一种全自动双环入渗测定装置
技术领域
本实用新型属于灌溉排水工程技术领域，具体涉及一种全自动双环入渗测定装置。
背景技术
双环入渗仪是一种用来测量水渗入土壤的渗透速率，进而计算土壤的垂向渗透系数的常用实验设备。渗透速率是指单位时间内单位表面积水的渗入量。双环一般为两个同心圆环，内环控制试验面积，外环保证内环的溶液垂直下渗进而减少侧向渗流，当垂直渗透水流向边缘时，入渗仪的外环就可以起到隔离的作用。由于内环中的水是垂直流动的，因而测量仅限于在内环中进行，通过测量结果和达西定律可以计算出该入渗速率。水资源的利用和农田灌溉中土壤入渗是一项重要的研究内容，不同土壤的入渗速率不同，所以，需要测定不同土壤的入渗速率以及结合其他农业数据，更好的服务农业。
要取得满意的测量结果，一定要考虑以下几个可能影响测量的因素：表面植被、土壤的紧压程度、土壤温度以及土壤分层(地层)。最佳的测量结果是根据土壤的“现场持水量”得出的，现有技术中，双环入渗试验主要分为两类：一种是利用马氏瓶维持内外环的常水头，通过人工读取马氏瓶的刻度来换算入渗量，首先将双环放到试验地点，双手按压双环置入土壤或用铁锤敲击使双环下部均匀进入土壤；然后用马氏瓶给内外环同时供水，保持同一水位不变；然后用秒表记录试验时间，同时记录马氏瓶相应水位的变化。另一种是人工向内外环加水，使水头保持恒定，通过读取加入内环的水量来换算入渗量。但内环直径与供水面面积相同，水面波动难以观察、水不均匀、水位下降不明显等缺点，所以需要一个更加精确的测量土壤入渗的装置。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的提供一种全自动双环入渗测定装置，省去人工观测读数和记录，实现全天候长时间自动运行和计数，同时可以解决现有技术中水面波动难以观察、水不均匀、水位下降不明显导致入渗量测量不精确的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种全自动双环入渗测定装置，包括入渗内环、入渗外环、集成测控单元和储水箱；
所述入渗内环与所述入渗外环均为内部空腔的环体，所述入渗内环与入渗外环同心设置于待测土壤中；所述入渗内环的内壁上设置有水位计，所述水位计用于监测所述入渗内环的水位；
所述集成测控单元包括蠕动泵、流量传感器和微控制器，所述蠕动泵的进水口与所述储水箱连接，所述蠕动泵的出水口与所述入渗内环连接，用于给所述入渗内环补水；所述流量传感器用于计量所述入渗内环的入渗量；所述微控制器与所述蠕动泵、流量传感器和水位计连接，用于确保所述入渗内环的连续定水位自动供水和计量；
所述储水箱与所述入渗外环连接，用于为所述入渗外环供水。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述入渗内环的环壁上开设有内环进水口，所述内环进水口通过第一软管与所述蠕动泵的出水口连通；所述蠕动泵的进水口通过第三软管与所述储水箱连通；
所述入渗外环的环壁上开设有外环进水口，所述外环进水口通过第二软管与所述储水箱连通。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述内环进水口的高度低于所述水位计的高度。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述储水箱的侧壁安装有供水阀，所述储水箱通过供水阀为所述入渗外环和蠕动泵供水。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述入渗外环的内壁设置有浮球阀，所述储水箱通过所述浮球阀的自动启闭为所述入渗外环自动供水和断水。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述浮球阀的高度与所述外环进水口的高度一致。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述流量传感器设置于所述第一软管上，用于对所述入渗内环的入渗量进行计量；
所述微控制器通过数据线分别与所述蠕动泵、流量传感器和水位计连接，将采集的数据自动精确的存储于所述微控制器中。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述集成测控单元还包括电池，所述电池与所述蠕动泵和微控制器连接，用于为所述蠕动泵和微控制器供电。
