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一种土壤接触测量装置

阅读:609发布:2021-06-15

专利汇可以提供一种土壤接触测量装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 土壤 接触 角 测量装置,其中,供 水 机构用于实现实时供水,以保证试验过程中 水头 稳定;水槽底部设置有底座,底座上设置有用于调整水槽水平面平稳度的底座上支座与底座下支座,利用底座上支座的内 螺纹 与底座下支座的 外螺纹 配合连接旋转调节底座高度,使得水槽中央的水准泡居中,以保证液体表面在同一高度,水槽中央设置有用于承接试验土柱的滤网,试验时试验土柱上端通过土柱固定装置固定,下端与滤网相接触,滤网网孔透水以保证试验土柱与液体充分接触;土柱固定机构中设置有两 块 试管固定横梁,且两块试管固定横梁呈反向布置,适用于不同直径的试验土柱,可同时测定多个不同试验土柱的毛细水上升高度,有效节约时间,提高工作效率。,下面是一种土壤接触测量装置专利的具体信息内容。

1.一种土壤接触测量装置,包括升降机构、供机构、底座、水槽、箱体、有机玻璃柱、土柱固定机构及高清摄像机,其特征在于,升降机构设置在供水机构下方,供水机构通过管道伸入水槽内,并在供水机构出水口安装有用于控制水流流动的流量控制;水槽内安装有液位传感器,且供水机构底部高程高于液位传感器顶部高程;水槽底部安装有用于调平水槽的底座,水槽中央安装有用于承接试验土柱的滤网,试验时试验土柱底部与滤网接触,以确保所有试验土柱底部处于同一高程,同时滤网的滤孔透水不影响土柱吸水过程;水槽上部可自由拆卸连接有箱体,箱体六面镂空,箱体上部连接有用于固定有机玻璃柱的土柱固定机构,土柱固定机构与箱体可自由拆卸连接,试验土柱置于有机玻璃柱中;在位于箱体内壁相对有机玻璃柱前后两侧对边各安装有一个高清摄像机,液位传感器、流量控制阀及高清摄像机分别与设置在供水机构一侧的操作终端连接,操作终端根据液位传感器采集的水位数据控制流量控制阀放水补偿因实验土柱吸水造成的损耗,直至水位恢复至初始实验状态,关闭流量控制阀停止补水;且高清摄像机试验时始终与电源连接,避免因电量不足影响试验数据的录入,试验开始后,数据终端控制高清摄像机开启录像功能,以获得湿润锋上升高度和时间;
升降机构中,升降导轨由可轴向滑动间隙配合的导管与导杆组成,导杆上部与升降上托板固定连接,导管下部与升降下底板固定连接;升降螺杆上端与升降上托板固定连接,且升降螺杆与升降螺母通过内外螺旋配合传动连接,升降螺母安装在升降基座内,升降基座下端与升降下底板固定连接,且升降螺杆、升降基座、升降螺母三者回转中心重合,并在升降螺母外围沿周向设置有蜗轮,升降基座一侧设置有与蜗轮啮合传动的蜗杆,用于驱动蜗杆的升降驱动电机设置在升降基座一侧;升降驱动电机正向驱动蜗杆带动蜗轮旋转,蜗轮带动升降螺母正向旋转驱动升降螺杆上行,升降螺杆推动升降上托板上行,从而将供水机构升起;升降驱动电机反向驱动蜗杆带动蜗轮旋转,蜗轮带动升降螺母反向旋转驱动升降螺杆下行,升降螺杆带动升降上托板下行,从而将供水机构降低。
2.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,水槽内安装有用于观测水槽水平面平稳度的水准泡。
3.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,底座包括底座上支座、底座下支座及拼紧螺母,底座上支座上端设置有用于与水槽底板吸牢的吸盘,底座上支座下端内部设置有内螺纹,底座下支座下端设置有用于与实验台吸牢的吸盘,底座下支座上端设置有外螺纹,底座上支座的内螺纹与底座下支座的外螺纹配合连接旋转以调整水槽的水平,用于拼紧的拼紧螺母安装在外螺纹上。
4.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,水槽一侧设置有排水管,排水管上安装有常闭电磁阀,常闭电磁阀与操作终端连接。
5.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,水槽与箱体通过插销连接,且水槽壁上设置的插销孔与箱体上设置的插销孔对齐。
6.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,升降螺杆外部设置有用于与升降螺母内设置的传动内螺旋结构进行螺旋配合传动连接的传动外螺旋结构。
7.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,有机玻璃柱包括试管柱体与试管标尺,在试管柱体一侧设置有试管标尺。
8.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,土柱固定机构包括多个试管夹、两试管固定横梁及设置在试管固定横梁两端的横梁固定孔,土柱固定机构通过横梁固定孔安装在箱体上,用于固定有机玻璃柱的试管夹沿试管固定横梁轴向均布设置,且两块试管固定横梁呈反向布置。
9.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,升降螺母上端通过升降螺母上轴承安装在升降基座内,升降螺母下端通过升降螺母下轴承安装在升降基座内。
10.根据权利要求1所述的一种土壤接触角测量装置,其特征在于,升降螺母下端设置有用于进行紧固限位的紧螺母。

