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专利名称：用于测量土中水的水势的张力计及其组装方法
技术领域：
本发明涉及一种测量仪器，尤其涉及用于测量土中水的水势的张力计及其组装方法。
背景技术：
张力计是一种用于测量土中水的水势(吸力)的仪器，广泛应用于农业、林业以及岩土工程等。吸力的测量备受关注，主要因为吸力不仅能推算出土体的含水率(与土体含水率存在非线性关系曲线一土水特征曲线)，还能直接反映出植物根系的吸水能力，更是土体变形的一种状态变量。在农业和林业领域，凭借吸力的测量，而制定灌溉进度；在岩土工程中，根据吸力变化来预测土体干湿循环过程中的变形量。目前的普通量程张力计已广用于试验室和现场，由于其结构特点，存在如下技术缺陷
传统张力计在温度和外压力影响下的性能尚不明确，由于采用细PVC水管装载受力水体，温度和外界压力变化会直接对PVC水管产生影响。

发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于测量土中水的水势的张力计。本发明提供了一种用于测量土中水的水势的张力计，包括张力计本体，所述张力计本体包括顶盖、尾部盖板、压力传感器、以及用于该张力计内外水分建立水力联系的感应部件，所述顶盖设有贯穿该顶盖的中空腔室，所述压力传感器位于所述顶盖的中空腔室内部，所述感应部件安装于所述顶盖一端，所述尾部盖板安装于所述顶盖另一端，所述中空腔室内表面与所述压力传感器外表面之间的间隙形成隔离腔、且该间隙为大于0. 1mm。作为本发明的进一步改进，所述压力传感器与所述感应部件之间的间隙形成内部腔体，所述内部腔体能够容纳受力水体体积为IOOmm3至1000mm3。作为本发明的进一步改进，所述顶盖设有第一排水孔，所述尾部盖板设有第二排水孔，所述第一排水孔与所述第二排水孔连通为排水通道，所述排水通道一端开口与所述感应部件接触，所述排水通道另一端开口被封堵。作为本发明的进一步改进，所述压力传感器与所述尾部盖板固定相连，所述尾部盖板与所述顶盖为液密封配合，所述压力传感器与所述顶盖为液密封配合。作为本发明的进一步改进，所述感应部件为陶土头。作为本发明的进一步改进，该张力计还包括数据采集仪，所述数据采集仪通过有线或无线方式接收压力传感器传输的数据。作为本发明的进一步改进，该张力计还包括将压力传感器的数据传输至所述数据采集仪的电缆，所述电缆一端穿过所述尾部盖板与所述压力传感器相连，所述电缆另一端与所述数据采集仪相连。
作为本发明的进一步改进，所述中空腔室内表面与所述压力传感器外表面之间的间隙为0.1mm至0. 5mmo作为本发明的进一步改进，所述内部腔体能够容纳受力水体体积为580mm3。本发明还公开了一种张力计的组装方法，包括如下步骤
A.将张力计本体的所有部件置于封闭的真空饱和缸中，使真空饱和缸中的无气水浸没张力计本体的所有部件，抽真空2至3小时；
B.在无气水中将压力传感器安装至所述顶盖的中空腔室内部、并且在顶盖两端分别安装感应部件和尾部盖板，然后在无气水中将排水通道另一端开口用螺栓拧上，完成张力计本体的组装；
C.将组装好的张力计本体与数据采集仪连接。本发明的有益效果是当外界有侧压力时，由于此隔离腔的存在，压力传感器并不会受力，因此避免了侧压力的影响；当外界温度变化，由于隔离腔的存在，温度不会快速影响到压力传感器，因此避免了外界压力以及温度对吸力测量的不利影响；减小了受力水体体积，缩短了张力计的反应时间；采用压力传感器测量，扩展了张力计的量测至正压部分。


图1是本发明的张力计剖面结构示意图。图2是本发明对饱和后的张力计进行测试的测试图。图3是本发明的张力计汽化持久性能的测试图。
