(jié)旋鈕，所述高度調(diào)節(jié)旋鈕設置在試驗管的外部。上述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述目標污染物溶液盛放瓶為玻璃瓶，所述浮力球為硬質(zhì)塑料空心球。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明采用自動定水頭高度溶液流出裝置和自動連續(xù)采樣裝置，不需要實驗人員手動采集樣品，實現(xiàn)了自動化，減輕了實驗人員的勞動強度；不破壞土柱柱體的結構，實現(xiàn)了水頭高度的調(diào)節(jié)，以適應不同實驗需求。2、傳統(tǒng)土柱淋濾實驗裝置的土柱柱體不可拆卸，分層取出土柱柱體內(nèi)的土壤或沉積物時不易操作，還可能造成挖取工具被上層土壤或沉積物中高濃度的目標污染物溶液污染，造成實驗偏差，土柱柱體內(nèi)部的清洗工作也不易進行。與傳統(tǒng)的土柱淋濾實驗裝置相比,本發(fā)明采用可拆卸土柱柱體,卸下土柱柱體的底座，空心柱從側面打開后,土壤或沉積物樣品可不受污染分層采集，實驗結束后，空心柱內(nèi)部的清洗也變得十分容易；另外，標高刻度尺還可直觀的反應所采集土壤或沉積物的填充高度。3、本發(fā)明操作簡單，使用方便，自動化強，便于推廣，并且制作簡便，有較高的經(jīng)濟價值。4、本發(fā)明適用于不同水頭高度和不同采樣體積及個數(shù)的土柱淋濾實驗，其中自動連續(xù)采樣裝置還適用于除土柱淋濾實驗外，實驗室其它需要連續(xù)等體積采樣的實驗，應用范圍廣。
5、可進行批量生產(chǎn)，便于大規(guī)模的推廣應用。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖I為現(xiàn)有土柱淋濾實驗裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的整體結構示意圖。圖3為本發(fā)明可拆卸土柱柱體的爆破圖。圖4為本發(fā)明自動連續(xù)采樣裝置的結構示意圖。附圖標記說明I一目標污染物溶液盛放瓶；1-1 一目標污染物溶液排出管道；2一磁塊； 3—流量閥；4一浮力球；5-1—第一液面探測針； 5-2—第二液面探測針；6—拉線；7—轉輪; 8—把手；9—閥門；10一第扣； 11 一合頁；11-1 一旋轉門；12—底座； 12-1—盲孔；13—密封貼；14一防漏塾圈； 15-1—內(nèi)螺紋；15-2—外螺紋；16—主體柱； 17—刻度尺；18—第二卡扣；19—螺栓； 20—數(shù)據(jù)線；21—凹槽；22一米樣盤； 23 —電機；24—繼電器；25—計時器； 26 —電源；27—硬質(zhì)導電線；28—試驗管； 29—觸碰式滑槽；30—導電金屬球；31一聞度調(diào)節(jié)旋鈕； 32—空心柱；33—米樣液排出管道；34一目標污染物溶液流出裝置；35—土柱柱體；36—采樣容器；37—多余目標污染物溶液收集裝置；38—7jC泵；46—配套閥門。
具體實施例方式如圖2和圖4所示，本發(fā)明包括包括自動定水頭高度溶液流出裝置和設置在所述自動定水頭高度溶液流出裝置下方的可拆卸土柱柱體，以及設置在所述可拆卸土柱柱體下方的自動連續(xù)采樣裝置；所述自動定水頭高度溶液流出裝置包括目標污染物溶液盛放瓶I和自動定水頭高度機構，所述目標污染物溶液盛放瓶I上設置有與其相連通的目標污染物溶液排出管道1-1，所述自動定水頭高度機構包括磁塊2、閥門9、轉輪7、拉線6和浮力球4，所述磁塊2設置在目標污染物溶液排出管道1-1上，所述閥門9安裝在目標污染物溶液排出管道1-1上且與磁塊2配合使用，所述拉線6纏繞在轉輪7上，所述拉線6的一端與閥門9連接，所述拉線6的另一端連接浮力球4 ;所述自動連續(xù)采樣裝置包括采樣盤22、電機23、繼電器24、電源26和計時器25，所述電機23設置在采樣盤22的下方且?guī)硬蓸颖P22旋轉，所述電機23通過繼電器24與電源26連接，所述計時器25與繼電器24連接且用于對繼電器24的接通與斷開時間進行計時；所述采樣盤22的上表面一周均勻開有多個凹槽21，所述試驗管28的內(nèi)部安裝有第一液面探測針5-1和第二液面探測針5-2，所述第一探測針 5-1通過導電線20與繼電器24連接，所述第二液面探測針5-2通過硬質(zhì)導電線27、觸碰式滑槽29和導電金屬球30與繼電器24電連接，所述導電金屬球30設置在試驗管28的外部且與第二液面探測針5-2連接，所述硬質(zhì)導電線27形成導電金屬球支架，所述觸碰式滑槽29安裝在所述導電金屬球支架的上端且與導電金屬球30配合使用。其中，硬質(zhì)導電線27的外部套有絕緣套，以保證操作安全。如圖3所示，所述可拆卸土柱柱體包括底座12和旋轉安裝在底座12上的空心柱32，所述空心柱32上設置有與其相連通的采樣液排出管道33，所述空心柱32包括主體柱16和轉動安裝在主體柱16上的旋轉門11-1，所述旋轉門11-1和主體柱16通過連接扣件連接閉合；所述連接扣件由固定在旋轉門11-1上的第一卡扣10和固定在主體柱16上第二卡扣18，以及將第一^^扣10和第二卡扣18固定在一起的螺栓19三部分組成，所述第一^^扣10與第二卡扣18配合使用；所述旋轉門11-1的兩側且與主體柱16連接位置處均貼有密封貼13，以確保防水性能。如圖2所示，所述目標污染物溶液排出管道1-1上安裝有用于調(diào)節(jié)目標污染物溶液流速的流量閥3，流量閥3保證了閥門9打開時目標污染物溶液以適當?shù)牧苛鞒?，不會超過下降的水頭高度。具體使用時，可以通過旋轉流量閥3來調(diào)整限流能力。如圖2所示，所述轉輪7上安裝有便于其旋轉的把手8。使用時，可根據(jù)實際情況通過把手8轉動轉輪7來調(diào)節(jié)拉線6的長度。如圖3所示，所述底座12的上表面中心開有盲孔12-1，所述盲孔12-1的底部設置有防漏墊圈14，所述盲孔12-1的內(nèi)壁上設置有內(nèi)螺紋15-1，所述空心柱32的下端外壁上設置有與內(nèi)螺紋15-1配合使用的外螺紋15-2。如圖3所示，所述旋轉門11-1通過合頁11轉動安裝在主體柱16上。如圖3所示，所述主體柱16的外壁上且靠近第二卡扣18位置處設置有標高刻度尺17，可直觀的反應所采集土壤或沉積物的填充高度。如圖4所示，所述第一探測針5-1和第二探測針5-2上均設置有用于調(diào)節(jié)其高度的高度調(diào)節(jié)旋鈕31，所述高度調(diào)節(jié)旋鈕31設置在試驗管28的外部。本實施例中，所述目標污染物溶液盛放瓶I為玻璃瓶，所述浮力球4為硬質(zhì)塑料空心球。本發(fā)明的工作原理為在選定水頭高度后，先在可拆卸土柱柱體中加入選定高度的目標污染物溶液，通過把手調(diào)節(jié)拉線6的長度使得拉線6末端所連的浮力球4恰好漂浮在可拆卸土柱柱體的液面上，保證拉線6不受浮力球4重力作用。此時，閥門9因為磁塊2的磁力作用緊緊閉合，目標污染物溶液盛放瓶I中的目標污染物溶液不會流出；當可拆卸土柱柱體的水頭高度下降時，浮力球4沒有液體的浮力，其自身的重力加在拉線6上，閥門9受力增加，當大于磁塊2的吸力時，閥門9打開，目標污染物溶液通過經(jīng)目標污染物溶液排出管道1-1從流量閥3流出，補充下降的水頭高度，此時浮力球4重新漂浮，閥門9閉合，目標污染物溶液停止流出。通過旋轉流量閥3調(diào)整限流能力，以保證目標污染物溶液排出管道1-1打開時目標污染物溶液以適當?shù)牧苛鞒觯粫^下降的水頭高度。目標污染物溶液穿透可拆卸土柱柱體內(nèi)壓實盛裝的模擬區(qū)域土壤或沉積物，由自動連續(xù)采樣裝置收集后進行后續(xù)測定。