本發(fā)明涉及測試裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤水分入滲率測試裝置。

背景技術(shù)：

土壤入滲試驗是農(nóng)業(yè)水土專業(yè)試驗檢測通常項目，對土壤水分入滲參數(shù)的檢測是研究土壤入滲特性及入滲規(guī)律的關(guān)鍵，同時也為農(nóng)田灌溉確定合理的灌溉技術(shù)參數(shù)提供重要依據(jù)。進行土壤的入滲試驗，檢測設(shè)備就顯地尤其重要?，F(xiàn)有進行土壤入滲試驗的測試設(shè)備存在以下缺陷：

1、均為人工操作設(shè)備，操作項目包括土樣裝卸、水頭調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)讀取以及數(shù)據(jù)處理，而且整個測試過程均要求試驗人員參與檢測。

2、現(xiàn)有土壤入滲率的測試裝備在坡地上進行測量時，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不夠。存在自動化程度低，人員勞動工作量大，無法在坡地上進行測量等缺點。

3、在測試過程中，試驗數(shù)據(jù)的讀取主體為試驗人員，讀取結(jié)果受到試驗人員的心理狀態(tài)，測試經(jīng)驗的影響，這樣存在的偶然誤差也容易導(dǎo)致錯誤發(fā)生，將直接影響土壤入滲特性的準(zhǔn)確度。

4、目前的有些土壤入滲設(shè)備是將調(diào)節(jié)負壓的部分與儲水部分分開的，這樣的裝置顯得有些冗雜，不便于攜帶。

5、土壤入滲設(shè)備在非單次測量過程中需要不斷往供水室里加水，加水過程中需要不斷地對裝置進行拆卸，這樣容易導(dǎo)致設(shè)備損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種體積小、攜帶和使用方便、適用性好的土壤水分入滲率測試裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種土壤水分入滲率測試裝置，包括裝置主體，所述裝置主體具有儲水腔和位于儲水腔上方的負壓調(diào)節(jié)腔，所述儲水腔的底部設(shè)有開口并于開口中安裝有入滲盤，所述負壓調(diào)節(jié)腔通過一負壓調(diào)節(jié)管與外部環(huán)境連通，所述負壓調(diào)節(jié)管安裝在裝置主體上并能調(diào)節(jié)負壓調(diào)節(jié)管與負壓調(diào)節(jié)腔的連通口到負壓調(diào)節(jié)腔底部的間距，所述負壓調(diào)節(jié)管與外部環(huán)境的連通口位于負壓調(diào)節(jié)腔上方，所述儲水腔通過進氣管與負壓調(diào)節(jié)腔連通，所述進氣管與負壓調(diào)節(jié)腔的連通口高于所述負壓調(diào)節(jié)管與負壓調(diào)節(jié)腔的連通口，還包括用于測量儲水腔中水量的水量測量組件。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述入滲盤的孔隙度范圍為27%~49%，孔徑大小范圍為7.97×10^-14mm~2.4×10^-2mm。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述進氣管的管徑等于進氣管與儲水腔的連通口到入滲盤的間距。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述水量測量組件為采用壓力傳感器檢測儲水腔中水壓力再轉(zhuǎn)化為水量值的測量儀，所述測量儀的壓力傳感器安裝在儲水腔的底部。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述儲水腔包括相互獨立的上部腔體和下部腔體；所述裝置主體由上主體和下主體構(gòu)成，所述上主體和下主體通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)相連并可繞水平軸線相對轉(zhuǎn)動，所述負壓調(diào)節(jié)腔和上部腔體設(shè)于上主體上，所述下部腔體設(shè)于下主體上，所述上部腔體和下部腔體通過一連通軟管連通，所述進氣管伸入到下部腔體中，且進氣管于上主體和下主體之間設(shè)有一段軟管段。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述土壤水分入滲率測試裝置還包括用于控制連通軟管通斷的第一通斷控制組件和用于控制軟管段通斷的第二通斷控制組件。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述上主體包括第一透明圓管、隔板和橡膠塞，所述第一透明圓管的下端封閉、上端開口，所述隔板安裝在第一透明圓管中并將第一透明圓管的管腔分隔成負壓調(diào)節(jié)腔和上部腔體，所述橡膠塞密封安裝在第一透明圓管的上端開口中，所述橡膠塞設(shè)有安裝通孔，所述負壓調(diào)節(jié)管滑動密封配合安裝在所述安裝通孔中；所述下主體包括第二透明圓管，所述第二透明圓管的下端開口、上端封閉，所述入滲盤安裝在第二透明圓管的下端開口中。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括一組以上轉(zhuǎn)動連接組件，所述轉(zhuǎn)動連接組件包括分別固接于上主體和下主體上的兩個轉(zhuǎn)動連接件，兩個轉(zhuǎn)動連接件通過螺栓和螺帽相互鉸接。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述土壤水分入滲率測試裝置還設(shè)有用于向上部腔體中加水的加水組件；所述加水組件包括安裝在上主體上的水斗，所述水斗與上部腔體同時通過進水通道和通氣通道連通，所述進水通道設(shè)有第一通斷控制閥，所述通氣通道設(shè)有第二通斷控制閥，所述水斗的底部設(shè)有排放閥門。