具体实施例方式如图1所示，本发明公开了一种用于测量土中水的水势的张力计，包括张力计本体，所述张力计本体包括顶盖2、尾部盖板6、压力传感器5、以及用于该张力计内外水分建立水力联系的感应部件，所述顶盖2设有贯穿该顶盖2的中空腔室，所述压力传感器5位于所述顶盖2的中空腔室内部，所述感应部件安装于所述顶盖2 —端，所述尾部盖板6安装于所述顶盖2另一端，所述中空腔室内表面与所述压力传感器5外表面之间的间隙形成隔离腔9、且该间隙为大于0.1mm,当然该中空腔室内表面与所述压力传感器5外表面之间的间隙可以为0.1mm至0. 5mm,作为优选方式，该中空腔室内表面与所述压力传感器5外表面之间的间隙为0. 2mm。当外界有侧压力时，由于此隔离腔9的存在，压力传感器5并不会受力，因此避免了侧压力的影响；当外界温度变化，由于隔离腔9的存在，温度不会快速影响到压力传感器5，因此避免了外界压力以及温度对吸力测量的不利影响；而且压力传感器5拥有温度补偿，因此也避免了温度对其产生影响。所述压力传感器5与所述感应部件之间的间隙形成内部腔体，所述内部腔体能够容纳受力水体体积为IOOmm3至1000mm3，作为优选方式，所述内部腔体能够容纳受力水体体积为 580mm3。传统张力计反映速度比较缓慢，张力计的反映速度取决于通过壁管的阻力以及平衡水势所需的水量，同时也取决于真空表的灵敏度。由于其内部传递吸力的水体经过管线较长，因此反映时间也较长，严重影响吸力测量的准确性。本发明的内部腔体的体积缩小了，减小受力水体在测量过程中受壁管的阻力，以此缩短反映时间。传统张力计可信度需试验后验证，传统张力计在85kPa即可能发生汽化，因此测量后需要放回水中，观测其回零效果，以确定张力计读数的可信度。本发明的内部腔体大大减小，测量可以完全达100 kPa，可信度高。传统张力计稳定性不佳，传统张力计长时间测量时，张力计内部水体会渗入土体中，影响测量精度。本发明的内部腔体体积较小，中空腔室内侧壁均为刚性壁，内部水体入渗至土体中的水量大程度减少，减少了水分流失产生的影响。所述顶盖2设有第一排水孔3，所述尾部盖板6设有第二排水孔11，所述第一排水孔3与所述第二排水孔11连通为排水通道，所述排水通道一端开口与所述感应部件接触，所述排水通道另一端开口被封堵。安装顶盖2时，会对受力水体产生一定程度的正水压，增大了损坏陶土头I的风险。由于此正压力需要较长时间才能消散，如果过早进行校准张力计并置于土中测量，会直接影响之后的测量结果。所以，本发明设有排水通道，有效避免了安装过程对陶土头I的损害。所述感应部件包括陶土头1，但并不仅限于陶土头I。该陶土头I为Ibar的陶土头。传统张力计的数据采集须人工采集，不能实现全天候不间断采集。本发明采用压力传感器5，压力传感器5既能测量正压也能测量负压，且保证全天候采集。所述压力传感器5与所述尾部盖板6固定相连，所述尾部盖板6与所述顶盖2为液密封配合，所述压力传感器5与所述顶盖2为液密封配合。该张力计本体还包括第一 0型密封圈4和第二 0型密封圈10，所述第一 0型密封圈4套装于所述压力传感器5外表面、且位于所述压力传感器5端部，所述第一 0型密封圈4与所述顶盖2内表面紧密贴合；所述第二 0型密封圈10套装于所述压力传感器5外表面、且位于所述压力传感器5根部，所述压力传感器5根部与所述尾部盖板6端面相连，所述尾部盖板6端面与所述顶盖2端面紧密贴合，所述第二 0型密封圈10与所述顶盖2内表面紧密贴合。第一排水孔3直径为1mm，有效避免了安装过程对陶土头I的损害。该张力计还包括数据采集仪8，所述数据采集仪8通过有线或无线方式接收压力传感器5传输的数据。该张力计还包括将压力传感器5的数据传输至所述数据采集仪8的电缆7，所述电缆7 —端穿过所述尾部盖板6与所述压力传感器5相连，所述电缆7另一端与所述数据采集仪8相连。本发明还公开了一种张力计的组装方法，包括如下步骤
第一步将张力计本体的所有部件置于封闭的真空饱和缸中，使真空饱和缸中的无气水浸没张力计本体的所有部件，抽真空2至3小时；
第二步在无气水中将压力传感器5安装至所述顶盖2的中空腔室内部、并且在顶盖2两端分别安装感应部件和尾部盖板6，然后在无气水中将排水通道另一端开口用螺栓拧上，完成张力计本体的组装；
第三步将组装好的张力计本体与数据采集仪8连接。
在第一步中具体包括步骤Wl至步骤W4，在步骤Wl中，将张力计本体的所有部件置于真空饱和缸中；在步骤W2中，加无气水至真空饱和缸中、并浸没张力计本体的所有部件；在步骤W3中，盖上真空饱和缸的盖子；在步骤W4中，抽真空2至3小时。在第二步中具体包括如下步骤在无气水中将安装第一 0型密封圈4和第二 0型密封圈10，将压力传感器5放入顶盖2内部，然后盖上尾部盖板6并连接好。传统张力计饱和过程复杂，按其说明书所说，饱和传统张力计时需要人工排出气泡等操作，这些操作繁琐，耗时长，对专业知识要求高。本发明的张力计本体是在无气水中组装，保证内部腔体无气泡，而且饱和步骤简单，对专业知识要求较低。测试试验