说明书全文

一种土壤接触测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及测量技术领域,尤其涉及一种土壤接触角测量装置。

背景技术

[0002] 土壤斥性是指水分不能或者很难湿润土壤颗粒表面的物理现象,斥水性的存在使土壤极易形成水蚀或蚀,从而造成严重的环境问题。而对土壤斥水性测定时常用滴水穿透时间法和酒精溶液入渗法,这两种方法虽然能够简单直观地表征土壤斥水性的强度,却不适合用于理论模拟研究,在理论模拟研究时一般用水-固界面接触角θ来表征土壤斥水强度,试验时测量土壤接触角参数的方法一般采用毛管上升法,当θ=0°时土壤为湿润性土;0°<θ<90°时土壤为亚临界性斥水性;θ>90°时为斥水性土壤;为解决上述问题,需研制一种能够准确、批量地进行土壤接触角测定,且节省时间、提高工作效率的装置。

发明内容

[0003] 本发明所解决的技术问题在于提供一种土壤接触角测量装置,以解决上述背景技术中的缺点。
[0004] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005] 一种土壤接触角测量装置,包括升降机构、供水机构、底座、水槽、箱体、有机玻璃柱、土柱固定机构及高清摄像机,其中,升降机构设置在供水机构下方,供水机构通过管道伸入水槽内,并在供水机构出水口安装有流量控制,用于控制水流流动,实现实时补水功能;水槽内安装有液位传感器,且供水机构底部高程应高于液位传感器顶部高程,以实现水流自流,试验时,通过液位传感器检测水槽中的水位;水槽底部安装有用于调平水槽的底座,水槽中央安装有用于承接试验土柱的滤网,试验时试验土柱底部与滤网接触,以确保所有试验土柱底部处于同一高程,同时滤网的滤孔透水不影响土柱吸水过程;水槽上部可自由拆卸连接有箱体,箱体六面镂空,箱体上部连接有用于固定有机玻璃柱的土柱固定机构,土柱固定机构与箱体可自由拆卸连接,试验土柱置于有机玻璃柱中;并在位于箱体内壁相对有机玻璃柱前后两侧对边各安装有一个高清摄像机,液位传感器、流量控制阀及高清摄像机分别与设置在供水机构一侧的操作终端连接,操作终端根据液位传感器采集的水位数据控制流量控制阀放水补偿因实验土柱吸水造成的损耗,直至水位恢复至初始实验状态,关闭流量控制阀停止补水;且高清摄像机试验时始终与电源连接,避免因电量不足影响试验数据的录入,试验开始后,数据终端控制高清摄像机开启录像功能,将试验过程中土壤湿润锋运移过程全程记录,以获得湿润锋上升高度和时间;
[0006] 升降机构中,升降导轨由可轴向滑动间隙配合的导管与导杆组成,导杆上部与升降上托板固定连接,导管下部与升降下底板固定连接;升降螺杆上端与升降上托板固定连接,且升降螺杆与升降螺母通过内外螺旋配合传动连接,升降螺母安装在升降基座内,升降基座下端与升降下底板固定连接,且升降螺杆、升降基座、升降螺母三者回转中心重合,并在升降螺母外围沿周向设置有蜗轮,升降基座一侧设置有与蜗轮啮合传动的蜗杆,用于驱动蜗杆的升降驱动电机设置在升降基座一侧;升降驱动电机正向驱动蜗杆带动蜗轮旋转,蜗轮带动升降螺母正向旋转驱动升降螺杆上行,升降螺杆推动升降上托板上行,从而将供水机构升起;升降驱动电机反向驱动蜗杆带动蜗轮旋转,蜗轮带动升降螺母反向旋转驱动升降螺杆下行,升降螺杆带动升降上托板下行,从而将供水机构降低。