上述的土壤水分入滲率測試裝置，優(yōu)選的，所述土壤水分入滲率測試裝置還設(shè)有用于支撐并調(diào)節(jié)上主體水平度的可調(diào)水平支撐機構(gòu)，所述可調(diào)水平支撐機構(gòu)包括安裝在上主體上的三根以上可調(diào)伸縮腳桿；各可調(diào)伸縮腳桿還設(shè)有呈平板狀的平衡腳板，所述平衡腳板球鉸接安裝在可調(diào)伸縮腳桿的下端；所述上主體上安裝有水平儀；所述負壓調(diào)節(jié)管上設(shè)有負壓值刻度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的土壤水分入滲率測試裝置，將壓力調(diào)節(jié)腔和儲水腔一體化集中設(shè)置在裝置本體上，其體積小，方便攜帶和使用，可隨時在野外快速測定原狀土壤的入滲率，不僅不會對原狀土壤進行破壞，而且測量速度快。且其負壓值可以通過負壓調(diào)節(jié)管來調(diào)節(jié)，能夠滿足不同的測試要求，具有較好的適用性。

附圖說明

圖1為土壤水分入滲率測試裝置的結(jié)構(gòu)示意簡圖。

圖例說明：

1、裝置主體；11、儲水腔；111、上部腔體；112、下部腔體；113、連通軟管；12、負壓調(diào)節(jié)腔；101、第一透明圓管；102、隔板；103、橡膠塞；104、第二透明圓管；2、入滲盤；3、負壓調(diào)節(jié)管；4、進氣管；41、軟管段；5、壓力傳感器；6、加水組件；61、水斗；62、進水通道；63、通氣通道；64、第一通斷控制閥；65、第二通斷控制閥；66、排放閥門；7、可調(diào)水平支撐機構(gòu)；71、可調(diào)伸縮腳桿；72、平衡腳板；8、止水夾；9、水平儀。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本實施例的土壤水分入滲率測試裝置，包括裝置主體1，裝置主體1具有儲水腔11和位于儲水腔11上方的負壓調(diào)節(jié)腔12，儲水腔11的底部設(shè)有開口并于開口中安裝有入滲盤2，負壓調(diào)節(jié)腔12通過一負壓調(diào)節(jié)管3與外部環(huán)境連通，負壓調(diào)節(jié)管3安裝在裝置主體1上并能調(diào)節(jié)負壓調(diào)節(jié)管3與負壓調(diào)節(jié)腔12的連通口到負壓調(diào)節(jié)腔12底部的間距，負壓調(diào)節(jié)管3與外部環(huán)境的連通口位于負壓調(diào)節(jié)腔12上方，儲水腔11通過進氣管4與負壓調(diào)節(jié)腔12連通，進氣管4與負壓調(diào)節(jié)腔12的連通口高于負壓調(diào)節(jié)管3與負壓調(diào)節(jié)腔12的連通口，還包括用于測量儲水腔11中水量的水量測量組件。上述儲水腔11、負壓調(diào)節(jié)腔12、負壓調(diào)節(jié)管3、進氣管4和入滲盤2構(gòu)成一個馬里奧特瓶裝置，通過調(diào)節(jié)負壓調(diào)節(jié)管3與負壓調(diào)節(jié)腔12的連通口到負壓調(diào)節(jié)腔12底部的間距，可以調(diào)節(jié)儲水腔11內(nèi)部負壓。

