专利名称：土壤水势速测仪及其测定方法
技术领域：
本发明属于土壤水势测定技术领域，尤其涉及一种土壤水势速测仪及其测定土壤水势的方法。
背景技术：
土壤水势高低是作物是否需要灌溉的主要指标。张力计是利用负压计测定土壤水分，是从能量角度研究土壤水分运动的工具，其具有结构简单，灵敏度较高，使用方便等优点，可以定位连续测定土壤水势动态变化。但张力计的缺点是仪器埋入土壤后，土壤水势参数的获得需要在仪器与土壤之间水力达到平衡之后，而这种平衡时间常常要几个小时。因此，用普通张力计就难以对土壤水势进行快速测定。本发明是对张力计的仪器结构进行重新设计、制作而成。
发明内容
所解决的技术问题本发明针对目前使用张力计测定土壤水势的缺陷，提供一种土壤水势速测仪及其测定土壤水势的方法，该土壤水势速测仪可以迅速测定土壤水势，缩短使用原有张力计测定土壤水势的时间。技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种土壤水势速测仪， 包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器、集气室和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。所述水势探头为陶土头，其空隙小于2. 8微米，漏气值大于1巴，透水速度为0. 8
毫升/巴 分 厘米2。所述集气室包括集气管，集气管一端设有活塞阀，活塞阀与集气管密封连接，集气管身设有排气口和压力传感器连接口，所述排气口上设有阀门。所述活塞阀为螺旋活塞，螺旋活塞头部设有注射器皮头；所述集气管与螺旋活塞连接端的管身车有内螺纹，内螺纹下方套有注射器管。所述排气口阀门为螺栓，排气口车有内螺纹，内螺纹靠近集气管身的一端设有0 型橡皮圈。 所述数据采集装置还包括温度传感器，温度传感器通过数据线显示器连接。所述显示器包括显示屏、数据信号接口和电源。所述压力传感器为MPC型压力传感器，测试范围0 lOOKPa。土壤水势速测仪测定方法，测定步骤为使用前，将水势探头在水中浸泡1个小时以上；关闭排气口，拧开集气管上的螺旋活塞，向集气管内注入无气水，直到加满为止，将仪器直立，并见水从陶土管表面渗出，拧松排气口螺丝，使之可以通气透水，拧上螺旋活塞后，活塞的位置应停留在距活塞底尚有5飞mm距离的地方，再拧紧排气口螺栓；用吸水纸吸陶土头内水分；或对陶土头吹风，加速仪器内水分从陶头散发，使真空度上升，约30飞0分钟；竖直仪器，轻拍连接管，使气泡集中于集气室，拧松排气口，拧出螺栓活塞，往仪器内加满水，排除气泡，拧入螺栓活塞，使活塞的位置仍停留在距活塞底尚有5飞mm距离的地方， 拧紧排气口螺栓；将速测仪垂直插入水中，水浸没水势探头二分之一高度处，约3分钟后， 记下显示屏显示读数h，为仪器内水柱压力引起的水势数据；在选好的测定点用土钻打孔至预定深度，把水势探头插入洞中，并使水势探头与土壤密切接触；拧螺旋活塞，使显示器数字显示为35Kpa上下，观察显示的吸力数字变化趋势，若数字变小，表明土壤吸力低于 35Kpa ；再向下拧螺旋活塞，使显示数为20Kpa，然后再观察显示屏上的数字变化趋势，若此时显示数字往大的方向变，那么我们再向上拧动螺旋活塞，使仪器内真空度变大，达^Kpa 上下，如此反复观察显示数字与操作螺旋活塞，找到仪器系统内部真空度与土壤水吸力的平衡点，显示屏上数字不再变化，仪器所显示的读数减去h，得到土壤水势值。工作原理土壤水势速测仪的感应原件陶土头是一种多孔体。当仪器内完全充满水，陶土头与土壤紧密接触后，陶土头孔隙中的水便与土壤孔隙中的水相接，产生水力上的联系。土壤系统的水吸力与仪器系统的水吸力不相等时，水便由吸力低处通过陶土头向吸力高处流动，直至两个系统的吸水力平衡为止。因为仪器是密封的，仪器中就产生真空度。 对仪器内真空度的测量即可获得土壤水势值。