專利名稱：一種土壤水分張力計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量土壤水勢的儀器，土壤張力計(jì)。
背景技術(shù)：
張力計(jì)是測定土壤水勢的儀器。土壤水勢與土壤水的流動以及對植物的有效性有著密切的關(guān)系。用張力計(jì)可測定土壤水的分布，判斷土壤水分狀態(tài)，即同一深度土壤，土壤吸水力愈大，土壤水勢絕對值愈高，，含水量愈少反之，土壤吸水力愈小，土壤水勢絕對值愈小，含水量愈多。所以，張力計(jì)顯示的吸水力數(shù)值，反應(yīng)了土壤中水分變化的情況。為了用張力計(jì)觀測推算出土壤水分，需要建立土壤含水量與土壤水勢關(guān)系曲線，土壤含水量與土壤水勢之間存在以下關(guān)系ρ＝f(h)，稱之為土壤水分特征曲線，以此可由特征曲線推求含水量。
現(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)土壤水分張力計(jì)如申請?zhí)枮?5239050的實(shí)用新型專利是針對某一固定層作為測量目標(biāo)，即只將土壤中某一層的水分和水勢信息加以測量和顯示，而不能同時測量土壤不同層次的水勢。因此，就無法利用某一層土壤水分含量來判斷土壤中水分流動的信息。
另外，申請?zhí)枮?8242319的實(shí)用新型專利，雖然是一種根據(jù)土壤中不同層次水勢作為測量目標(biāo)的復(fù)合式土壤水分張力計(jì)。但由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，仍然存在以下技術(shù)問題1、其采用張力計(jì)桿體與陶土頭固定連接的方式，雖然可以對不同土壤層進(jìn)行測量和顯示，但是，由于陶土頭固定套接在張力計(jì)桿體內(nèi)，且在兩個結(jié)構(gòu)中用土壤進(jìn)行填充，使得進(jìn)行水分測定的陶土頭無法直接與外界土壤進(jìn)行全部接觸，在測量上存在產(chǎn)生誤差的可能；2、張力計(jì)桿體是硬桿結(jié)構(gòu)，將其整體安裝在土壤中，水會沿硬管壁快速入滲，容易造成壁效應(yīng)。
3、該篇專利的改進(jìn)僅僅在于復(fù)合式陶土頭結(jié)構(gòu)上，而對于顯示裝置，其仍采用U型管。其存在觀測不直觀，無法直接顯示土壤剖面水分趨勢，需要通過技術(shù)人員的換算之后，才能得到當(dāng)前土壤中水勢的數(shù)值。2，若設(shè)置多個測頭，需要配合多套U型管進(jìn)行顯示；4、在埋設(shè)方法上，埋設(shè)方法單一，一般采用垂直埋設(shè)，而不能根據(jù)土壤的實(shí)際情況設(shè)計(jì)陶土頭的分布和角度。
因此，需要發(fā)明一種可以針對土壤各層情況進(jìn)行測量和顯示的張力計(jì)，同時還需要避免壁效應(yīng)并解決現(xiàn)有技術(shù)中采用U型管帶來的問題，另外，可以根據(jù)實(shí)地需要埋設(shè)測頭和設(shè)計(jì)顯示裝置，以達(dá)到測量和顯示優(yōu)化的目的。
實(shí)用新型內(nèi)容發(fā)明人根據(jù)長期研究，針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，發(fā)明了一種張力計(jì)，其可以針對土壤各層進(jìn)行測量和顯示，同時還避免了壁效應(yīng)并解決現(xiàn)有技術(shù)中采用U型管帶來的顯示不直觀的問題，另外，根據(jù)實(shí)地需要設(shè)計(jì)了幾種埋設(shè)測頭的方式。
具體的技術(shù)方案為一種土壤水分張力計(jì)，包括測頭、充水裝置、集氣裝置和顯示部分；所述的測頭為多孔陶土管1；所述的測頭中包括單個多孔陶土管1或一組多孔陶土管1，且在每個多孔陶土管1上設(shè)置有充水管2和導(dǎo)壓管3，所述的充水管2為軟管，導(dǎo)壓管3為硬管或軟管中的一種。
所述的集氣裝置中包括集氣瓶4；所述的顯示部分為直管水銀壓力計(jì)。
所述的直管水銀壓力計(jì)包括多支水銀測壓管5、測壓刻度板6和水銀槽7；所述的直管水銀壓力計(jì)中設(shè)置單個水銀槽7與多支水銀測壓管5配合使用。所述的測壓刻度板6上分為兩幅刻度，即為水銀柱高度刻度和水勢刻度。其中，水銀柱高度刻度為毫米刻度，水勢刻度為厘米刻度，觀測時可隨時觀測。