由于可拆卸土柱柱體可打開側壁，卸下土柱柱體的底座12，空心柱32從側面打開后，土壤或沉積物樣品可不受污染分層采集，實驗結束后，空心柱32內(nèi)部的清洗也變得十分容易。 采用自動連續(xù)采樣裝置采樣時，在選定采樣體積后，通過高度調(diào)節(jié)旋鈕31調(diào)節(jié)第一液面探測針5-1和第二液面探測針5-2的位置，使得第一液面探測針5-1和第二液面探測針5-2的針尖停留在試驗管28的相應刻度線上。第一液面探測針5-1和第二液面探測針5-2的探測回路與繼電器24相連接，隨著樣品的采集，標有刻度的試驗管28內(nèi)液面上升，當采集到預先設定體積的液體樣品時，第一液面探測針5-1和第二液面探測針5-2均與液體相接觸，即第一液面探測針5-1和第二液面探測針5-2通過液體接通形成探測回路，這時繼電器24閉合，繼電器24將電源26與電機23相連，電動機瞬時工作，帶動采樣盤22轉動。與此同時，導電金屬球30在觸碰式滑槽29上滑動，當導電金屬球30滑出觸碰式滑槽29時，探測回路中斷，即電源26與電機23中斷連接，采樣盤22停止旋轉，計時器25記錄并存儲采樣時間，當下一個空的試驗管28停在采樣位置處，試驗管28上所帶的導電金屬球30與觸碰式滑槽29相連，新的液面探測回路構建完成；采集重復上述工作，即可實現(xiàn)等體積自動連續(xù)采樣。旋轉采樣盤上凹槽21用來安放具有刻度的試驗管28，凹槽個數(shù)即所需采集的樣品個數(shù)，可通過更換不同凹槽數(shù)的采樣盤22來滿足不同實驗的需求；觸碰式滑槽29的長度用來控制旋轉采樣盤轉動的距離，確保當導電金屬球30滑出觸碰式滑槽29時，探測回路中斷，采樣盤22停止旋轉，下一個空的試驗管28停在采樣位置處，配有不同長度的觸碰式滑槽29用于搭配不同凹槽數(shù)的采樣盤。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于包括自動定水頭高度溶液流出裝置和設置在所述自動定水頭高度溶液流出裝置下方的可拆卸土柱柱體，以及設置在所述可拆卸土柱柱體下方的自動連續(xù)采樣裝置；所述自動定水頭高度溶液流出裝置包括目標污染物溶液盛放瓶(I)和自動定水頭高度機構，所述目標污染物溶液盛放瓶(I)上設置有與其相連通的目標污染物溶液排出管道(1-1)，所述自動定水頭高度機構包括磁塊(2)、閥門(9)、轉輪(7)、拉線(6)和浮力球(4)，所述磁塊(2)設置在目標污染物溶液排出管道(1-1)上，所述閥門(9 )安裝在目標污染物溶液排出管道(1-1)上且與磁塊(2 )配合使用，所述拉線(6 )纏繞在轉輪(7)上，所述拉線(6)的一端與閥門(9)連接，所述拉線(6)的另一端連接浮力球(4);所述自動連續(xù)采樣裝置包括采樣盤(22)、電機(23)、繼電器(24)、電源(26)和計時器 (25)，所述電機(23)設置在采樣盤(22)的下方且?guī)硬蓸颖P(22)旋轉，所述電機(23)通過繼電器(24)與電源(26)連接，所述計時器(25)與繼電器(24)連接且用于對繼電器(24) 的接通與斷開時間進行計時；所述采樣盤(22)的上表面一周均勻開有多個凹槽(21)，所述試驗管(28 )的內(nèi)部安裝有第一液面探測針(5-1)和第二液面探測針(5-2 )，所述第一探測針(5-1)通過導電線(20 )與繼電器(24)連接，所述第二液面探測針(5-2 )通過硬質(zhì)導電線 (27)、觸碰式滑槽(29)和導電金屬球(30)與繼電器(24)電連接，所述導電金屬球(30)設置在試驗管(28 )的外部且與第二液面探測針(5-2 )連接，所述硬質(zhì)導電線(27 )形成導電金屬球支架，所述觸碰式滑槽(29)安裝在所述導電金屬球支架的上端且與導電金屬球(30) 配合使用。
