Лизиметр Советский патент 1983 года по МПК G05D9/00 

Изобретение относится к гидрологическому приборостроению и может быть- использовано при изучении испа рения воды с поверхности различных почвогрунтов и определении других составлявхчих во;рного баланса почвогруитов с постоянным, изменяющимся или моделированным по заданной программе уровнемгрунтовых вод, напри мер при воднобалансовых и гидромели оративных исследованиях. Известна конструкция лизиметра, в которой имеется цилиндр Ь монолитом, цилиндр с водорегулирующим устройством, скважина. В этой конструкции переменный уровень воды, равный уровню грунтовой воды, поддерживается с помощью плавающего бачка и. жестко прикрепленного к нему сосуда с карбюраторной системой которые располагаются в цилиндре. В указанном цилиндре уровень воды соответствует уровню грунтовых вод При изменении уровня грунтовых вод относительно уровня в цилиндре с монолитом плавающий бачок поднимается или опускается и вода из него начинает стекать в почвенный монолит или из него. Количество отлива емой или доливаемой воды регистрируется самописцами 1. Недостатком известного устройства является низкая надежность работьо поплавки и из-за - наличия гибких шлангов. Наиболее близким к изобретению является лизиметр со следящим уровнем, содержащий цилиндр с почвой, бачок долина с рейкой уровня, бачок слива с трубкой для откачивания воды, водогегулирующее устройство, установленное в понтоне, плаваюием в скважине с грунтовой водой Водог регулирующее устройство выполнено в виде понтона, к которому присоединены трубки со шлангами, один из них связан с долинным 6akoM,. второйс почвенным цилиндром, третий - со сливным баком. Трубка доливного шланга закрыта мембраной. При подъеме уровня в скнажике поплавок понтона поднимается, мембрана отходит от трубки и вода из сливного бака поступает в мoнoJJИт. При понижении уровня грунтовых вод понтон с укрепленной в нем сливной, трубкой опускается и вода из монолита сливается . в сливной бак 2.. Недостатком данного устройства является также низкая надежность ра водорегулирующего устройства из-за нгпнчия гибких шлангов в водо регулирующем устройстве, которые при перемещении понтона складываются самопроизвольно и при этом возмо но появление воздушных пробок, препятствующих свободному протеканию волы через него, что может привести к нарушению работы лизи.мегра. Кроме этого, шланг обладает определенной жесткостью. Поэтому необходимы значительные размеры понтона для сохранения его плавучести, что влечет за собой увеличение размеров скважины. Недостатком этого прибора также следует считать отсутствие дистанци онности и автоматизации процесса измерений. Здесь измерение количества долитой воды производится рейкой, установленной в доливном сосуде, а измерение слитой воды производится при выкачивании ее из сливного сосуда. Еще одним существенным недостатком является образование зоны нечувствительности (около 2. мм) у сливной трубки, обусловленной влиянием образования мениска. Цель изобретения - повышение надежности и точности лизиметра в соответствии с заданной программой. Поставленная цель достигается тем, что в лизиметре, содержащем гнездо с размещенным в нем почвенным цилиндром, связанным со взвешивакадим устройством и устройствами слива и долива, сигнализатор уровня, устройства слива и долива содержит герметичную