仪器内的压力与土壤中水的吸力平衡过程，即是仪器中水分向土壤扩散(或相反) 的过程，平衡所需的时间是比较长的。因为水从陶土头流向土壤及更远处，直至平衡是一个渐进的过程。特别在土壤比较干燥时，平衡所需时间更长，约需数小时，甚至10多个小时。 因此，以往张力计不能在10分钟内测准土壤水势数据。本仪器在集气室内装上螺旋活塞以后就改变了这种情况。而且利用压力传感器能快速准确反映压力情况的功能，使本仪器可供快速测定土壤湿度用。拧动螺旋活塞可快速改变仪器内部的压力，根据显示器上压力数字变化，就能较快地判断出当时土壤水势值。陶土头与土壤密切接触后，观察显示器上吸力数值变化趋势。 在拧动活塞后，若显示的压力数字在上升，表明这时土壤吸水力大于仪器内部真空度，应将活塞向上拧(增加仪器内部真空度)，相反，则向下拧。重复操作几次后，显示器上吸力数字变化速度趋缓，直至不变，即找到了平衡点。这时显示屏上数字就是需要的测值了。由活塞升降获得的仪器与土壤吸力平衡点的快速寻找，使经过陶土头的水分很少，从而使平衡时间大大缩短。有益效果本发明提供的土壤水势速测仪可以迅速测定土壤水势，缩短测定的时间，提高工作效率。测定过程中，同时可以收集其他土壤环境数据。要实施科学用水、节约用水，在乡镇、团场基层管水员手中应该备有价位较低、能较快测定各地块土壤水分状况的器件。这种器件测得的土壤水分信息应能与作物当时水分需求直观相关。土壤水势是土壤水分的强度指标、土壤水势值的高低与各种植物是否需要灌水直接有关。张力计本可适用于这个要求，它可直读土壤水势，价位也较低。但是其读数的获得需要的平衡时间长，只可进行定点埋设观察，而难以在短时间内进行多田块测定。本项发明即能提供管水员这种需求。为灌溉管理科学化提供技术支撑。
图1为本发明实施例3的结构示意图，图中1陶土头、2连接塑管、3集气室、4 0型橡皮圈、5排气口螺栓、6橡皮圈、7螺旋活塞、8螺纹、9压力传感器、10传感器选择开关、11 显示屏、12显示器、13低电压显示灯、14温度传感器接口、15电源开关、16压力传感器接口、 17充电器插孔；
图2为本发明集气室的集气管结构示意图，图中4 0型橡皮圈、19注射器管身； 图3为本发明集气室的螺旋活塞结构示意图，图中18注射器皮头； 图4为本发明集气室的排气螺栓结构示意图。
具体实施例方式以下通过具体实施方案介绍本发明的实现及所带来的有益效果，但不对本发明保护范围构成任何限定。
实施例1
一种土壤水势速测仪，包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器9、集气室3和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。所述水势探头为陶土头1，其空隙小于 2. 8微米，漏气值大于1巴，透水速度为0. 8毫升/巴 分 厘米2。所述集气室包括集气管，集气管一端设有活塞阀，活塞阀与集气管密封连接，集气管身设有排气口和压力传感器连接口，所述排气口上设有阀门。所述活塞阀为螺旋活塞7，螺旋活塞头部设有注射器皮头 18 ；所述集气管与螺旋活塞连接端的管身车有内螺纹8，内螺纹下方套有注射器管19。排气口阀门为螺栓，排气口车有内螺纹，内螺纹靠近集气管身的一端设有0型橡皮圈4。显示器包括显示屏11，数据信号接口和电源。压力传感器为MPC型压力传感器，测试范围0 IOOKPa0 实施例2
如实施例中所描述的土壤水势速测仪，其数据采集装置还包括温度传感器，温度传感器通过数据线显示器连接。
实施例3 仪器结构
土壤水势速测仪由陶土头、显示器、压力传感器、集气室、排气口螺栓、连接管、螺旋活塞等部件构成(图1)