在具體的應(yīng)用中，所述張力計(jì)中包括1-20個多孔陶土管1，且在每個多孔陶土管1上設(shè)置有充水管2和導(dǎo)壓管3，所述的充水管2和導(dǎo)壓管3為軟管；所述集氣瓶4的數(shù)量與陶土管1的數(shù)量適配；單個多孔陶土管1通過導(dǎo)壓管3與單個集氣瓶4連接；各集氣瓶4與所述各支水銀測壓管5連接，測壓刻度板6和水銀槽7配合水銀測壓管5顯示土壤水勢結(jié)果。
本實(shí)用新型是由一個陶土管、一個水銀壓力計(jì)和一個集氣室聯(lián)接而成，其中多孔陶土管是儀器的感應(yīng)部件，當(dāng)陶土管充滿水后便形成張力相當(dāng)大的水膜，阻止空氣的通過，把陶土管埋入土壤后，土壤中的水便通過陶土管的孔隙與土壤水連接，產(chǎn)生水力上的聯(lián)系。當(dāng)陶土管內(nèi)的水勢與土壤水的水勢不相等時，水便由水勢高處向水勢低處流動，直至兩個系統(tǒng)的水勢平衡為止。平衡后顯示的讀數(shù)值，就是當(dāng)時的土壤水勢。
本實(shí)用新型中感應(yīng)部件陶土管在埋設(shè)時不破壞土壤結(jié)構(gòu)。測量采用水銀壓力計(jì)，測量精確。設(shè)有加水管和集氣瓶，容易除氣，可一次更換陶土管里的水。導(dǎo)壓管采用軟管，軟管埋設(shè)可遠(yuǎn)離測點(diǎn)進(jìn)行觀測，避免了水沿硬管壁快速入滲和人為破壞測點(diǎn)環(huán)境的影響。陶土管長期埋在土壤里，內(nèi)壁如有污垢不需要挖出即可清洗。測試過程不受任何土質(zhì)影響，使用方便。同時可定點(diǎn)定位連續(xù)測定，為科學(xué)試驗(yàn)、灌溉、作物生長提供必要的科學(xué)數(shù)據(jù)。


圖1為本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型多個測頭的埋設(shè)方式示意圖；圖3為本實(shí)用新型顯示結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖。
具體各幅附圖中的內(nèi)容將結(jié)合具體的實(shí)施方式加以說明。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
一種土壤水分張力計(jì)，包括測頭、充水裝置、集氣裝置和顯示部分；所述的測頭為多孔陶土管1；所述的測頭中包括單個多孔陶土管1，且在多孔陶土管1上設(shè)置有充水管2和導(dǎo)壓管3，所述的充水管2和導(dǎo)壓管3為軟管，充水管2探到陶土管1內(nèi)距底端3-5毫米處。
所述的集氣裝置中包括集氣瓶4；所述的顯示部分為直管水銀壓力計(jì)。
所述的直管水銀壓力計(jì)包括多支水銀測壓管5、測壓刻度板6和水銀槽7；所述的直管水銀壓力計(jì)中設(shè)置單個水銀槽7與多支水銀測壓管5配合使用。所述的測壓刻度板6上分為兩幅刻度，即為水銀柱高度刻度和水勢刻度。其中，水銀柱高度刻度為毫米刻度，水勢刻度為厘米刻度，觀測時可隨時觀測。
多孔陶土管1通過導(dǎo)壓軟管3與集氣瓶4連接；集氣瓶4與所述多支水銀測壓管5連接，測壓刻度板6和水銀槽7配合水銀測壓管5顯示土壤水勢結(jié)果。
圖2為本實(shí)用新型多個測頭的埋設(shè)方式示意圖。
其中，在埋設(shè)陶土管前，先將陶土管浸泡在水中，排除陶土管空隙的空氣。在確定埋設(shè)地點(diǎn)后，打孔的孔徑要根據(jù)土質(zhì)而定。埋設(shè)張力計(jì)時，注意將陶土管的排氣管出口向上方，有利于排氣。集氣瓶應(yīng)安裝在張力計(jì)的最高位置，使陶土管與導(dǎo)壓軟管內(nèi)產(chǎn)生的氣體能自動升至集氣室。組裝好的張力計(jì)各連接處要保證接牢、密封，以防漏氣。
圖中所示，(A)為垂直式埋設(shè)方式；(B)為斜插式埋設(shè)方式；(C)為彎曲式埋設(shè)方式。陶土管的埋設(shè)方式，陶土管可采用垂直式、斜插式和彎曲式三種方式進(jìn)行埋設(shè)。但不能將陶土管口朝下埋設(shè)。
將陶土管深入預(yù)定深度后，再把泥漿灌注入孔中，待泥漿沉集后再填土，埋設(shè)深層陶土管時，填土要分層，并分層注入水，使松散土體沉實(shí)。
另外，往水銀槽內(nèi)注入的水銀，約占水銀槽容積的4/5，并調(diào)整刻度板水平。