2.按照權利要求I所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述可拆卸土柱柱體包括底座(12)和旋轉安裝在底座(12)上的空心柱(32)，所述空心柱(32)上設置有與其相連通的采樣液排出管道(33)，所述空心柱(32)包括主體柱(16)和轉動安裝在主體柱(16 )上的旋轉門(11-1 )，所述旋轉門(11-1)和主體柱(16 )通過連接扣件連接閉合。
3.按照權利要求I或2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述目標污染物溶液排出管道(1-1)上安裝有用于調(diào)節(jié)目標污染物溶液流速的流量閥(3)。
4.按照權利要求I或2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述轉輪 (7)上安裝有便于其旋轉的把手(8)。
5.按照權利要求I或2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述底座(12)的上表面中心開有盲孔(12-1 )，所述盲孔(12-1)的底部設置有防漏墊圈(14)，所述盲孔(12-1)的內(nèi)壁上設置有內(nèi)螺紋(15-1)，所述空心柱(32)的下端外壁上設置有與內(nèi)螺紋 (15-1)配合使用的外螺紋(15-2)。
6.按照權利要求2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述連接扣件由固定在旋轉門(11-1)上的第一^^扣(10)和固定在主體柱(16)上第二卡扣(18)，以及將第一^^扣(10)和第二卡扣(18)固定在一起的螺栓(19)三部分組成，所述第一^^扣(10)與第二卡扣(18)配合使用；所述旋轉門(11-1)的兩側且與主體柱(16)連接位置處均貼有密封貼(13)。
7.按照權利要求2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述旋轉門 (11-1)通過合頁(11)轉動安裝在主體柱(16 )上。
8.按照權利要求6所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述主體柱(16)的外壁上且靠近第二卡扣(18)位置處設置有標高刻度尺(17)。
9.按照權利要求I或2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述第一探測針(5-1)和第二探測針(5-2)上均設置有用于調(diào)節(jié)其高度的高度調(diào)節(jié)旋鈕(31)，所述高度調(diào)節(jié)旋鈕(31)設置在試驗管(28)的外部。
10.按照權利要求I或2所述的一種全自動土柱淋濾實驗裝置，其特征在于所述目標污染物溶液盛放瓶(I)為玻璃瓶，所述浮力球(4)為硬質(zhì)塑料空心球?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種全自動土柱淋濾實驗裝置，包括自動定水頭高度溶液流出裝置、可拆卸土柱柱體和自動連續(xù)采樣裝置；自動定水頭高度溶液流出裝置包括目標污染物溶液盛放瓶和自動定水頭高度機構，自動定水頭高度機構包括磁塊、閥門、轉輪、拉線和浮力球；自動連續(xù)采樣裝置包括采樣盤、電機、繼電器、電源和計時器，電機通過繼電器與電源連接，計時器與繼電器連接，采樣盤上表面一周均勻開有多個凹槽，試驗管內(nèi)安裝有第一液面探測針和第二液面探測針，第一探測針通過導電線與繼電器連接，第二液面探測針通過硬質(zhì)導電線、觸碰式滑槽和導電金屬球與繼電器電連接。本發(fā)明結構簡單、設計合理且使用方便，自動化強，節(jié)約了勞動力，適于推廣。
文檔編號G01N33/24GK102707035SQ201210218328
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權日2012年6月28日
發(fā)明者劉凱, 李斌, 楊勝科, 趙鉞, 陳靜 申請人:長安大學