如上任一所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述入渗内环和所述入渗外环具有相同的高度。
如上所述的全自动双环入渗测定装置，作为优选方案，所述入渗内环和所述入渗外环均为无底无盖的金属圆筒；所述入渗内环和所述入渗外环的下边缘处设置有斜切刃口，斜切刃口的设置有利于将所述入渗内环和入渗外环切入待测土壤中。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：
本实用新型中的全自动双环入渗测定装置可以用于对土壤全天候定水位入渗过程自动测定，在入渗速率较低的情况下仍能保持较高的测量精度；且测量数据能够自动存储，现场无需电脑采集；储水箱在供水的同时，可以随时对储水箱进行补水，对土壤中水入渗量的测量没有影响。
本实用新型中的入渗内环的水位采用水位计进行自动控制，入渗外环的水位采用浮球阀实现自动补水，通过蠕动泵和流量传感器对入渗内环进行供水计量，通过微控制器与蠕动泵、流量传感器和水位计的连接，来确保入渗内环的连续定水位自动供水和计量，流量传感器将采集到的数据储存于微控制器中。
本实用新型中的整个装置可以封装固定，实现便携、易安装的目的，可以适应各种气象工况，该装置可在水利工程、农业灌排管理以及水文、环境、生态领域广泛应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
图1为本实用新型中全自动双环入渗测定装置的结构示意图。
图中：1、入渗内环；101、水位计；102、内环进水口；2、入渗外环；201、浮球阀；202、外环进水口；3、储水箱；4、蠕动泵；5、流量传感器；6、微控制器；7、电池；801、第一软管；802、第二软管；803、第三软管；9、待测土壤。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种全自动双环入渗测定装置，本实用新型中的入渗内环1与入渗外环2设置与待测土壤中，将储水箱3通过蠕动泵4为入渗内环1供水，在入渗内环1的内壁安装有水位计101，采用水位计101对入渗内环1的水位进行自动控制，通过蠕动泵4和流量传感器5对入渗内环1进行供水计量，将蠕动泵4、流量传感器5和水位计101与微控制器6通过数据线进行连接，用于确保入渗内环1的连续定水位自动供水和计量，流量传感器5将采集到的数据储存于微控制器6中；在入渗外环2的内壁安装有浮球阀201，储水箱3为入渗外环2进行供水，通过浮球阀201的自动启闭为入渗外环2自动供水与断水，整个入渗测定的过程是全自动的，该装置可以用于对土壤全天候定水位入渗过程自动测定，在入渗速率较低的情况下仍能保持较高的测量精度；且测量数据能够自动存储，现场无需电脑采集；储水箱3在供水的同时，可以随时对储水箱3进行补水，对土壤中水入渗量的测量没有影响。
本实用新型中的全自动双环入渗测定装置，包括入渗内环1、入渗外环2、集成测控单元和储水箱3。
入渗内环1与入渗外环2均为内部空腔的环体，入渗内环1与入渗外环2同心设置于待测土壤9中；入渗内环1的内壁上设置有水位计101，水位计101用于监测入渗内环1的水位。水位计101将监控到入渗内环1的水位变化，然后将水位变化信息传递到微控制器6，微控制器6启动蠕动泵4，通过蠕动泵4对入渗内环1进行自动补水。
本实用新型的具体实施例中，入渗内环1的环壁上开设有内环进水口102，内环进水口102通过第一软管801与蠕动泵4的出水口连通；蠕动泵4的进水口通过第三软管803与储水箱3连通；入渗外环2的环壁上开设有外环进水口202，外环进水口202通过第二软管802与储水箱3连通。
本实用新型的具体实施例中，内环进水口102的高度低于水位计101的高度。其中，水位计101的高度可以自由调节，水位计101的高度略高于内环进水口102，在入渗测定的过程中，要保证所控制的入渗内环1与入渗外环2的水位高度保持一致。
本实用新型的具体实施例中，入渗外环2的内壁设置有浮球阀201，储水箱3通过浮球阀201的自动启闭为入渗外环2自动供水与断水。在入渗外环2自动供水的过程中，入渗外环2一直维持所设定的水位高度。
本实用新型的具体实施例中，浮球阀201的高度与外环进水口202的高度一致。
集成测控单元包括蠕动泵4、流量传感器5和微控制器6，蠕动泵4的进水口与储水箱3连接，蠕动泵4的出水口与入渗内环1连接，用于给入渗内环1补水；流量传感器5用于计量入渗内环1的入渗量；微控制器6与蠕动泵4、流量传感器5和水位计101连接，用于确保入渗内环1的连续定水位自动供水和计量。