集气管上端为注水口，可拧上螺旋活塞封闭。集气管旁侧有一个接口与压力传感器联接，另一测有一排气口。拧紧排气口 0形橡皮圈，可封闭排气口。集气管下端通过连接管与陶土头相接。压力传感器经四芯电缆与显示器相连。 1、陶土头陶土头是一种多孔素烧陶器，其孔隙小于2. 8微米；漏气值大于1巴；透水速度约为0. 8毫升/巴 分 厘米2。2、集气室集气室不仅用来连接各个部件，而且重要作用是通过旋拧螺旋活塞增减仪器内部压力，用来缩减仪器内部与土壤之间水力平衡时间。3、压力传感器采用MPC型压力传感器，测试范围为(TlOOKpa。4、压力显示器该显示器一面向传感器提供1.5mA恒流工作电源，并将来自传感器的电压信号经模数转换成数字信号显示在数显屏上。显示至小数后二位，即* * . * *。5、连接管可根据欲测土层深度，选用PVC连接管的长度。
仪器使用步骤
(一)使用前(陶土头入土之前)仪器的准备工作
1、使用前水势探头(陶土头)应在水中浸泡1个小时以上。2、关闭排气口，拧开集气管上的螺旋活塞，向集气管内徐徐注入经煮沸后新冷却的无气水，直到加满为止，将仪器直立，并见水从陶土管表面渗出。拧松排气口螺丝，(注意 加满水，拧紧螺旋活塞之前，若不打开排气口。拧紧螺旋活塞时剧烈增加的压力，会损坏传感器内的单晶硅薄片。)使之可以通气透水。拧上螺旋活塞后，活塞的位置应停留在距活塞底尚有5飞mm距离的地方。再拧紧排气口螺栓。3、用吸水纸吸陶土头内水分；或对陶土吹风，加速仪器内水分从陶头散发，使真空度上升，约3(Γ60分钟。4、竖直仪器，轻拍连接管，使气泡集中于集气室。拧松排气口。拧出螺栓活塞，往仪器内加满水，排除气泡。拧入螺栓活塞，使活塞的位置仍停留在距活塞底尚有5飞mm距离的地方。拧紧排气口螺栓。经过上述操作，仪器反应会十分灵敏。5、将传感器电缆插头插入显示器插座处。打开显示器电源开关。仪器杆子垂直插入水中，水浸没陶土头二分之一高度处。约3分钟后，记下显示屏显示读数h。. h。为仪器内水柱压力引起的水势数据。
(二)测试时的操作步骤
1、在选好的测定点用土钻打孔至预定深度。把水势探头插入洞中。并使陶土头与土壤密切接触。2、拧螺旋活塞，使显示器数字显示为35Kpa上下。观察显示的吸力数字变化趋势。 若数字变小，表明土壤吸力低于35Kpa。再向下拧螺旋活塞，使显示数为20Kpa。然后再观察显示屏上的数字变化趋势。假如，此时显示数字往大的方向变。那么我们再向上拧动螺
旋活塞，使仪器内真空度变大，达^Kpa上下，......如此反复观察显示数字与操作
螺旋活塞，我们很快能找到仪器系统内部真空度与土壤水吸力的平衡点。这时，显示屏上数字不再变化，仪器所显示的读数减去h。数值就是土壤水势值了。仪器制作工艺
集气室是本仪器的关键器件。它是由长113mm，外径32mm，内径18mm有机玻管车制而成。(图2)顶部21mm车成内螺纹。在内螺纹下方，胶上一截30mm长的注射器管子。距底部40mm处开二个孔。一个孔直径6mm，它用来胶结MPC压力传感器的进气嘴。另一个孔直径为10mm，这个孔胶上外径为IOmm的排气口管子。排气口顶部5mm处也车有内螺纹，内放一个〇型橡皮圈，当拧上排气口螺钉时，它就起到封闭作用。集气室顶部可用集气室螺栓拧紧封口。该螺栓尺寸如图2所示。螺栓的顶部装上医用注射器的橡皮活塞。拧动螺栓，改变活塞位置时，就会改变仪器内真空度。集气室下端将内径18mm有机管扩至20mm。以便胶结20mm外径的PVC管(或有机玻管)，在PVC管上胶接20mm的陶土头。压力显示器选用SM-4型压力显示器，它可对压力传感器提供1. 5mA DC恒流驱动电源。测压范围为0 - lOOKpa，并精确显示小数后2位压力数据。
权利要求
1.一种土壤水势速测仪，其特征在于包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器(9)、集气室(3)和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。