[0007] 在本发明中,水槽内安装有用于观测水槽水平面平稳度的水准泡。
[0008] 在本发明中,底座包括底座上支座、底座下支座及拼紧螺母,底座上支座上端设置有用于与水槽底板吸牢的吸盘,底座上支座下端内部设置有内螺纹,底座下支座下端设置有用于与实验台吸牢的吸盘,底座下支座上端设置有外螺纹,底座上支座的内螺纹与底座下支座的外螺纹配合连接旋转以调整水槽的水平,用于拼紧的拼紧螺母安装在外螺纹上。
[0009] 在本发明中,水槽一侧设置有排水管,排水管上安装有常闭电磁阀,常闭电磁阀与操作终端连接,当试验结束时,由操作终端发送信号至常闭电磁阀打开直接排水,进而实现全程操作的自动化。
[0010] 在本发明中,水槽与箱体通过插销连接,且水槽壁上设置的插销孔与箱体上设置的插销孔对齐,通过插销固定,以防止箱体在外作用下发生滑移。
[0011] 在本发明中,升降螺杆外部设置有用于与升降螺母内设置的传动内螺旋结构进行螺旋配合传动连接的传动外螺旋结构。
[0012] 在本发明中,有机玻璃柱包括试管柱体与试管标尺,在试管柱体一侧设置有试管标尺,用于读取土壤湿润锋上升的高度。
[0013] 在本发明中,土柱固定机构包括多个试管夹、两试管固定横梁及设置在试管固定横梁两端的横梁固定孔,土柱固定机构通过横梁固定孔安装在箱体上,用于固定有机玻璃柱的试管夹沿试管固定横梁轴向均布设置,且两块试管固定横梁呈反向布置,以节省空间,且两块试管固定横梁上的试管夹交错布置,以避免试验过程中试验土柱之间相互影响。
[0014] 在本发明中,升降螺母上端通过升降螺母上轴承安装在升降基座内,升降螺母下端通过升降螺母下轴承安装在升降基座内。
[0015] 在本发明中,升降螺母下端设置有用于进行紧固限位的紧螺母。
[0016] 有益效果:
[0017] 1)本发明设置有供水机构用于实现实时供水,以保证试验过程中水头稳定,实现试验的精确控制;
[0018] 2)本发明在水槽底部设置有底座,底座上设置有用于调整水槽水平面平稳度的底座上支座与底座下支座,利用底座上支座的内螺纹与底座下支座的外螺纹配合连接旋转调节底座高度,使得水槽中央的水准泡居中,以保证液体表面在同一高度,水槽中央设置有用于承接试验土柱的滤网,试验时试验土柱上端通过土柱固定装置固定,下端与滤网相接触,滤网网孔透水以保证试验土柱与液体充分接触;
[0019] 3)本发明的土柱固定机构中设置有两块试管固定横梁,且两块试管固定横梁呈反向布置,适用于不同直径的试验土柱,可同时测定多个不同试验土柱的毛细水上升高度,有效节约时间,提高工作效率;
[0020] 4)本发明的箱体六面镂空,便于观察试验土柱湿润锋运移情况;
[0021] 5)本发明中各部分独立,可现场安装拆卸,使用方便。附图说明
[0022] 图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
[0023] 图2为本发明的较佳实施例的实验状态下示意图。
[0024] 图3为本发明的较佳实施例中的水槽与底座结构示意图。
[0025] 图4为本发明的较佳实施例中的箱体结构示意图。
[0026] 图5为本发明的较佳实施例中的升降机构结构示意图。
[0027] 图6为本发明的较佳实施例中的有机玻璃柱结构示意图。
[0028] 图7为本发明的较佳实施例中的底座结构示意图。
[0029] 图8为本发明的较佳实施例中的土柱固定机构结构示意图。

