本实用新型属于农业水肥一体化领域，具体为水肥一体化施肥设备多功能试验台。
背景技术：
随着人口增长及工业化、城镇化进程加速，我国耕地减少、水资源匮乏等资源环境约束越趋紧张，与此同时，大水漫灌、过量施肥现象在很多地方还比较普遍，水肥利用率较低。水肥一体化(Fertigation)是将施肥技术(Fertilization)与灌溉技术(Irrigation)相结合的一项新技术，是精确施肥与精确灌溉相结合的产物，在微灌技术中占有重要地位，是微灌系统最为鲜明的特征之一。水肥一体化技术利用灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求，达到水肥同步管理和节水节肥以及增产的目的。自20世纪70年代初期我国引进微灌技术以来，水肥一体化在果树、蔬菜、棉花和保护地栽培作物上得到越来越多的应用。为大力推广水肥一体化技术，农业部在2013年发布的《水肥一体化技术指导意见》中指出，要着力推进水肥一体化技术的本土化、轻型化和产业化，到2015年，水肥一体化技术推广总面积达到8000万亩以上，新增推广面积5000万亩以上。2015年，农业部又颁发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，这在极大程度上推动了水肥一体化技术的发展。
目前主要的施肥设备有文丘里施肥器，压差施肥罐和比例施肥泵，在施肥设备的水力性能研究、结构设计以及最优尺寸研究等反面大都采用经验公式法。虽然目前一部分研究工作采用了数值模拟方法，但仍需要由具体的试验数据进行验证数值模拟的准确性，因此有必要根据多种试验目的来设计满足不同施肥设备的多功能试验台。
技术实现要素：
针对目前在搭建施肥设备试验台过程中，试验台的功能相对单一，而多种施肥设备及多用途试验中试验台需要改动，会带来一些不必要的工作量和浪费。本实用新型的目的在于提供一种水肥一体化施肥设备多功能试验台，该试验台能够开展包括文丘里施肥器、比例施肥泵和压差施肥罐在内的不同施肥设备的各种性能试验，为不同施肥设备的性能测试、结构尺寸优化和实际应用的模拟研究提供试验平台。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下的技术方案：一种水肥一体化施肥设备多功能试验台，包括供水模块、主输水模块、试验测量模块和尾水回收循环利用模板，所述供水模块为所述主输水模块提供所需的压水，所述主输水模块和所述试验测量模块配合来 完成施肥设备的各种性能试验，所述尾水回收循环利用模板用来实现试验用水的循环利用和含肥液水的废水回收。
上述方案中，所述供水模块包括第Ⅰ电机、水泵、第Ⅱ电机、第Ⅰ水箱、搅拌器、第Ⅵ闸阀、第Ⅰ排水管，所述的水泵与第Ⅰ水箱相连，所述第Ⅰ水箱外侧装有电机，所述第Ⅰ水箱外侧内装有搅拌器，所述第Ⅰ水箱外侧底部装有第Ⅰ排水管和第Ⅵ闸阀。
上述方案中，所述主输水模块包括第Ⅰ闸阀、第Ⅰ流量计、第Ⅰ压力传感器、第Ⅰ三通、第Ⅳ闸阀、第Ⅱ三通、第Ⅳ流量计、第Ⅳ流量传感器、出水管和电导率传感器，所述的水泵的出水管依次装有第Ⅰ闸阀、第Ⅰ流量计、第Ⅰ压力传感器、第Ⅰ三通；所述的第Ⅰ三通和第Ⅱ三通中间装有第Ⅳ闸阀；所述的第Ⅱ三通后装有第Ⅳ电磁流量计和第Ⅳ压力传感器；所述的出水管转弯后装有电导率传感器。
