一种土壤检测多功能自动渗透仪的制作方法

本发明涉及地质工程和土工试验仪器领域，尤其涉及一种土壤检测多功能自动渗透仪。

背景技术：

土壤渗透仪可测定粘土的渗透性能。一般是在变水头下进行渗透试验的。现有的土壤渗透仪都为手动测试仪，主要由空压机、调压阀、压力表、百分表、计量管、底座、透水石、环刀、橡胶止水圈、定向片、压紧圈、导向环、传压帽、钢球、套环、供水箱及集水箱组成。

一般的土壤检测渗透仪的注入系统采用的气源作为动力与模型系统以及储液容器的连接结构复杂繁琐，管道之间无法共用同一气源；且一般采用的储液容器中没有设置隔塞，空气作为动力源与渗透液体相接触，有时由于气体存在杂质会对土样层的测量产生影响；除此之外，一般的测量土壤渗透仪不能控制实验时温度，且固结压力和水头压力及固结变形量都是指针表头显示，读数精度低，而且压力控制不稳。计量管中的水位由于个人的视线高低读数误差很大。实验结果需要记录计量管高度和计量管体积差、渗透时间等数据，然后按公式进行计算测试结果，测试过程繁琐，测试结果精度低。

如中国专利号201520597501.2所述的一种草地土壤渗透仪，草地土壤渗透仪包括供水部件和接水部件，所述供水部件由量筒、量筒刻度、通水孔、阀门和仪表盘构成 ；所述接水部件由扣口、橡胶密封圈、环刀构成；该渗透仪的测量读数采用的计量读数的方式容易存在误差，且测量的结果需要大量的记数和计算，过程繁琐复杂需要大量的时间来分析计算，系统化和自动化程度低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种土壤检测多功能自动渗透仪，采用自动化、数字化的数据采集处理方式，采用恒温箱模拟自然状况下土壤的温度，可无人值守自动完成测试数据的采集和分析，形成数据库、报表和曲线图以便灵活应用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种土壤检测多功能自动渗透仪，其创新点在于：该自动渗透仪包括注入系统、模型系统和数据采集处理系统组成；

所述注入系统包括储液容器、调压阀、控制阀和泄压阀；所述储液容器中间设置有隔塞将储液容器分为气腔和液腔，气腔上设置有进气口；液腔上设置有出液口，液腔中放置有用于渗透模型系统中土样的渗透液体，液腔的出液口通过液管连接在模型系统的土样夹持器上；所述调压阀与气源相连，气源经过调压阀分为三路输出；气源第一条输出路线与模型系统的气缸上进气口相连；气源的第二条输出路线与模型系统的气缸下进气口相连；气源的第三条输出路线与储液容器气腔的进气口相连；气源的三条气路上均设置有泄压阀和控制阀，液管上也设置有控制阀，三条气路共用一个气源；

所述模型系统包括恒温箱、气缸和土样夹持器；气缸和土样夹持器均设置在恒温箱中；所述气缸通过支撑架安装在夹持器的上方，气缸上设置有上进气口和下进气口，气缸的输出端连接有一活塞杆；所述土样夹持器具有一个容纳土样的内腔，内腔的下方设置有渗透液体流进口，内腔中设置有一固结活塞，固结活塞的顶端与活塞杆的底端相连，固结活塞上设置有渗透液体流出口；固结活塞通过气缸活塞杆的推动与内腔滑动配合对置于内腔中的土样进行压力控制；

所述数据采集处理系统包括电子天平、液体收集罐、温度传感器、压力传感器、位移显示表和计算机；电子天平位于模型系统旁侧，称量液体收集罐；渗透液体渗透过土样夹持器并通过收集管道将渗透液收集到液体收集罐中；温度传感器安装在模型系统的恒温箱中；储液容器的出液口以及气缸的上进气口均设置有压力传感器；位移显示表安装在气缸上监测气缸的位移；温度传感器、压力传感器、电子天平和位移显示表均通过RS232接口与计算机通讯。

进一步的，所述土样夹持器包括下环刀座、上环刀座、锁紧帽、固结活塞和取样环刀；

所述下环刀座呈下端封闭的环形圆柱筒状结构，下环刀座的内壁上设置有取样环刀环形限位台面，下环刀座底部的中心位置设置有向下环刀座侧壁延伸且呈L型的渗透液体流进口，下环刀座的上端设置有封闭环形斜面，下环刀座的外壁上设置有螺纹；

所述取样环刀呈圆环筒状，取样环刀的底端置于下环刀座的取样环刀限位环形台面上；

所述上环刀座呈圆筒状结构，上环刀座位于取样环刀的外侧且上环刀座的底端与下环刀座上端的封闭环形斜面连接，上环刀座与下环刀座的衔接封闭环形斜面处设置有密封圈；上环刀座的内壁上设置有取样环刀顶端的定位台阶面；上环刀座的外壁上设置有锁紧帽环形限位台面；所述上环刀座的内壁、取样环刀的内壁和下环刀座的内壁衔接处呈环形光滑过渡；

