大量程土壤水吸力测量的吸力平板仪制造技术

本实用新型专利技术以提高测量精度及扩大测量范围为目的，提供了一种用常规的吸力平板仪测量土壤水吸力的两种不同吸力平板结构，可达到测量０－９０ｋｐａ和大于３．３微米的孔隙度。其关键在于将测量量程分为两段，低段使用石英砂吸力平板，高段使用高岭土吸力平板，高岭土吸力平板的结构为上述细石英砂层之上再设置一层高岭土层。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测量土壤水吸力的吸力平板仪，特别是一种大量程土壤水吸力测量的吸力平板仪，属土壤分析仪器。吸力平板仪是土壤实验室里一种多用途的常规仪器，可用于测定土壤水分特性曲线以及可测出土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度，不同含水条件下的土壤三相比等一系列土壤物理参数。目前已使用的有砂蕊漏斗吸力平板仪，但它有易漏气、易破损、精度不够等缺点。英国的一种吸力平板仪最大测定土壤水吸力范围为0-40kpa，只能测定土壤中大于7.5微米的各类孔隙度容积，测量范围受到限制。本技术以提高测量精度及扩大测量范围为目的，提供了二种吸力平板结构，用石英砂平板和高岭土平板，分别完成0-10kpa及10-90kpa两段量程的测量。在叙述本技术的内容前，让我们首先了解一下吸力平板仪的测量原理。所谓吸力平板仪的吸力平板即将一定粗细的砂、土压实成平板，吸力平板充水后，期间的细微孔隙具有很强的持水能力，若在平板下施加一个吸力P(负压)。这个吸力若小于平板内最大孔隙的持水力(毛管引力)时，这种平板只能渗过水流，而不能透过空气。若平板上放置一块被水分饱和了的土样，平板下的吸力为P。土样中一部分水分将通过平板向下渗流。直到土壤的持水力与吸力P相等时，向下运动的水流就停止。如果，再增加吸力，由土样通过平板的水流又开始了。直至土壤持水力与新施加的吸力相等，达到平衡，水分不再运动，记录每一次施加的吸力P值。称重每次达到平衡后的试样。我们就可得到一系列水分吸力与土壤含水量的对应值。将这些对应值在方格纸上作图，就可得出土壤水分特征曲线。根据茹林公式，可以算出与相应吸力相当的土壤孔隙直径。d=3p]]>式中d-与吸力相当的土壤孔隙直径(毫米)p-吸力平板下所施加的吸力(厘米水柱高)这样我们就可从不同吸力下土壤释出的水量，进一步就可绘出土壤孔隙的累积曲线和分布曲线。当然，仪器可测定的土壤吸力范围与吸力平板的本身孔径有关。平板本身的孔隙组成愈细。它所能测定的土壤吸力范围就愈大。但是，这时流经平板的水流速度也愈慢。用过细的平板去测定低吸力区段的土壤水量(或孔隙量)，将使测试时间大大延长。比较理想的吸力平板的孔隙组成，应稍小于被测的多孔体孔径。二者的孔径差异最好在一个数量级左右。这样，测定时既不会发生漏气现象，又使测定所需的平衡时间大为缩短。依据上述原理，为了使测量量程扩大多个数量级，本技术的关键在于用常规的吸力平板仪进行测量，该吸力平板仪包括吸力平板及其与其配套的其他公知测量部件，其特征是将测量量程分解为由低至高至少两段，每段测量范围分别选用孔隙度不同的吸力平板。将测量量程分为两段，低段使用石英砂吸力平板，用公知的水柱平衡法及其相应的测量部件完成0-10kpa范围测量，高段使用高岭土吸力平板，用公知的减压法及其相应的测量部件完成10-90kpa范围测量。石英砂吸力平板的结构为在一容器内，自容器底面起向上依次设置紧实的粗石英砂层和细石英砂层，二层间设有隔离布，容器底面上设有通负压的孔；所说高岭土吸力平板的结构为上述细石英砂层之上再设置一层高岭土层。石英砂吸力平板中粗石英砂粒径为1-2mm，细石英砂粒径为20-100um，粗石英砂层厚为2-3cm，细石英砂层厚7-9cm，二层之间为化纤布隔离，高岭土粒径10um左右，层厚10mm左右。附图及实施例附图说明图1为0-10kpa石英吸力平板仪示意图；图2为10-90kpa高岭土吸力平板仪示意图。参看图1为石英砂吸力平板装置的示意图，用来测定0-10千帕斯卡吸力范围。其工作原理为水柱平衡法。整个装置由水位瓶1、供水瓶2、沉淀瓶3和石英砂平板砂浴四部分组成。