本实用新型的具体实施例中，流量传感器5设置于第一软管801上，用于对入渗内环1的入渗量进行计量。其中，流量传感器5对入渗量计量的过程较为精确，在入渗速率较低的情况下仍能保持较高的测量精度。
微控制器6通过数据线分别与蠕动泵4、流量传感器5和水位计101连接，将采集的数据自动精确的存储于微控制器6中。
实际应用中，入渗内环1的供水采用蠕动泵4，水量计量采用流量传感器5，水位的监测采用水位计101，三者统一由微控制器6所控制，保证入渗内环1的连续定水位自动供水和计量。
本实用新型的具体实施例中，集成测控单元还包括电池7，电池7与蠕动泵4和微控制器6连接，用于为蠕动泵4和微控制器6供电；优选地，电池7为24V直流充电电池7。
储水箱3与入渗外环2连接，用于为入渗外环2供水。
本实用新型的具体实施例中，储水箱3的侧壁安装有供水阀，储水箱3通过供水阀为入渗外环2和蠕动泵4供水。在具体实施中，供水阀先处于关闭状态，向储水箱3中加满水，开始入渗测定时，才打开供水阀。
本实用新型的具体实施例中，入渗内环1和入渗外环2具有相同的高度。
本实用新型的具体实施例中，入渗内环1和入渗外环2均为无底无盖的金属圆筒；入渗内环1和入渗外环2的下边缘处设置有斜切刃口，斜切刃口的设置有利于将入渗内环1和入渗外环2切入待测土壤9中。
实际应用中，入渗内环1与入渗外环2均为内部空腔的环体，入渗内环1和入渗外环2是完全独立的，没有中间连接，两者同心设置；入渗内环1的直径为30～50cm(比如30cm、32cm、34cm、36cm、38cm、40cm、42cm、44cm、46cm、48cm、50cm)，入渗外环2的直径为45～80cm(比如45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm)，入渗内环1与入渗外环2的高度相同，高度为30～45cm(比如30cm、31cm、32cm、33cm、34cm、35cm、36cm、37cm、38cm、39cm、40cm、41cm、42cm、43cm、44cm、45cm)；入渗内环1和入渗外环2的下边缘处设置有斜切刃口，斜切刃口的设置有利于将入渗内环1和入渗外环2切入待测土壤9中，在入渗测定前，将入渗内环1和入渗外环2分别切入待测土壤9中10～15cm，且两者同心设置于待测土壤9中。
在使用本实用新型中的全自动双环入渗测定装置时，具体操作步骤如下：
步骤一、首先将入渗内环1和入渗外环2同心放置在待测土壤9层上，用锤子等工具将入渗内环1和入渗外环2分别切入到待测土壤9中一定深度。
步骤二、关闭供水阀，将储水箱3中加满水放置于入渗外环2的一旁，将供水阀通过第二软管802连接入渗外环2的外环进水口202，通过第三软管803连接蠕动泵4进水口。
步骤三、将浮球阀201固定于入渗外环2的内壁，高度与外环进水口202一致，将水位计101固定于入渗内环1的内壁，水位计101的位置稍高于内环进水口102。
步骤四、通过数据线将微控制器6与蠕动泵4、流量传感器5和水位计101连接起来，将电池7与微控制器6和蠕动泵4连接。
步骤五、打开储水箱3的供水阀，开始给入渗外环2和蠕动泵4供水，入渗外环2由储水箱3通过浮球阀201的自动启闭供水，并维持设定的水位，入渗内环1的水位通过水位计101来监控，当入渗内环1需要补水时，蠕动泵4自动为入渗内环1进行补水，同时流量传感器5对补水量进行计量，最终将计量结果储存于微控制器6中，整个入渗的过程中可以随时给储水箱3中补水。
综上所述，本实用新型中的全自动双环入渗测定装置包括入渗内环1、入渗外环2、集成测控单元和储水箱3，入渗外环2的水位通过浮球阀201控制，由储水箱3直接供水，入渗内环1的水位通过水位计101控制；集成测控单元包括蠕动泵4、流量传感器5、微控制器6和电池7；该入渗测定装置可用于野外土壤水分入渗过程全天候的自动测定，在入渗速率较低的情况下仍能保持较高的测量精度，测量数据能够实现自动储存，现场无需电脑采集，并且储水箱3在供水的同时可以随时进行补水并不影响入渗测定，整个入渗测定装置可以封装固定，实现便携、易安装的目的，可以适应各种气象工况，该装置可在水利工程、农业灌排管理以及水文、环境、生态领域广泛应用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本实用新型待批权利要求保护范围之内。