2.根据权利要求1所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述水势探头为陶土头(1)，其空隙小于2. 8微米，漏气值大于1巴，透水速度为0. 8毫升/巴 分 厘米2。
3.根据权利要求1所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述集气室包括集气管，集气管一端设有活塞阀，活塞阀与集气管密封连接，集气管身设有排气口和压力传感器连接口， 所述排气口上设有阀门。
4.根据权利要求3所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述活塞阀为螺旋活塞(7)，螺旋活塞头部设有注射器皮头(18);所述集气管与螺旋活塞连接端的管身车有内螺纹(8)，内螺纹下方套有注射器管(19)。
5.根据权利要求3所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述排气口阀门为螺栓，排气口车有内螺纹，内螺纹靠近集气管身的一端设有0型橡皮圈(4)。
6.根据权利要求1所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述数据采集装置还包括温度传感器，温度传感器通过数据线显示器连接。
7.根据权利要求1所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述显示器包括显示屏(11)、 数据信号接口和电源。
8.根据权利要求1所述的土壤水势速测仪，其特征在于所述压力传感器为MPC型压力传感器，测试范围0 lOOKPa。
9.土壤水势速测仪测定方法，其特征在于测定步骤为a.使用前，将水势探头在水中浸泡1个小时以上；b.关闭排气口，拧开集气管上的螺旋活塞，向集气管内注入无气水，直到加满为止，将仪器直立，并见水从陶土管表面渗出，拧松排气口螺丝，使之可以通气透水，拧上螺旋活塞后，活塞的位置应停留在距活塞底尚有5飞mm距离的地方，再拧紧排气口螺栓；c.用吸水纸吸陶土头内水分；或对陶土头吹风，加速仪器内水分从陶头散发，使真空度上升，约3(Γ60分钟；d.竖直仪器，轻拍连接管，使气泡集中于集气室，拧松排气口，拧出螺栓活塞，往仪器内加满水，排除气泡，拧入螺栓活塞，使活塞的位置仍停留在距活塞底尚有5飞mm距离的地方，拧紧排气口螺栓；e.将速测仪垂直插入水中，水浸没水势探头二分之一高度处，约3分钟后，记下显示屏显示读数h，为仪器内水柱压力引起的水势数据；f.在选好的测定点用土钻打孔至预定深度，把水势探头插入洞中，并使水势探头与土壤密切接触；g.拧螺旋活塞，使显示器数字显示为35Kpa上下，观察显示的吸力数字变化趋势，若数字变小，表明土壤吸力低于35Kpa ；再向下拧螺旋活塞，使显示数为20Kpa，然后再观察显示屏上的数字变化趋势，若此时显示数字往大的方向变，那么我们再向上拧动螺旋活塞，使仪器内真空度变大，达^Kpa上下，如此反复观察显示数字与操作螺旋活塞，找到仪器系统内部真空度与土壤水吸力的平衡点，显示屏上数字不再变化，仪器所显示的读数减去h，得到土壤水势值。
全文摘要
土壤水势速测仪及其测定方法，该测定仪包括数据采集装置和显示器，其中数据采集装置包括压力传感器、集气室和水势探头，所述集气室通过连接管与水势探头密封连接，压力传感器设于集气室上，压力传感器通过数据线与显示器连接。本发明提供的土壤水势速测仪可以迅速测定土壤水势，缩短测定的时间，提高工作效率。测定过程中，同时可以收集其他土壤环境数据。
文档编号G01N7/00GK102183434SQ201110058858
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者徐富安 申请人:中国科学院南京土壤研究所