随即对饱和后的张力计进行测试，首先测试张力计的回零效果。将张力计在室温下擦拭表面自由水，使其自由蒸发。当压力升高到一定程度，立即放回水中。如图2所示，读数会很快回到初始状态，湿化过程的速率明显快于自由蒸发过程。然后再测试其汽化持久性能，如图3所示，在表面自由蒸发的情况下，张力计的吸力值在30分钟内上升至IOOkPa,之后读数继续上升达到llOkPa。读数在峰值处均能持续约140分钟，随后会出现波动式浮动，浮动数值在IOO-1lOkPa之间，最后张力计在700分钟时，完全汽化，读数降为0 kPa。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于測量土中水的水势的张カ计，其特征在于包括张カ计本体，所述张カ计本体包括顶盖(2)、尾部盖板(6)、压カ传感器(5)、以及用于该张カ计内外水分建立水力联系的感应部件，所述顶盖(2)设有贯穿该顶盖(2)的中空腔室，所述压カ传感器(5)位于所述顶盖(2)的中空腔室内部，所述感应部件安装于所述顶盖(2) —端，所述尾部盖板(6)安装于所述顶盖(2)另一端，所述中空腔室内表面与所述压カ传感器(5)外表面之间的间隙形成隔离腔(9)、且该间隙为大于0. 1mm。
2.根据权利要求1所述的张カ计，其特征在于所述压カ传感器(5)与所述感应部件之间的间隙形成内部腔体，所述内部腔体能够容纳受力水体体积为IOOmm3至1000mm3。
3.根据权利要求1或2所述的张カ计，其特征在于所述顶盖(2)设有第一排水孔(3)，所述尾部盖板(6 )设有第二排水孔(11)，所述第一排水孔(3 )与所述第二排水孔(11)连通为排水通道，所述排水通道一端开ロ与所述感应部件接触，所述排水通道另一端开ロ被封堵。
4.根据权利要求3所述的张カ计，其特征在于所述压カ传感器(5)与所述尾部盖板(6)固定相连，所述尾部盖板(6)与所述顶盖(2)为液密封配合，所述压カ传感器(5)与所述顶盖(2)为液密封配合。
5.根据权利要求1所述的张カ计，其特征在于所述感应部件为陶土头(I)。
6.根据权利要求4所述的张カ计，其特征在于该张カ计还包括数据采集仪(8)，所述数据采集仪(8 )通过有线或无线方式接收压カ传感器(5 )传输的数据。
7.根据权利要求6所述的张カ计，其特征在于该张カ计还包括将压カ传感器(5)的数据传输至所述数据采集仪(8 )的电缆(7 )，所述电缆(7 ) —端穿过所述尾部盖板(6 )与所述压カ传感器(5)相连，所述电缆(7)另一端与所述数据采集仪(8)相连。
8.根据权利要求1所述的张カ计，其特征在于所述中空腔室内表面与所述压カ传感器(5)外表面之间的间隙为0.1mm至0. 5mm。
9.根据权利要求2所述的张カ计，其特征在于所述内部腔体能够容纳受力水体体积为 580mm3。
10.一种权利要求1至9任一项所述张カ计的组装方法，其特征在于，包括如下步骤 A.将张カ计本体的所有部件置于封闭的真空饱和缸中，使真空饱和缸中的无气水浸没张カ计本体的所有部件，抽真空2至3小时； B.在无气水中将压カ传感器(5)安装至所述顶盖(2)的中空腔室内部、并且在顶盖(2)两端分别安装感应部件和尾部盖板(6)，然后在无气水中将排水通道另一端开ロ用螺栓拧上，完成张カ计本体的组装； C.将组装好的张カ计本体与数据采集仪(8)连接。
全文摘要
本发明提供了一种用于测量土中水的水势的张力计及其组装方法，该张力计包括张力计本体，所述张力计本体包括顶盖、尾部盖板、压力传感器、以及用于该张力计内外水分建立水力联系的感应部件，所述顶盖设有贯穿该顶盖的中空腔室，所述压力传感器位于所述顶盖的中空腔室内部，所述感应部件安装于所述顶盖一端，所述尾部盖板安装于所述顶盖另一端，所述中空腔室内表面与所述压力传感器外表面之间的间隙形成隔离腔、且该间隙为0.1mm至0.5mm。有益效果是由于隔离腔的存在，温度不会快速影响到压力传感器，避免外界压力以及温度对吸力测量的不利影响，并且通过减小受力水体体积，采用压力传感器测量，扩展了张力计的量测至正压部分。
文档编号G01N13/00GK103033447SQ20121055402
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者陈锐, 刘坚, 乔劼, 韩羲词 申请人:陈锐