專利名稱：一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)及測量方法
技術領域：

本發(fā)明涉及土壤物理技術領域，具體地講是一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)及測量方法。
背景技術：
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導氣率是土壤重要的特性參數(shù)之一，是土壤重要的特征指標，導氣率狀況在土壤結構及結構穩(wěn)定性研究中非常重要，并且土壤導氣率與土壤飽和導水率、土壤呼吸、植被根系生長等因素之間存在密切的關系。從供氣情況看，測量土壤導氣率的方法可分為兩大類，一類為穩(wěn)態(tài)氣流測量方法，一類為瞬態(tài)氣流測量方法；從測量邊界條件看，測量土壤導氣率的方法可分為一維測量方法和三維測量方式，一維主要用于室內的測量，三維可用于原位的導氣率測量。從測量裝置與土體的接觸情況來分，測量土壤導氣率的方法可分為兩大類，一類為侵入式測量法，一類為非侵入式測量法。侵入式測量法對土壤的擾動性較大，測量結果有時不準確，而非侵入式測量方法對土壤幾乎沒有擾動，測量結果更加準確可靠。目前非侵入式測量主要在穩(wěn)態(tài)氣流條件下進行，為了維持穩(wěn)定的氣體壓力與流量需要消耗更多的電能，并且需要對氣體流量和壓力兩項指標進行觀測，同時控制絕對穩(wěn)定的壓力與流量很難實現(xiàn)，一般會有一定的波動，只能說是達到了準穩(wěn)態(tài)，從而對土壤導氣率的測量結果產(chǎn)生一定的影響。目前尚未出現(xiàn)瞬態(tài)流條件下非侵入式測量系統(tǒng)與方法的報道。發(fā)明內容:
本發(fā)明的目的是克服已有技術的不足，而提供一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量方法。本發(fā)明主要解決了現(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)氣流條件下進行的非侵入式測量穩(wěn)態(tài)氣流控制較難影響測量結果的問題。本發(fā)明的技術方案是:一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)，其特殊之處在于，包括:
測筒，放置在土壤表面，并用來提供一定的氣體存儲空間；
供氣源，用來向測筒提供氣體；
氣壓測量計，用來測量測筒內的氣體壓力；
所述測筒上端用橡皮塞密封，兩根連接管分別經(jīng)橡皮塞和測筒內部連通，并且外部分別和氣壓測量計及供氣源相連接，與供氣源相連接的連接管上設置一閥門，用以關閉或打開連接管的通氣狀態(tài)；測筒下端開通不封閉。進一步，所述測筒為一內徑為d材質為硬塑料或者金屬的圓筒，材質強度應確保在試驗過程中筒體不變形，測筒與土壤表面接觸的下端被外徑為D的環(huán)型擋片所包圍，測筒與環(huán)型擋片結合緊密不透氣，并且二者處于同一水平面上。采用上述測量系統(tǒng)進行土壤導氣率瞬態(tài)的測量方法，其特殊之處在于，包括以下步驟:
a將測筒放置到待測的土壤表面，在擋片下表面涂抹石蠟或者凡士林，防止擋片與地面之間漏氣；
b利用供氣源向測筒供氣，當氣壓測量計測定的測筒內壓力到達預定值P(O)時停止供氣，并關閉閥門；
c停止供氣同時開始計時，并觀測氣壓測量計所測測筒壓力的變化，按照先疏后密的原則記錄測筒壓力p(t)變化過程對應的累積時間t，當測筒內的壓力接近大氣壓時，停止觀測；
d以時間t為因變量，測筒的相對壓力(測筒壓力減去大氣壓力即P(t)-Patm)的自然對數(shù)值In (P(t)-Patm)為自變量，確定二者的數(shù)量關系，并以二者確定的直線斜率的絕對值作為被測土壤的空氣傳導特征參數(shù)K;
e將得到的空氣傳導特征參數(shù)S代入公式
權利要求
1.一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于，包括測筒(I),所述測筒(I)上端用橡皮塞(2)密封，兩根連接管(4)分別經(jīng)橡皮塞(2)和測筒(I)內部連通，并且外部分別和氣壓測量計(5)及供氣源(3)相連接，與供氣源(3)相連接的連接管(4)上設置一閥門(6);測筒(I)下端開通與待測土壤相接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測筒(I)為一內徑為d材質為硬塑料或者金屬的圓筒，測筒(I)與土壤表面接觸的下端被外徑為D的環(huán)型擋片(7 )所包圍，測筒(I)與環(huán)型擋片(7 )結合緊密不透氣，并且二者處于同一水平面上。
3.用權利要求1或2所述的測量系統(tǒng)進行非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量的方法，其特征在于，包括以下步驟: a將測筒放置到待測的土壤表面，在擋片下表面涂抹石蠟或者凡士林，防止擋片與地面之間漏氣； b利用供氣源向測筒供氣，當氣壓測量計測定的測筒內壓力到達預定值P(O)時停止供氣，并關閉閥門； C停止供氣同時開始計 時 ，并觀測氣壓測量計所測測筒壓力P (t)的變化，按照先疏后密的原則記錄測筒壓力p(t)變化過程對應的時間t，當測筒內的壓力P(t)接近大氣壓時，停止觀測； d以時間t為因變量，測筒的相對壓力(測筒壓力減去大氣壓力即P(t)-Patm)的自然對數(shù)值In (P(t)-Patm)為自變量，確定二者的數(shù)量關系，并以二者確定的直線斜率的絕對值作為被測土壤的空氣傳導特征參數(shù)K; e將得到的空氣傳導特征參數(shù)S代入公式
4.根據(jù)權利要求3所述的一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量方法，其特征在于，所述預定值P (O)的相對壓力為IiTlOOcm水柱的靜壓力，即0.981kPa 9.81kPa。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量方法，其特征在于，步驟c所述當測筒內的壓力P (t)接近大氣壓時，停止觀測，停止觀測時測筒內的相對壓力為2cm水柱的靜壓力，即0.196kPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非侵入式土壤導氣率瞬態(tài)測量系統(tǒng)及測量方法，其特點是測量系統(tǒng)由測筒(1)、供氣源(3)和氣壓測量計(5)連接而成；利用本發(fā)明的測量系統(tǒng)和測量方法可測算出土壤的導氣率，本發(fā)明在導氣率測量過程中避免了對土壤的擾動，測量結果更加準確，并且簡化了土壤導氣率的測量過程，節(jié)省了測量時間和成本。本發(fā)明不僅在技術上能夠實現(xiàn)，而且設備價格大大降低，易于推廣應用。
文檔編號G01N7/00GK103091199SQ20131002619
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權日2013年1月24日
發(fā)明者張振華, 楊潤亞, 趙麗麗, 潘英華 申請人:張振華