本實施例中，入滲盤2的孔隙度范圍為27%~49%，孔徑大小范圍為7.97×10^-14mm~2.4×10^-2mm。該入滲盤2是一個類似于沙土的土壤結(jié)構(gòu)的多孔結(jié)構(gòu)，由不銹鋼材料燒結(jié)制成，具有一定的持水性、釋水性。當(dāng)負壓調(diào)節(jié)管3調(diào)節(jié)的范圍是0.5-7cmh2o負壓時，該入滲盤2可保持住儲水腔11里的水不通過入滲盤2滲漏到大氣中；而當(dāng)入滲盤2平整地接觸到土壤時，儲水腔11中的水又在土壤基質(zhì)勢的作用下流經(jīng)入滲盤2入滲到土壤中。上述結(jié)構(gòu)的入滲盤2基于土壤毛管孔隙理論設(shè)計，經(jīng)試驗測定，其不僅具有符合土壤結(jié)構(gòu)特征的持水性，且能夠有效使水分與土壤充分的接觸，保證水分均勻入滲。

本實施例中，進氣管4的管徑等于進氣管4與儲水腔11的連通口到入滲盤2的間距。由于在入滲過程中，隨著儲水腔11上部水位的降低，會在儲水腔11上部形成一段負壓，此時氣體從進氣管4底部以氣泡形式冒出來補償這段負壓，而進氣管4的管徑等于進氣管4與儲水腔11的連通口到入滲盤2的間距，可使進氣管4底端與入滲盤2之間的距離要大于氣泡的直徑，避免氣泡冒出而影響入滲過程。優(yōu)選的，進氣管4的管徑以及進氣管4與儲水腔11的連通口到入滲盤2的間距最佳為6mm，不僅可保證氣泡冒出不影響入滲過程，同時氣泡虹吸偏移量為零。

本實施例中，水量測量組件為采用壓力傳感器5檢測儲水腔11中水壓力再轉(zhuǎn)化為水量值的測量儀，測量儀的壓力傳感器5安裝在儲水腔11中的底部，采用該種水量測量組件的自動化程度更高，減小了因人為造成的誤差，提高了測試的準(zhǔn)確度和精度。上述測量儀的儀器部分為現(xiàn)有技術(shù)，安裝在測試裝置的外部，其對壓力傳感器5檢測的壓力信號進行處理得到土壤入滲率，并且測量儀還具有信息存儲功能，可對信息和數(shù)據(jù)進行自動收集、記錄。

本實施例中，儲水腔11包括相互獨立的上部腔體111和下部腔體112；裝置主體1由上主體和下主體構(gòu)成，上主體和下主體通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)相連并可繞水平軸線相對轉(zhuǎn)動，負壓調(diào)節(jié)腔12和上部腔體111設(shè)于上主體上，下部腔體112設(shè)于下主體上，上部腔體111和下部腔體112通過一連通軟管113連通，進氣管4伸入到下部腔體112中，且進氣管4于上主體和下主體之間設(shè)有一段軟管段41，上部腔體111和下部腔體112通過連通軟管113連通以及進氣管4設(shè)置軟管段41，不會干擾上主體和下主體的相對轉(zhuǎn)動，同時又能夠保證連通性。在土體表面為坡面時，需使入滲盤2與坡面貼合，由于上主體和下主體通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)相連可繞水平軸線相對于轉(zhuǎn)動，可調(diào)節(jié)上主體相對于下主體轉(zhuǎn)動至保持豎直狀態(tài)（也即調(diào)節(jié)上主體的水平度），這樣既能保證入滲盤2與坡面貼合，又能確保負壓調(diào)節(jié)腔12內(nèi)的液位相對于負壓調(diào)節(jié)腔12和負壓調(diào)節(jié)管3的橫截面平行，也即使負壓調(diào)節(jié)腔12內(nèi)的液位與負壓值刻度平面平行，進而保證負壓值的讀取準(zhǔn)確。

上述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括兩組轉(zhuǎn)動連接組件，各轉(zhuǎn)動連接組件包括分別固接于上主體和下主體上的兩個轉(zhuǎn)動連接件，兩個轉(zhuǎn)動連接件通過螺栓和螺帽相互鉸接，兩個相互鉸接的轉(zhuǎn)動連接件可繞螺栓軸線相對轉(zhuǎn)動，且兩組轉(zhuǎn)動連接組件的轉(zhuǎn)動軸線共線，這樣上主體可繞螺栓軸線相對于下主體轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性好。具體的，上主體和下主體上分別錨固固定一個鋼環(huán)，各鋼環(huán)從邊緣處向外延伸出兩個鋼片，各鋼片分別作為一個轉(zhuǎn)動連接件，固定在上主體上的鋼環(huán)的兩個鋼片分別通過螺栓和螺帽與固定在下主體上的鋼環(huán)的兩個鋼片鉸接。在其他實施例中，轉(zhuǎn)動機構(gòu)也可以僅包括一組轉(zhuǎn)動連接組件。