优选的，所述第Ⅰ流量计与所述第Ⅰ闸阀的距离大于10倍管径；第Ⅳ电磁流量计与所述第Ⅱ三通的距离大于10倍管径；所述电导率传感器与所述第Ⅱ三通的距离大于40倍管径。
上述方案中，所述试验测量模块包括动力进水管、第Ⅱ流量计，第Ⅱ闸阀，第Ⅰ活接头，第Ⅱ压力传感器，施肥设备，第Ⅲ压力传感器，第Ⅱ活接头，第Ⅲ闸阀，第Ⅲ流量计，水肥混合液出水管，第Ⅱ水箱，浮球阀，第Ⅲ水箱，第八闸阀，第Ⅲ水箱排水口，第Ⅸ闸阀，第Ⅱ水箱排水口组成；所述的动力进水管上依次装有第Ⅱ电磁流量计和第Ⅱ闸阀；所述的动力进水管转弯后依次接第Ⅰ活接头、第Ⅱ压力传感器和施肥设备；所述的水肥混合液出水管依次装有第Ⅲ压力传感器和第Ⅱ活接头；所述的水肥混合液出水管转弯后依次装有第Ⅲ闸阀和第Ⅲ电磁流量计，最终通过第Ⅱ三通并入主管路；所述的第Ⅱ水箱与第Ⅲ水箱通过浮球阀相连通；所述的第Ⅱ水箱底部装有第Ⅸ闸阀和第Ⅱ水箱排出水口所述的第Ⅲ水箱底部装有第Ⅷ闸阀和第Ⅲ水箱排水口。
优选的，第Ⅱ电磁流量计与第Ⅰ三通的距离大于10倍管径，第Ⅱ电磁流量计与第Ⅱ闸阀的距离大于3倍管径；第Ⅱ压力传感器和第Ⅲ压力传感器与施肥设备的距离小于4倍管径；第Ⅲ电磁流量计与第Ⅲ闸阀的距离大于10倍管径，第Ⅲ电磁流量计与第Ⅱ三通的距离大于3倍管径；浮球阀的安装于距第Ⅱ水箱的底部高10cm处。
优选的，第Ⅱ水箱的体积与施肥设备单位时间的吸肥量的比值大于3；第Ⅲ水箱的体积与第Ⅱ水箱的体积的比值大于3。
优选的，第Ⅱ水箱与第Ⅲ水箱通过浮球阀连通。
上述方案中，所述尾水回收循环利用模块包括第Ⅲ三通，回水管，第Ⅴ闸阀，第Ⅶ闸 阀，出水管排水口，废水回收池；第Ⅲ三通和第Ⅶ闸阀；所述出水管排水口与废水回收池相连；所述第Ⅲ三通与回水管相接，回水管与第Ⅰ水箱上部相通，回水管上装有第Ⅴ闸阀。
本实用新型的有益效果：本实用新型只有一台试验设备，通过水泵为施肥设备提供有压水，由测量仪表获得各种试验所需的试验数据，结合闸阀的开启、关闭以及不同开度的调节，可以完成不同试验所需工况的要求和不同试验管路循环的要求。
附图说明
图1为多功能试验台示意图。
图中，1第Ⅰ电机，2水泵，3第Ⅰ闸阀，4第Ⅰ电磁流量计，5第Ⅰ压力传感器，6第Ⅰ三通，7动力进水管，8第Ⅱ电磁流量计，9第Ⅱ闸阀，10第Ⅰ活接头，11第Ⅱ压力传感器，12施肥设备，13第Ⅲ压力传感器，14第Ⅱ活接头，15第Ⅲ闸阀，16第Ⅲ电磁流量计，17水肥混合液出水管，18第Ⅳ闸阀，19第Ⅱ三通，20第Ⅳ电磁流量计，21第Ⅳ流量传感器，22出水管，23电导率传感器，24第Ⅲ三通，25回水管，26第Ⅴ闸阀，27第Ⅱ电机，28第Ⅰ水箱，29搅拌器，30第Ⅵ闸阀，31第Ⅰ水箱排水口，32第Ⅶ闸阀，33出水管排水口，34废水回收池，35第Ⅱ水箱，36浮球阀，37第Ⅲ水箱，38第Ⅷ闸阀，39第Ⅲ水箱排水口，40第Ⅸ闸阀，41第Ⅱ水箱排水口。