圖3為本實(shí)用新型顯示結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖。圖中，h為水銀柱上升的高度(cm)；H0為陶土管中心與水銀槽中水銀面之間距離(cm)；Δh為水銀柱上升后，水銀槽中的水銀面下降的高度(cm)；土壤基質(zhì)勢的計(jì)算公式Φ＝12.6(h+Δh)-H0(cm水柱)換算成壓力標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量Φ＝(12.6(h+Δh)-H0)/10.2(kpa)其中，Φ土壤基質(zhì)勢，即負(fù)壓值(Kpa)；當(dāng)水銀的面積較大時Δh很小，可取Δh＝0。
權(quán)利要求1.一種土壤水分張力計(jì)，包括測頭、充水裝置、集氣裝置和顯示部分；所述的測頭為多孔陶土管(1)；其特征在于所述的測頭中包括單個多孔陶土管(1)或一組多孔陶土管(1)，且在每個多孔陶土管(1)上設(shè)置有充水管(2)和導(dǎo)壓管(3)，所述的充水管(2)為軟管，導(dǎo)壓管(3)為硬管或軟管中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤水分張力計(jì)，其特征在于所述的測頭中包括單個多孔陶土管(1)，且所述的充水管(2)和導(dǎo)壓管(3)為軟管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤水分張力計(jì)，其特征在于所述的集氣裝置中包括集氣瓶(4)；所述的顯示部分為直管水銀壓力計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土壤水分張力計(jì)，其特征在于所述的直管水銀壓力計(jì)包括多支水銀測壓管(5)，測壓刻度板(6)和水銀槽(7)；所述的直管水銀壓力計(jì)中設(shè)置單個水銀槽(7)與多支水銀測壓管(5)配合使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土壤水分張力計(jì)，其特征在于所述的測壓刻度板(6)上分為兩種刻度，即為水銀柱高度刻度和水勢刻度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的土壤水分張力計(jì)，其特征在于所述張力計(jì)中包括1-20個多孔陶土管(1)，且在每個多孔陶土管(1)上設(shè)置有充水管(2)和導(dǎo)壓管(3)，所述的充水管(2)和導(dǎo)壓管(3)為軟管；所述集氣瓶(4)的數(shù)量與陶土管(1)的數(shù)量適配；單個多孔陶土管(1)通過導(dǎo)壓管(3)與單個集氣瓶(4)連接；各集氣瓶(4)與所述各支水銀測壓管(5)連接，測壓刻度板(6)和水銀槽(7)配合水銀測壓管(5)顯示土壤水勢結(jié)果。
專利摘要本實(shí)用新型屬于測控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量土壤水勢的土壤張力計(jì)。其包括測頭、充水裝置、集氣裝置和顯示部分；測頭為多孔陶土管，且在多孔陶土管上設(shè)置有充水管和導(dǎo)壓管，所述的充水管和導(dǎo)壓管為軟管；本實(shí)用新型中感應(yīng)部件陶土管埋設(shè)時不破壞土壤結(jié)構(gòu)。測量采用水銀壓力計(jì)，測量精確。設(shè)有加水管和集氣瓶，容易除氣，可一次更換陶土管里的水。充水管和導(dǎo)壓管采用軟管，軟管埋設(shè)可遠(yuǎn)離測點(diǎn)進(jìn)行觀測，避免了水沿硬管壁快速入滲和人為破壞測點(diǎn)環(huán)境的影響。陶土管長期埋在土壤里，內(nèi)壁如有污垢不需要挖出即可清洗。測試過程不受任何土質(zhì)影響，使用方便。同時可定點(diǎn)定位連續(xù)測定，為科學(xué)試驗(yàn)、灌溉、作物生長提供必要的科學(xué)數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N19/10GK2809631SQ20052011064
公開日2006年8月23日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者劉彩堂 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所