本實施例中，土壤水分入滲率測試裝置還包括用于控制連通軟管113通斷的第一通斷控制組件和用于控制軟管段41通斷的第二通斷控制組件。第一通斷控制組件和第二通斷控制組件均為止水夾8，止水夾8夾緊連通軟管113和軟管段41時可阻斷連通軟管113和軟管段41的內(nèi)部通道，松開止水夾8可使連通軟管113和軟管段41的內(nèi)部通道連通。

本實施例中，上主體包括第一透明圓管101、隔板102和橡膠塞103，第一透明圓管101的下端封閉、上端開口，隔板102安裝在第一透明圓管101中并將第一透明圓管101的管腔分隔成負壓調(diào)節(jié)腔12和上部腔體111，橡膠塞103密封安裝在第一透明圓管101的上端開口中，橡膠塞103設(shè)有安裝通孔，負壓調(diào)節(jié)管3滑動密封配合安裝在安裝通孔中，負壓調(diào)節(jié)管3可在安裝通孔中滑動調(diào)節(jié)安裝位置，進而調(diào)整負壓調(diào)節(jié)管3下端的高度，也即調(diào)整負壓調(diào)節(jié)管3與負壓調(diào)節(jié)腔12的連通口到負壓調(diào)節(jié)腔12底部的間距；下主體包括第二透明圓管104，第二透明圓管104的下端開口、上端封閉，第二透明圓管104的下端開口作為儲水腔11安裝入滲盤2的開口，入滲盤2安裝在第二透明圓管104的下端開口中。上述第一透明圓管101和第二透明圓管104均為有機玻璃管，入滲盤2以鑲嵌方式可拆卸的安裝在第二透明圓管104的下端口，能夠進行自由拆卸。上述結(jié)構(gòu)的上主體和下主體易于制作和裝配，成本低。

本實施例中，土壤水分入滲率測試裝置還設(shè)有用于向上部腔體111中加水的加水組件6；加水組件6包括安裝在上主體上的水斗61，水斗61與上部腔體111同時通過進水通道62和通氣通道63連通，進水通道62設(shè)有第一通斷控制閥64，通氣通道63設(shè)有第二通斷控制閥65，水斗61的底部設(shè)有排放閥門66。加水時，打開第一通斷控制閥64和第二通斷控制閥65，關(guān)閉排放閥門66，將水加入到水斗61中，水即可通過進水通道62進入到儲水腔11中，而儲水腔11中的空氣可以通過通氣通道63排出。加水完成后，關(guān)閉第一通斷控制閥64和第二通斷控制閥65，打開排放閥門66可將水斗61中的水排干。上述通氣通道63和儲水腔11的連通口位于進水通道62和儲水腔11的連通口上方，儲水腔11可以加水至其中液面與通氣通道63和儲水腔11的連通口平齊。通過加水組件6向儲水腔11補充水，而不需要往復(fù)的拆裝入滲盤2，提高了補水的操作簡便性和效率，減小了測試裝置的破損幾率。并且該加水組件6的結(jié)構(gòu)簡單，操作控制簡便。由于上主體可以調(diào)節(jié)水平度，也即可調(diào)節(jié)上部腔體111內(nèi)的液位與上部腔體111的橫截面平行，方便加水和準(zhǔn)確控制加水量。

本實施例中，土壤水分入滲率測試裝置還設(shè)有可調(diào)水平支撐機構(gòu)7，可調(diào)水平支撐機構(gòu)7用于支撐上主體并可調(diào)節(jié)上主體的水平度。該可調(diào)水平支撐機構(gòu)7包括三根可調(diào)伸縮腳桿71，各可調(diào)伸縮腳桿71固定安裝在上主體上。通過三根可調(diào)伸縮腳桿71可將上主體支撐在地面上，同時調(diào)整各可調(diào)伸縮腳桿71的長度，可調(diào)節(jié)使上主體保持豎直狀態(tài)，也即調(diào)節(jié)上主體的水平度。設(shè)置可調(diào)水平支撐機構(gòu)7后可提高測試裝置放置的穩(wěn)定性，并使其能適用于坡面測量，能夠解決坡面測量難度大、放置不穩(wěn)定、負壓值不易觀測的問題。

上述可調(diào)伸縮腳桿71可采用現(xiàn)有技術(shù)，例如，可調(diào)伸縮腳桿71可包括兩根相互套接的管件，兩根管件之間采用螺釘緊固定位。

本實施例中，各可調(diào)伸縮腳桿71還設(shè)有呈平板狀的平衡腳板72，平衡腳板72球鉸接安裝在可調(diào)伸縮腳桿71的下端，能夠進一步提高平衡性。第一透明圓管101上安裝有水平儀9，便于配合進行調(diào)平；負壓調(diào)節(jié)管3上設(shè)有負壓值刻度，便于觀察和調(diào)節(jié)負壓值。