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的水肥一体化施肥设备多功能试验台由第Ⅰ电机1，水泵2，第Ⅰ闸阀3，第Ⅰ电磁流量计4，第Ⅰ压力传感器5，第Ⅰ三通6，动力进水管7，第Ⅱ电磁流量计8，第Ⅱ闸阀9，第Ⅰ活接头10，第Ⅱ压力传感器11，施肥设备12，第Ⅲ压力传感器13，第Ⅱ活接头14，第Ⅲ闸阀15，第Ⅲ电磁流量计16，水肥混合液出水管17，第Ⅳ闸阀18，第Ⅱ三通19，第Ⅳ电磁流量计20，第Ⅳ流量传感器21，出水管22，电导率传感器23，第Ⅲ三通24，回水管25，第Ⅴ闸阀26，第Ⅱ电机27，第Ⅰ水箱28，搅拌器29，第Ⅵ闸阀30，第Ⅰ水箱排水口31，第Ⅶ闸阀32，出水管排水口33，废水回收池34，第Ⅱ水箱35，浮球阀36，第Ⅲ水箱37，第Ⅷ闸阀38，第Ⅲ水箱排水口39，第Ⅸ闸阀40，第Ⅱ水箱排水口组成41。水泵2吸入端与第Ⅰ水箱28相连，第Ⅰ水箱28装有第Ⅱ电机27和搅拌器29，第Ⅰ水箱28底部装有第Ⅵ闸阀30和第Ⅰ水箱排出口31，水泵出水管依次装有第Ⅰ闸阀3和第Ⅰ电磁流量计4，且第Ⅰ电磁流量计与第Ⅰ闸阀3的距离大于10倍管径；转弯水平的管路上装有第Ⅰ压力传感器5和第Ⅰ三通6，第Ⅰ三通6所分出来的一端接动力进水管7，动力进水管7上依次装有第Ⅱ电磁流量计8和第Ⅱ闸阀9，且第Ⅱ电磁流量计8与第Ⅰ三通6的距离大于10倍管径，第Ⅱ电磁流量计8与第Ⅱ闸阀9的距离大于3倍管径；动力 进水管7转弯后依次接第Ⅰ活接头10、第Ⅱ压力传感器11和施肥设备12；水肥混合液出水管17依次装有第Ⅲ压力传感器13和第Ⅱ活接头14，且第Ⅱ压力传感器11和第Ⅲ压力传感器13与施肥设备12的距离小于4倍管径，水肥混合液出水管17转弯后依次装有第Ⅲ闸阀15和第Ⅲ电磁流量计16，最终通过第Ⅱ三通19并入主管路，且第Ⅲ电磁流量计16与第Ⅲ闸阀15的距离大于10倍管径，第Ⅲ电磁流量计16与第Ⅱ三通的距离大于3倍管径；第Ⅰ三通6和第Ⅱ三通19中间装有第Ⅳ闸阀18；主管路经第Ⅱ三通19后装有第Ⅳ电磁流量计20和第Ⅳ压力传感器21，且第Ⅳ电磁流量计20与第Ⅱ三通19的距离大于10倍管径，出水管22转弯后依次装有电导率传感器23、第Ⅲ三通24和第Ⅶ闸阀32，最终通过出水管排水口33与废水回收池相连，且电导率传感器23与第Ⅱ三通的距离大于40倍管径；第Ⅲ三通24与回水管25相接，回水管25与第Ⅰ水箱28上部相通，回水管25上装有第Ⅴ闸阀26；第Ⅱ水箱35与第Ⅲ水箱37通过浮球阀36相连通，浮球阀36的安装于距第Ⅱ水箱35的底部高10cm处，第Ⅱ水箱35底部装有第Ⅸ闸阀40和第Ⅱ水箱排出水口41，第Ⅲ水箱37底部装有第Ⅷ闸阀38和第Ⅲ水箱排水口39。
比例施肥泵或文丘里施肥器的压差、流量和吸肥量之间的关系试验过程：打开第Ⅰ闸阀3、第Ⅳ闸阀18和第Ⅴ闸阀26，关闭第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅶ闸阀32，启动水泵2，第Ⅰ水箱28中的水经水泵2增压后进入主管路，然后打开第Ⅱ闸阀9和第Ⅲ闸阀15，调节第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅳ闸阀18的开度，比例施肥泵或文丘里施肥器12从第Ⅲ水箱37中吸收溶液进行混合，浮球阀37控制第Ⅱ水箱35的溶液进入第Ⅲ水箱37，从而可以使第Ⅲ水箱37的液面保持稳定，通过第Ⅰ电磁流量计4、第Ⅱ电磁流量计8、第Ⅲ电磁流量计16、第Ⅳ电磁流量计20、第Ⅰ压力传感器5、第Ⅱ压力传感器11、第Ⅲ压力传感器13、第Ⅳ压力传感器21测试比例施肥泵或文丘里施肥器12的不同压差和流量与吸肥量之间的关系。