石英砂平板是在容器(铝锅)4内，由底部向上设置粗石英砂层5、细石英砂层6构成，二层之间有化纤布7隔离，容器底部有导水(气)螺柱8，整个石英砂平板置于木架9上。石英砂浴上放置土壤试样10，试样通常用环刀在田间直接采取。吸力大小由水位瓶控制，吸力h(厘米水)即为土壤样品的中点(样品平均高度)到排水面的垂直距离(厘米数)。当水分饱和后的土样放入砂浴后，土样中吸力小于h厘米水的那部分土壤孔隙内的水分，经排水孔排出。相反，若土壤样品的吸力大于h厘米水时，此时排水口成为进气口，随着空气进入，水由水位瓶补给土样，直至土样的吸力等于h厘米水为止。供水瓶也是为了保持砂浴内经常充满水而设置的。试验结束后，可打开供水瓶开关K1及砂浴的连接开关K3，使砂浴中充满水。12为水位瓶支架，11为水位瓶的排水口也是进气口，K2、K4也是阀门开关。参看图2，10-90千帕斯卡土壤含水量测量是在高岭土吸力平板上进行的。它是由真空泵1、水汽吸收瓶2、缓冲瓶3、水银压力计12和高岭土吸力平板等部分所组成。高岭土吸力平板是在铝锅容器4内，由底部向上设置粗石英砂层5，细石英砂层6，二层之间有化纤隔离布7，细石英砂层之上再设高岭土层11，8为容器底部的导气(水)螺栓，9为木架，10为土样。T1-T5为阀门开关。测定是用减压法原理进行的。真空泵实施减压，水银压力计显示所施加的吸力即二臂水银柱的高差h(厘米)乘系数1.36为吸力的千帕斯卡数。水汽吸收瓶与1000ML缓冲瓶均为保护真空泵所设。前者用150毫升浓硫酸(每年换一次新的)，后者为一空瓶，防止浓硫酸浅入真空泵。进行测量的步骤如下将采好土样的环刀放在水槽里，每个环刀下填有透水石。为了防止土壤在泡水后的散落，可在环刀下方垫一层滤纸。若装的是松散土样，环刀下不但要放一张滤纸，还要用纱布扎好。然后，向水槽内注水，水面超过透水石约10m，放置2小时，使水自然上吸，再加水至离环部上缘半厘米处，放置一昼夜使土壤被水饱和，特别紧实，粘重的土样泡水时间应延长。土壤饱和后，将水槽中水放去，使水面与透水石上缘相平。这时环刀内土样平均承受的吸力(毫巴数)为环刀高度(厘米数)的一半。假如环刀高为5厘米，则其吸力为2.5厘米水。如此放置24小时。然后，将环刀取出，用干布抹去环刀外面水分，称得重量为g3(精确到0.1克)。称重后的土样放入石英砂，调节水位瓶的高度，使h等于15厘米，关闭K1、K4阀门。打开K2、K3阀门。放置24小时后，称重土样。得重量g4。称重后土样仍放回石英砂浴。再调节水位高度，使h等于30厘米。24小时后，再称土样得重量g5。接着再做h等于60、100厘米水柱吸力级。在石英浴做完100厘米水柱吸力这一级后，土样放入高岭土吸力平板装置，依次做300、600、900厘米水柱各级。开动真空泵，打开T2、T3、T4，使压力计指示在相应的吸力值。然后将T2处关紧即可。如300厘米水柱吸力时，水银压力计二臂的高差应是22.1厘米。水银压力计始终指示在同一压力值上，否则应开动真空泵调正。在石英砂吸力平板上，每测试一级，所需平衡时间为24小时，在高岭土吸力平板上，300、600、900厘米水柱这三级所需测定平衡时间分别为3天、7天和15天。平衡时间的延长是由于土壤愈干、土中水流速度愈慢的缘故。需要测试那一吸力、一共测试几级，这由研究者根据所研究的问题的需要来决定，通常可测2.5、15、30、60、300、600厘米水柱这几级。在高岭土吸力平板上做完最后一级以后，将土样在电热板上烘干，再在烘箱里105℃烘至恒重(称得g2)。最后，称出本文档来自技高网...

【技术保护点】
大量程土壤水吸力测量的吸力平板仪，该吸力平板仪包括吸力平板及与其配套的相应水容器、管路、阀门、压力计，其特征是吸力平板为石英砂吸力平板和高岭土吸力平板，石英砂吸力平板的结构为在一容器内，自容器底面起向上依次设置紧实的粗石英砂层和细石英砂层，二层间设有隔离布，容器底面上设有通负压的孔；高岭土吸力平板的结构为上述细石英砂层之上再设置一层高岭土层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐富安，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]