所述锁紧帽呈圆筒状结构位于下环刀座和上环刀座的外侧，锁紧帽的内壁底端上设置有螺纹，在锁紧帽螺纹的上方设置有环形压紧台面，通过拧紧锁紧帽底端的螺纹与下环刀座外壁上设置的螺纹，使锁紧帽螺纹上方的环形压紧台面紧压在上环刀座外壁上的锁紧帽环形限位台面上，实现对取样环刀和上环刀座的固定；位于取样环刀中土样的上下两端均设置有透水石层。

进一步的，所述取样环刀其上端呈环形刀状口，便于取样环刀切入土层进行取样。

进一步的，所述土样夹持器的内腔底面与固结活塞的底面上均设置有若干道凹槽。

进一步的，所述固结活塞与土样夹持器的内腔接触处设置有止水圈。

本发明的优点在于：1）该土壤检测多功能自动渗透仪，通过采用数字化、模块化的采集和处理系统为整个渗透仪提供了精确的测量和控制的数据，采用恒温箱模拟自然状况下土壤的温度，使得测量结果更加精确，同时无需大量的繁琐测试过程人员驻守便可形成数据库、报表和曲线图以便灵活应用。

2）储液容器通过隔塞将储液容器的气腔和液腔分隔，避免了气源中的杂质混入到渗透液体中，对土样的检测造成影响；通过设置有恒温箱模拟土样层在自然状态下的温度状况，提高了检测土样的渗透性和科学性。

3）土样夹持器的内腔底面与固结活塞的底面上均设置有若干道凹槽，便于渗透液的流入；透水石放置在取样环刀中土样的上下两端，便于渗透液从底端均匀分布穿过透水石层，从而使水流更加均匀的渗透取样环刀中的土样使得测量结果更加精确。

4）固结活塞与土样夹持器的内腔接触处设置有止水圈，增加土样夹持器的密封性，防止渗透液体渗漏，提高渗透流量的监测数据准确度，测量数据更加精确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为土壤检测多功能自动渗透仪的系统图。

图2为土壤检测多功能自动渗透仪的模型系统的装配立体图。

图3为土样检测多功能自动渗透仪的模型系统的剖视图。

图4为土样检测多功能自动渗透仪局部放大图。

图5为土样检测多功能自动渗透仪下环刀座的剖视图。

图6为土样检测多功能自动渗透仪下环刀座的俯视图。

图7为土样检测多功能自动渗透仪活塞的剖视图。

图8为土样检测多功能自动渗透仪活塞的仰视图。

图9为土样检测多功能自动渗透仪取样环刀的剖视图。

图10为土样检测多功能自动渗透仪上环刀座的剖视图。

图11为土样检测多功能自动渗透仪锁紧帽的剖视图。

如图1至图11所示：1、注入系统；11、储液容器；12、调压阀；13、控制阀、14、泄压阀；15、隔塞；16、气腔；17、液腔；2、模型系统；21、气缸；211、活塞杆；22、土样夹持器；221、渗透液体流进口；222、固结活塞；223、渗透液体流出口；224、下环刀座；2241、封闭环形斜面；225、上环刀座；2251、锁紧帽环形限位台面；226、锁紧帽；2261、环形压紧台面；227、取样环刀；228、取样环刀环形限位台面；229、取样环刀定位台阶面；23、恒温箱；24、内腔；3、数据采集处理系统；31、液体收集罐；32、温度传感器；33、压力传感器；34、电子天平；35位移显示表；36、计算机； 4、密封圈；5、止水圈。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1至图11所示的一种土壤检测多功能自动渗透仪，该自动渗透仪包括注入系统1、模型系统2和数据采集处理系统3组成。

注入系统1包括储液容器11、调压阀12、控制阀13和泄压阀14；所述储液容器11中间设置有隔塞15将储液容器分为气腔16和液腔17，气腔16上设置有进气口；液腔17上设置有出液口，液腔17中放置有用于渗透模型系统中土样的渗透液体，液腔17的出液口通过液管连接在模型系统2的土样夹持器22上；所述调压阀12与气源相连，气源经过调压阀12分为三路输出；气源第一条输出路线与模型系统2的气缸21的上进气口相连；气源的第二条输出路线与模型系统2的气缸21下进气口相连；气源的第三条输出路线与储液容器11气腔16的进气口相连；气源的三条气路上均设置有泄压阀14和控制阀13，液管上也设置有控制阀13，三条气路共用一个气源。

模型系统2包括恒温箱23、气缸21和土样夹持器22；气缸21和土样夹持器22均设置在恒温箱23中；所述气缸21通过支撑架安装在夹持器22的上方，气缸21上设置有上进气口和下进气口，气缸21的输出端连接有一活塞杆211；所述土样夹持器22具有一个容纳土样的内腔24，内腔24的下方设置有渗透液体流进口221，内腔中设置有一固结活塞222，固结活塞222的顶端与活塞杆211的底端相连，固结活塞222上设置有渗透液体流出口223；固结活塞222通过气缸21活塞杆211的推动与内腔24滑动配合对置于内腔24中的土样进行压力控制。