压差施肥罐肥液浓度的动态变化规律试验过程：打开第Ⅰ闸阀3、第Ⅳ闸阀18和第Ⅴ闸阀26，关闭第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅶ闸阀32，启动水泵2，第Ⅰ水箱28中的水经水泵2增压后进入主管路，然后打开第Ⅱ闸阀9和第Ⅲ闸阀15，调节第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅳ闸阀18的开度，通过第Ⅰ电磁流量计4、第Ⅱ电磁流量计8、第Ⅲ电磁流量计16、第Ⅳ电磁流量计20、第Ⅰ压力传感器5、第Ⅱ压力传感器11、第Ⅲ压力传感器13、第Ⅳ压力传感器21测试压差施肥罐12的不同工作参数，混合后的肥液经出水管22，通过出水管排水口33排入废水回收池34，通过电导率传感器23测试压差施肥罐12肥液浓度的动态变化规律。
肥液粘度对比例施肥泵或文丘里施肥器性能影响的试验过程：配置不同粘度的溶液置于第Ⅱ水箱35和第Ⅲ水箱37，打开第Ⅰ闸阀3、第Ⅳ闸阀18和第Ⅶ闸阀32，关闭第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅴ闸阀26，启动水泵2，第Ⅰ水箱28中的水经水泵2增压后进入主管路，然后打开第Ⅱ闸阀9和第Ⅲ闸阀15，调节第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅳ闸阀18的开度，施肥设备12从第Ⅲ水箱37中吸收溶液进行混合，浮球阀37控制第Ⅱ水箱35的溶液进入第Ⅲ水箱37，从而可以使第Ⅲ水箱37的液面保持稳定，混合后的液体经出水管排水口33排入废水回收池34，通过第Ⅰ电磁流量计4、第Ⅱ电磁流量计8、第Ⅲ电磁流量计16、第Ⅳ电磁流量计20、第Ⅰ压力传感器5、第Ⅱ压力传感器11、第Ⅲ压力传感器13、第Ⅳ压力传感器21测试肥液粘度对比例施肥泵或文丘里施肥器12性能的影响。
比例施肥泵或文丘里施肥器的内部流场PIV试验过程：制作透明的比例施肥泵或文丘里施肥器12样机，在第Ⅰ水箱28、第Ⅱ水箱35和第Ⅲ水箱37中配制相同浓度的示踪粒子溶液，由于第Ⅰ水箱28容积较大，需要开启第Ⅱ电机27，利用搅拌器29将水箱中的粒子混合均匀，打开第Ⅰ闸阀3、第Ⅳ闸阀18和第Ⅴ闸阀26，关闭第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅶ闸阀32，启动水泵2，然后调节第Ⅱ闸阀9、第Ⅲ闸阀15和第Ⅳ闸阀18的开度，施肥设备12从第Ⅲ水箱37中吸收溶液进行混合，浮球阀37控制第Ⅱ水箱35的溶液进入第Ⅲ水箱37，从而可以使第Ⅲ水箱37的液面保持稳定，通过第Ⅰ电磁流量计4、第Ⅱ电磁流量计8、第Ⅲ电磁流量计16、第Ⅳ电磁流量计20、第Ⅰ压力传感器5、第Ⅱ压力传感器11、第Ⅲ压力传感器13、第Ⅳ压力传感器21测试比例施肥泵或文丘里施肥器12的工作参数，利用PIV技术测试不同工作参数时的比例施肥泵或文丘里施肥器12的内部流场。