ПЕРМИМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к устройствам для полевого измерения гидравлической проводимости, сорптивности и α параметра в пористых материалах, например почвогрунтах, и может быть использовано при проектировании ирригационных и дренажных систем, каналов, плотин, водоемов, фундаментов и оснований, экологических и мелиоративных мероприятий.

Известны пермиметры для полевого измерения гидравлической проводимости, сорптивности и a -параметра в пористых материалах, содержащие опорную трубку, герметично соединенную в нижней части с наконечником для выхода воды, а в верхней с прозрачным измерителем, снабженным герметичной крышкой с перекрываемыми отверстиями для заливки водой и выхода воздуха; воздушную трубку, расположенную внутри полостей измерителя и опорной трубки и проходящую сквозь крышку через уплотнительное кольцо [1] что создает возможность разгерметизации в процессе измерения, а следовательно снижает точность измерения.

Известен также пермиметр [2] содержащий опорную трубку, герметично соединенную в нижней части с наконечником для выхода воды, а в верхней (через соединительную манжету, снабженную краном-переключателем) с прозрачными коаксиальными измерителями, верхние части которых имеют общую герметичную крышку, снабженную гибким патрубком для выхода воздуха и отверстиями для заливки воды и для ввода подвижной воздушной трубки во внутренние полости измерителей и опорной трубки коаксиально им. Воздушная трубка в нижней части, расположенной внутри полости опорной трубки, снабжена клапаном для перекрытия выходного отверстия опорной трубки, а в верхней, расположенной за пределами внутренней полости измерителей, индикатором положения воздушной трубки относительно нижней поверхности наконечника для выхода воды.

При помещении пермиметра в заранее подготовленную скважину фиксируют его в вертикальном положении при помощи треножника и через заливное отверстие, при опущенной в крайнее нижнее положение воздушной трубке (опорная трубка перекрыта) заполняют внутреннюю полость опорной трубки и измерители водой, после чего перекрывают патрубок для выхода воздуха и заливное отверстие. Пермиметр готов к работе.

При подъеме (вытягивании) воздушной трубки через герметизирующее кольцо в крышке клапан, насаженный на ее нижний конец, открывает доступ воде в наконечник для выхода воды, а затем в скважину. Измерение сводится к определению постоянной скорости понижения уровня жидкости в измерителях, по значению которой рассчитывают гидравлическую проводимость, сорптивность и a -параметр по известным [2] формулам. Постоянные скорости понижения уровня воды в измерителях определяются для двух фиксированных значений уровней воды в скважине, что обеспечивается выдвижением воздушной трубки. Наличие двух коаксиальных прозрачных измерителей разного диаметра обусловлено широтой пределов различия скоростей поступления жидкости в различные почвогрунты. При больших расходах жидкости она поступает одновременно из обеих измерителей, при малых только из внутреннего с меньшим диаметром. Смена измерителей осуществляется при помощи переключателя, встроенного в манжету, соединяющую опорную трубку с измерителями. Известный пермиметр не свободен от возможности прорыва воздуха через уплотнительное кольцо в измерители как при вытягивании воздушной трубки, так и в процессе измерения скорости понижения уровня жидкости в измерителях, что снижает точность полученных результатов. Аналогичный прорыв воздуха может произойти и через переключатель измерителей. При измерении малых скоростей поступления воды в почвогрунт визуальное наблюдение за уровнем жидкости во внутреннем измерителе осуществляется через две прозрачные стенки и слой жидкости в большом измерителе, что затруднительно. Расположение клапана для перекрытия выходного отверстия опорной трубки на подвижной воздушной трубке не обеспечивает плавного поступления жидкости в скважину в момент открытия клапана, что приводит к частичному разрушению стенок скважины, с последующим оседанием оторванных почвенных частиц на стенки скважины и частичной кальматации пор почвогрунта, и следовательно, искажает результаты измерения.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения за счет обеспечения надежной герметизации внутренних полостей устройства, повышения точности измерения скорости понижения уровня воды в измерителе, регулирования скорости поступления воды в скважину, улучшения эксплуатационных качеств.

Для достижения этой задачи в известном пермиметре, содержащем подвижную воздушную трубку, она заменена двумя неподвижными воздушными трубками, нижние концы которых расположены на различных уровнях, а верхние снабжены клапанами-натекателями.

Клапан для выхода воды закреплен на нижнем конце опорной трубки и снабжен пружиной.

Коаксиальные прозрачные измерители заменены одним прозрачным измерителем, во внутренней полости которого расположен поплавок, снабженный магнитным элементом, а внешняя поверхность прозрачного измерителя охвачена кольцевым подвижным магнитом, фиксируемым в любом положении по высоте измерителя.

На чертеже изображен общий вид пермиметра в разрезе.

Пермиметр содержит опорную трубу 1, герметично соединенную в нижней части с наконечником 2 для выхода воды, в котором расположен клапан 3 для выхода воды, снабженный пружиной 4. Верхняя часть опорной трубки 1 герметично соединена со снабженным шкалой прозрачным измерителем 5, верхняя часть которого запирается крышкой 6 с перекрываемым отверстием 7 для заполнения водой и перекрываемым отверстием 8 для выхода воздуха.

Во внутренней полости 9 опорной трубки 1 закреплены с помощью перфорированной шайбы 10 две воздушные трубки 11, нижние открытые концы которых расположены на различных уровнях, а верхние через герметизирующие прокладки 12, выведенные наружу опорной трубки 1 в ее верхней части, снабжены клапанами-натекателями 13. Во внутренней полости 14 измерителя 5 расположен поплавок 15, скрепленный в нижней части с магнитным элементом 16, выполненным в виде полого сквозного цилиндра. Муфта 17, соединяющая опорную трубку 1 с измерителем 5, имеет несколько отверстий 18, радикально расположенных по периферии и соосных с аналогичными отверстиями 19, расположенными по периферии крышки 6. На тягах 20, проходящих через отверстия 18 и 19 и служащих для герметизации внутренней полости 14, расположен скользящий кольцевой магнит 21, снабженный фиксатором 22, позволяющим установить магнит 21 в любом положении по высоте измерителя 5.