питающую камеру, сообщенную с почвенным цилиндром и с мерной камерой, размещенной в питающей камере и жестко соединенной с ней, и раз мешенную под питающей камерой сливную камеру, сообщенную в устройстве слива с водосборным сосудом, установленным на дне гнезда, и в устройстве долива - с почвенным цилиндром в котором установлен стакан-гидрозат вор и сифон, выполненный в виде колокола, установленного в мерной камэре, и трубки, один торец которой установлен под колоколом, а другой размещен в стакане-гидрозатворе, свя занном с исполнительным органом, выполненным в виде корпуса, разделеннсго мембраной на две камеры, одна из которых сообщена трубопроводом со стаканом-гидрозатвором, а другая снабжена электромагнитом с отверстием, в KOTOpioM установлен сердечник, связанный через шток с мембраной, причем обмотка электромагнита связана с управляющим блоком, первый и второй входы которого соединены соответственно с сигнализатором уровня размещенным в емкости, сообщенной с емкостью почвенного цилиндра, и с сигнализатором уровня, размещенным в скважине с грунтовой водой, а выходы управляющего блока соединены с устройствами слива и долива, причем ко второму входу управляющего блока подкл.ючены генератор и программное устройство. Предложенное выполнение лизиметра дает возможность осуществлять дистанционное измерение веса почвенного монолита, инфильтрацию и расход грунтовых вод, по которым определяются элементы водного баланса почвогрунтов; постоянство уровня грунтовых вод в лизиметре, слежение за переменным уровнем или моделирование уровня грунтовых вод по заданной программе; надзор за работой водорегулирующего устройства- и возможность ремонта без демонтажа лизйметра, высокую точность измерений за счет высокочувствительного сигнализатора уровня и точности дозирования прерывателя-дозатора. На фиг. 1 схематически изображен предложенный лизиметр, продольный разрез на фиг. 2 - устройство слива и долива; на фиг. 3 - функциональная схема слива и долива. Лизиметр содержит гнездо 1 (фиг.1), в котором на подвеске взвешивающего устройства 2 установлен почвенный цилиндр 3. В нижней части почвенного цилиндра 3 смонтирован поддон 4. На дне гнезда 1 установлен водосбор- ный сосуд 5. Поддон 4 лизиметра, сообщается с емкостью б, в котором расположен сигнализатор 7 уровня. Другой сигнализатор 8 уровня расположен в скважине 9 с грунтовой водой. В состав лизиметра входит часовой механизм 10 (фиг. 3), расположенный на пульте управления (не показан). С помощью часового механизма задается периодичность опроса сигнализаторов 7 и 8 уровня. Частоты f, и f . от сигнализаторов 7 и 8 уровня поступают на вход схемы сравнения (фиг. 3), которая вырабатывает команду на исполнительные устройства 11 и 12 долива и слива воды. Каждое из устройств 11 и 12 долива и слива представляет собой сифон с трубками 13, 14 и 15. Причем трубка 13 соединяет устройство 11 долива с почвенным цилиндром 3, трубка 14 соединяет, устройство 12 слива с почвенным цилиндром 3, а трубка 15 соединяет устройство 12 слива с водосборным сосудом 5. Устройства 11 и 12 слива или до- лива имеют одинаковую конструкцию и включают в себя питакячую камеру 16, мерную камеру 17 с отверстием для ее заполнения, сливную камеру 18 и сифон, составленный из стакана-гидрозатвора 19, колокола 20 и трубки 21. В сливной камере 18 имеется трубка