具体实施方式

[0030] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
[0031] 参见图1~图8的一种土壤接触角测量装置,包括升降机构1、供水机构2、流量控制阀3、底座4、水槽5、液位传感器6、滤网7、水准泡8、常闭电磁阀9、箱体10、有机玻璃柱11、土柱固定机构12及高清摄像机13,其中,升降机构1设置在供水机构2下方,供水机构2通过管道伸入水槽5内,并在供水机构2出水口安装有流量控制阀3,用于控制水流流动,实现实时补水功能;水槽5内安装有液位传感器6与水准泡8,且供水机构2底部高程应高于液位传感器6顶部高程,以实现水流自流,试验时,通过液位传感器6检测水槽5中的水位;液位传感器6和流量控制阀3分别与设置在供水机构2一侧的操作终端连接,操作终端根据液位传感器6采集的水位数据控制流量控制阀3放水补偿因实验土柱吸水造成的损耗,直至水位恢复至初始实验状态,关闭流量控制阀3停止补水;水槽5的四角安装有用于调平水槽5的底座4,试验时首先通过底座4调平水槽5,通过水准泡8观测水槽5水平面平稳度,再调节升降机构1与供水机构2的高度,以保证试验过程中液面平稳;水槽5中央安装有滤网7,滤网7的作用是用于承接试验土柱,试验时试验土柱底部与滤网7接触,以确保所有试验土柱底部处于同一高程,同时滤网7的滤孔透水不影响土柱吸水过程;水槽5左侧设置有排水管,排水管上安装有常闭电磁阀9,当试验结束时,由操作终端发送信号至常闭电磁阀9打开直接排水,进而实现全程操作的自动化;水槽5上部连接有箱体10,水槽5与箱体10可自由拆卸,通过插销连接,试验时将水槽5调平后,将箱体10放置在水槽5上方,且水槽5壁上的插销孔与箱体10上的插销孔对齐,通过插销固定,以防止箱体10在外力作用下发生滑移;箱体10六面镂空,上部连接有用于固定有机玻璃柱11的土柱固定机构12,土柱固定机构12与箱体10优先使用插销固定,便于拆卸,试验土柱置于有机玻璃柱11中;位于箱体10内壁相对有机玻璃柱11前后两侧对边各安装有一个高清摄像机13,高清摄像机13试验时始终与电源连接,从而避免因电量不足影响试验数据的录入,试验开始后,数据终端控制高清摄像机13开启录像功能,将试验过程中土壤湿润锋运移过程全程记录,并通过数据线与上位机连接,由上位机读取录像数据资料,以获得湿润锋上升高度和时间。
[0032] 在本实施例中,升降机构1包括升降上托板1-1、升降螺母上轴承1-2、升降螺杆1-3、升降基座1-4、升降导轨1-5、升降驱动电机1-6、锁紧螺母1-7、升降螺母1-8、升降螺母下轴承1-9、升降下底板1-10,升降导轨1-5由导管和导杆组成,导杆上部与升降上托板1-1固定连接,导管下部与升降下底板1-10固定连接,导管和导杆可轴向滑动间隙配合,对升降上托板1-1起到限位导向作用;升降螺杆1-3上端与升降上托板1-1固定连接,且升降螺杆1-3外部设置有传动外螺旋结构,升降基座1-4下端与升降下底板1-10固定连接,升降螺母1-8上端通过升降螺母上轴承1-2安装于升降基座1-4内,升降螺母1-8下端通过升降螺母下轴承1-9安装于升降基座1-4内,且升降螺母1-8下端通过锁紧螺母1-7紧固限位,升降螺杆1-