采用本實施例的土壤水分入滲率測試裝置進行測試時，操作步驟如下：

1、選擇測定點，盡量除去地表的植被和石頭，整理出足夠放置測試設(shè)備的平整地面。如若土表不平整，可在可調(diào)伸縮腳桿71下端平衡腳板72支撐的地面墊上一層薄薄的石英砂或硅藻土，這樣能使測試設(shè)備與土壤的接觸更緊密。

2、向負壓調(diào)節(jié)腔12加水，將入滲水通過負壓調(diào)節(jié)管3加入到負壓調(diào)節(jié)腔12中，或?qū)⑾鹉z塞103拆卸向負壓調(diào)節(jié)腔12加水。注意：不要使用蒸餾水，因為土壤中的水分含有鹽分等溶解的物質(zhì)，使用蒸餾水會改變土壤溶液的離子平衡，使土壤中粘粒聚集或散開。

3、負壓調(diào)節(jié)腔12加滿水后，打開第一通斷控制閥64和第二通斷控制閥65，關(guān)閉排放閥門66，往水斗61內(nèi)注水從而使水加入到儲水腔11中。直到儲水腔11內(nèi)水位與通氣通道63和儲水腔11的連通口平齊，關(guān)閉第一通斷控制閥64和第二通斷控制閥65，再打開排放閥門66排盡水斗61內(nèi)的水。注意：此次加水僅僅是一次入滲開始前（或者一次入滲結(jié)束后）的加水，在入滲過程中不能加水，如果在入滲過程中加水則會改變儲水腔11內(nèi)的負壓。

4、當(dāng)測試裝置豎直懸空放置的情況下入滲盤2沒有水漏出時，可以開始測試。

調(diào)節(jié)好負壓值。移動調(diào)節(jié)負壓調(diào)節(jié)管3在橡膠塞103的安裝通孔中的位置，調(diào)節(jié)負壓調(diào)節(jié)管3與負壓調(diào)節(jié)腔12底部的間距，使負壓調(diào)節(jié)腔12中水面與負壓調(diào)節(jié)管3上相應(yīng)的負壓值刻度持平即可。如果負壓調(diào)節(jié)管3移動困難，可在負壓調(diào)節(jié)管3管壁上涂抹一點真空潤滑油。因為不同類型土壤的水分入滲速率不同，測定體積/時間的變化就比較困難，特別是像沙質(zhì)土壤這樣入滲速度非常快的土壤類型。所以，需要根據(jù)測定的土壤類型調(diào)負壓值以更好的適應(yīng)入滲過程，一般土壤孔隙越大，調(diào)節(jié)的負壓值越大，土壤孔隙越小，調(diào)節(jié)的負壓值也越小。對于大多數(shù)情況來說，2cm的負壓值正合適。沙質(zhì)土壤的入滲速度由于很快，負壓值6cm比較合適；而對于緊實度高入滲慢的土壤來說，建議使用0.5cm的負壓值。上述調(diào)節(jié)的負壓值大小可以依據(jù)測量經(jīng)驗得到，或者通過試驗測量得到，即先使入滲盤2貼合土壤，在根據(jù)入滲過程去調(diào)節(jié)合適的負壓值，最后得到一個合適的負壓值。需要強調(diào)的是：在單次測量過程中，一旦負壓值設(shè)置好了，就不能夠中間調(diào)節(jié)了。

調(diào)節(jié)好負壓值后，利用水平儀9和可調(diào)伸縮腳桿71進行水平調(diào)節(jié)，使水平儀9中圓點位于中心位置。注意：在調(diào)節(jié)水平過程中，應(yīng)盡量減少測試裝置未達到水平而入滲的水量。此時應(yīng)該將負壓值調(diào)節(jié)為最小，待水平后，再將負壓值調(diào)到合適位置。

通過測量儀測定開始時的水量，在水分入滲過程中，每間隔10秒測定并記錄一次水量。待入滲穩(wěn)定后（至少10次測定的水量是相等的），停止測定和記錄，測量儀將數(shù)據(jù)保存至芯片內(nèi)，最后得出的結(jié)果顯示在顯示器上。測量結(jié)束后，按下測量儀的置零鍵，會使測量儀恢復(fù)原始測試狀態(tài)，可進行下一次測試。針對不同的入滲的速率，上述測定并記錄水量的間隔時間依據(jù)具體情況的而定。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進和變換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。