数据采集处理系统3包括电子天平34、液体收集罐31、温度传感器32、压力传感器33、位移显示表35和计算机36；电子天平34位于模型系统2旁侧，称量液体收集罐31；渗透液体渗透过土样夹持器22并通过收集管道将渗透液收集到液体收集罐31中；温度传感器32安装在模型系统的恒温箱23中；储液容器11的出液口以及气缸21的上进气口均设置有压力传感器33；位移显示表35安装在气缸21上监测气缸21的位移；温度传感器32、压力传感器33、电子天平34和位移显示表35均通过RS232接口与计算机36通讯。

土样夹持器22包括下环刀座224、上环刀座225、锁紧帽226、固结活塞222和取样环刀227。

下环刀座224呈下端封闭的环形圆柱筒状结构，下环刀座224的内壁上设置有取样环刀环形限位台面228，下环刀座224底部的中心位置设置有向下环刀座224侧壁延伸且呈L型的渗透液体流进口221，下环刀座224的上端设置有封闭环形斜面2241，下环刀座224的外壁上设置有螺纹。

取样环刀227呈圆环筒状，取样环刀227的底端置于下环刀座224的取样环刀限位环形台面228上。

上环刀座225呈圆筒状结构，上环刀座225位于取样环刀227的外侧且上环刀座225的底端与下环刀座224上端的封闭环形斜面2241连接，上环刀座225与下环刀座224的衔接封闭环形斜面处设置有密封圈4；上环刀座225的内壁上设置有取样环刀顶端的定位台阶面229；上环刀座225的外壁上设置有锁紧帽环形限位台面2251；所述上环刀座225的内壁、取样环刀227的内壁和下环刀座224的内壁衔接处呈环形光滑过渡。

锁紧帽226呈圆筒状结构位于下环刀座224和上环刀座225的外侧，锁紧帽226的内壁底端上设置有螺纹，在锁紧帽226螺纹的上方设置有环形压紧台面2261，通过拧紧锁紧帽226底端的螺纹与下环刀座224外壁上设置的螺纹，锁紧帽226螺纹上方的环形压紧台面2261紧压在上环刀座225外壁上的锁紧帽环形限位台面2251上，实现对取样环刀227和上环刀座225的固定；位于取样环刀227中土样的上下两端均设置有透水石层。

取样环刀227其上端呈环形刀状口，便于取样环刀切入土层进行取样。

土样夹持器22的内腔24底面与固结活塞222的底面上均设置有若干道凹槽，透水石放置在取样环刀227中土样的上下两端，便于渗透液从底端均匀分布穿过透水石层，从而使渗透液更加均匀的渗透取样环刀227中的土样使得测量结果更加精确。

固结活塞222与土样夹持器22的内腔24接触处设置有止水圈5，增加土样夹持器的密封性，防止渗透液体渗漏，提高流量的监测数据准确度，测量数据更加精确。

该土壤检测多工能自动渗透仪的工作原理是：

（1）取样：先将取样环刀内壁均匀涂一层凡士林，用取样环刀削取原状土样，顶、底面贴上滤纸，放在两块透水石中间，用饱和架夹紧，放到饱和器中进行真空饱和即抽真空1～2小时，饱水24小时，砂土可直接放到渗压容器中渗透饱和。

(2)打开仪器电源，放松调压阀，防止打开气源时，较大的压力突然加于试样上，然后打开气源开关并打开仪器总进气阀。

(3)装样：先从恒温箱中将土样夹持器取出，再将储液容器注进渗透液体，然后打开气缸开关和储液容器出液开关，缓慢调节调压阀，使位于土样下方的透水石饱和后即透水石上渗出一层水膜，快速关上储液容器出液开关。将饱和好的土样，刀口向上，放在土样夹持器的下环刀座上，套上橡胶止水圈和上环刀座、再拧紧锁紧帽，然后放上透水石，将土样夹持器放入恒温箱中并卡紧。

(4)打开空压机，输入空气压力；按地层深度，选择固结压力和恒温箱温度，缓缓地旋转固结调压阀，待固结位移显示数据基本稳定，调节水头压力调压阀，打开储液容器出液开关，观察土样夹持器出口管线没有气泡至连续出液；同时特别要注意天平上液体收集罐不要溢到天平上，以防损坏天平。

(5)打开计算机，然后打开天平开关，之后打开仪器软件，输入基本参数，输入采集周期并确认，记录数据。观察渗透系数变化，待稳定后，实验结束，再保存，将数据保存好；根据实验要求，可调节不同固结压力、不同温度进行实验。

(6)实验结束后退出，关闭仪器软件。关闭固结气缸开关，关闭加热、风机、储液容器出液开关、总进气开关；卸掉固结压力和水头压力；按固结放空和储液容器放空，然后关闭电源和空压机开关；取出土样夹持器，将试样取出，土样夹持器洗净擦干。液体收集罐倒掉洗净。

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。