3、升降基座1-4、升降螺母1-8三者回转中心重合,升降螺母1-8内设置有传动内螺旋结构,升降螺杆1-3与升降螺母1-8通过内外螺旋配合传动,升降螺母1-8外围沿周向设置有蜗轮,升降基座1-4一侧设置有蜗杆,蜗杆与蜗轮啮合传动,升降驱动电机1-6设置于升降基座1-4一侧驱动蜗杆;升降驱动电机1-6正向驱动蜗杆带动蜗轮旋转,蜗轮带动升降螺母1-8正向旋转驱动升降螺杆1-3上行,升降螺杆1-3推动升降上托板1-1上行;升降驱动电机1-6反向驱动蜗杆带动蜗轮旋转,蜗轮带动升降螺母1-8反向旋转驱动升降螺杆1-3下行,升降螺杆
1-3带动升降上托板1-1下行。
[0033] 在本实施例中,底座4包括底座上支座4-1、底座下支座4-2及拼紧螺母4-3,底座上支座4-1上端设置有吸盘,底座上支座4-1下端内部设置有内螺纹,底座下支座4-2下端设置有吸盘,底座下支座4-2上端设置有外螺纹,底座上支座4-1的内螺纹与底座下支座4-2的外螺纹配合旋转以调整水槽5的水平,调整水平后通过设置于外螺纹上的拼紧螺母4-3拼紧,底座上支座4-1上端吸盘用于与水槽5底板吸牢,4-2下端吸盘用于与实验台吸牢。
[0034] 在本实施例中,有机玻璃柱包括试管柱体11-1与试管标尺11-2,在试管柱体11-1一侧设置有试管标尺11-2,用于读取土壤湿润锋上升的高度。
[0035] 在本实施例中,土柱固定机构12包括多个试管夹12-1、两块试管固定横梁12-2及设置在试管固定横梁12-2两端的横梁固定孔12-3,土柱固定机构12通过横梁固定孔12-3安装于箱体10上,用于固定有机玻璃柱11的试管夹12-1沿试管固定横梁12-2轴向均布设置,且试管夹12-1在试管固定横梁12-2上可活动旋转;两块试管固定横梁12-2呈反向布置,以节省空间,且两块试管固定横梁12-2上的试管夹12-1交错布置,以避免试验过程中试验土柱之间相互影响。
[0036] 在本实施例中,采用改进后的Washburn公式计算液-土界面的接触角θ:
[0037] 改进后的Washburn公式如下
[0038]
[0039] 式(1)中,h为液体湿润锋在试验土柱中的上升高度(cm);L为试验土柱底部浸没在液体中的深度(cm);r为均一的孔隙有效半径(μm),表示颗粒状材料理想化的孔隙系统;γ1为液体的表面张力(J/m2);η为液体的黏度(Pa·s);t为时间(s);
[0040] γ1与η可在化学手册中查得,水、无水乙醇及正辛烷在20℃下的密度为0.99g·cm-3、0.79g·cm-3和0.70g·cm-3,表面张力分别为72.8J·m-2、22.4J·m-2和21.6mJ·m-2,黏度分别为1.00Pa·s、1.19Pa·s和0.54Pa·s,同时无水乙醇与正辛烷是一种完全湿润的液体,通常认为接触角θ=0°,即cosθ=1;在本试验中选为参比液体,用于求得公式(1)中的r因子,将r代入水为供试溶液时的式(1),从而分别求出使用无水乙醇和正辛烷两种参比液体时水-土界面的接触角θ;
[0041] 通过改进后的Washburn公式可准确、批量、清晰、直观测试斥水性土壤的接触角,以观察斥水性土壤中湿润锋的变化规律,适用于不同直径的试验土柱,可同时测定多个不同试验土柱的毛细水上升高度,有效节约时间,提高工作效率。
[0042] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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