Пермиметр работает следующим образом. После опускания опорной трубки 1 в заранее подготовленную скважину 23 и закрепления устройства в вертикальном положении при помощи треножника 24 и опорной скобы 25, пермиметр заполняют водой через отверстие 7 при открытом отверстии 8, закрытых клапанах-натекателях 13 и клапане 3 для выхода воды Затем, при опущенном в нижнее положение кольцевом магните 21, перекрывают отверстия 7 и 8. Пермиметр готов к работе. Сняв опорную скобу 25 (при этом устройство в целом опускается и своим весом открывает клапан для выхода воды 3, а вода поступает через наконечник 2 в скважину и устанавливается в ней на уровне верхней границы выходного окна 26 наконечника для выхода воды), приоткрывают один из клапанов-натекателей 13, в результате чего вода медленно заполняет скважину до уровня нижнего среза соответствующей воздушной трубки. В процессе впитывания воды почвой уровень воды в скважине остается постоянным. Скорость понижения уровня воды в измерителе 5 определяют по положению поплавка 15 относительно шкалы, нанесенной на прозрачную стенку измерителя 5 (в случае, когда расход жидкости достаточно велик) с использованием секундомера. При малых расходах воды скорость понижения уровня определяется в зазоре между стенкой измерителя 5 и поплавком 15, который в этом случае фиксируется кольцевым магнитом 21, поднятым и закрепленным с помощью фиксатора 22 на высоте магнитного элемента 16.

Измерения проводятся многократно, до достижения постоянного значения скорости понижения уровня воды в измерителе 5.

После определения постоянной скорости понижения уровня воды в измерителе при одном открытом клапане-натекателе 13 этот клапан закрывают и плавно открывают другой весь процесс измерения скорости понижения уровня повторяется.

Измерив значения скоростей понижения уровня воды в измерителе при двух значениях напора, рассчитывают значения гидравлической проводимости, сорптивности и a-параметра по известным формулам [2]
Замена подвижной воздушной трубки двумя неподвижными, нижние срезы которых расположены на различной высоте, а также исключение из конструкции крана-переключателя позволяет обеспечить надежную герметизацию внутренних полостей прибора. Установка на верхних концах воздушных трубок клапанов-натекателей позволяет регулировать скорость проникновения воздуха во внутренние полости устройства, а следовательно, плавно заполнять водой скважину до уровня нижнего среза соответствующей воздушной трубки, что снижает возможность разрушения стенок скважины с последующим оседанием частиц почвы на стенке скважины, т. е. снижает "кальматацию", тем самым повышается точность результатов, особенно для илистых почв.

Той же цели, снижению динамического удара воды о дно и стенки скважины в момент начала ее поступления в скважину, служит закрепление пружинного клапана для выхода воды на нижнем конце опорной трубки.

Применение поплавка с магнитным элементом и подвижного кольцевого магнита позволяет повысить точность скорости понижения уровня воды в измерителе, особенно при малых расходах воды, так как измерения производятся в узком зазоре между поплавком и прозрачной стенкой измерителя. Испытания предложенного пермиметра показали более высокую воспроизводимость результатов по сравнению с известным пермиметром на идентичных почвах и большие удобства в эксплуатации.

Использование: изобретение относится к устройствам для полевого измерения гидравлической проводимости, сорптивности и a-параметра в пористых материалах, например, почвогрунтах, которые могут быть использованы при проектировании ирригационных и дренажных систем, каналов, плотин, водоемов, фундаментов и оснований, экологических и мелиоративнопочвенных мероприятий. Сущность изобретения: пермиметр содержит две неподвижные воздушные трубки, нижние концы которых расположены на различных уровнях, а верхние снабжены клапанами-натекателями. Клапан для выхода воды закреплен на нижнем конце опорной трубки и снабжен пружиной. Устройство снабжено одним прозрачным измерителем, во внутренней полости которого расположен поплавок с магнитным элементом. Внешняя поверхность прозрачного измерителя охвачена кольцевым подвижным магнитом, фиксируемым в любом положении по высоте измерителя. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Пермиметр, содержащий опорную трубку, герметично соединенную в нижней части с наконечником для выхода воды, а в верхней с прозрачным измерителем, снабженным герметичной крышкой с перекрываемыми отверстиями для заливки водой и выхода воздуха, воздушную трубку и клапан для выхода воды, отличающийся тем, что в него введена вторая воздушная трубка, обе воздушные трубки неподвижно укреплены внутри опорной трубки с помощью перфорированной шайбы, при этом их нижние открытые концы расположены на разной высоте, а верхние перекрываемые концы выведены через герметизирующие прокладки сквозь стенки опорной трубки в верхней ее части. 2. Пермиметр по п. 1, отличающийся тем, что во внутреннюю полость измерителя помещен поплавок, снабженный в нижней части магнитным элементом, а снаружи измеритель охвачен подвижным кольцевым магнитом. 3. Пермиметр по п. 1, отличающийся тем, что пружинный клапан для выхода воды закреплен на наконечнике для выхода воды, а верхние концы воздушных трубок снабжены клапанами-натекателями. 4. Пермиметр по п. 1, отличающийся тем, что измеритель выполнен в виде одного прозрачного цилиндра, снабженного шкалой.