15 (фиг. 1 и 2), соединяюшая устройство слива с водосборным сосудом 5, а устройство долива трубкой 13 соединяется с почвенным цилиндром 3. Стакан гидроэатвора 19 соединен шлангом 22 с устройством 23, где установлена мембрана 24. Мембрана 24

связана с сердечником электромагнита 25, соединенного с выходом управляющего блока 26. Управляющий блок 26 содержит делители 27 и 28 частоты, выходы .которых соединены со входом схемы 29 сравнения частот, которая.соединяетсяс реле 30 и реле 31. Реле 30 связано с обмоткой электромагнита в устройстве долива, а реле 31 связано с обмоткой электромагнита в устройстве слива. Контакты реле слива связаны со счетчиком 32 долива, а контакты реле 31 связаны со счетчиком 33 слива.

В комплект лизиметра входит перестраиваемый генератор 34 частоты (фиг, 3), необходимый для осуществления моделирования уровня грунтовых вод по заданной програ ме через программное устройство 35. Выход генератора 34 частоты соединен со вторым входом управляющего блока 26. . Лизиметр работает следующим образом.

По команде часового механизма Ю (фиг. 3) включаются сигнализаторы 7 и 8 уровня и управляющий блок 26. Сигнализаторы 7 и 8 уровня (фиг. 1) измеряют уровень воды в почвенном цилиндре 3 и скважине 9, а сигналы от сигнализаторов уровня в виде, частоты поступают на вход управляющего блока 26. Управляющий блок 26 осуществляет сравнение частот

струнных сигнализаторов 7 и 8 уровня. Сигнал .от сигнализатора уровня 7 поступает на вход делителя 27, а от сигнализатора 8 уровня - на вход делителя 28. После деления частоты эти сигналы поступают на схему 29 срсшнения.

.В случае, когда уровень воды в почвенном цилиндре лизиметра ниже уровня в скважине с грунтовой водой на заданную величину, частота струнного сигнализатора 7 уровня будет выше, чем сигнализатора 8 уровня, то схема 29 сравнения (фиг. 3) выдает сигнал на реле 30. Это реле подключает питание к обмотке электромагнита устройства 36 долива, происходит долив воды, одновременно счетчик 32 долива фиксирует импульс долива.

В случае, когда уровень воды в почвенном цилиндре 3 лизиметра выше уровня в скважине 9 с грунтовой водой на заданную величину, частота струнного сигнализатора 7 уровня будет ниже сигнализатора 8 уровня, то схема 29 сравнения выдаст сигнал на реле 31. Счетчик 33 слива подключает питание к обмотке электромагнита устройства 37 слива, происходит слив воды, одновременно счетчик 33 слива фиксирует импульс слива.

В случае, если частоты сигнализа 5 торов 7 и 8 уровня равны или не отличаются на определенную заданную величину, то. слива или долива не происходит.

0 Устройства 12 и 11 слива и долива, в которые поступает команда на, слив или долив воды, служат дщя пре дотврамения самопроизвольного слИва воды с верхнего уровня нанижний (фиг. 1) и пропускания дозированных

5 порций воды по команде управляющего блока.

Устройства слива и долива работают следующим образом.

В рабочем положении камеры 16,

0 17 и стакан-гидрозатвор 19 заполне- ны водой. Воздух в сифоне, составленном из трубки 21 и колокола-20, уравновешен силами о gh. и рдЬл (фиг. 2). 5

Вывести систему из равновесияможно путем кратковременного понижения уровня в сифонной трубке на величину, превышающую h-, . Это достигается тем, что по команде управля0ющего блока 26 мембрана 24 приходгт в движение, при этом равнове-сШе системы нарушается, воздух, заключенный в -сифоне, протс1лкивается и вода стекает из мерной камеры 17 на уро5вень Hj,, заполняет сливную камеру 18 и стекает по трубке 15 в поддон 5 лизиметра или в случае долива воды по трубке 13 (фиг. 1) в почвенный цилиндр 3. При уменьшении уровня воады в мерной камере до уровня Н. в сифон засасывается воздух, слив прекращается. Далее мерная камера через отверстие в ней заполняется водой из питающей камеры 16 и система приходит в исходное состояние.

5

Для осуществления моделирования уровня грунтовых вод по заданной программе вместо сигнализатора 8 уровня в схему управления сливом и доливом подключается перестраиваемый

0 генератор 34 частоты.

Использование предложенного лизиметра позволяет автоматизировать процесс измерения элементов водного баланса почвогрунтов, повысить точ5ность измерения, кроме того, появляется возможность изучать водный баланс почвогрунтов путем моделирования уровня грунтовых.вод или работы . его в режиме с постоянным уровнем

0 или в режиме с переменным уровнем (грунтовых вод. Использование лизиметра повьшает производительность труда и качество полученной информации при определении элементов водного

5 баланса почвогрунтов.

Ожидаемый экономический эффект от использования лизиметра на единицу продукции составляет 16441 р.

Формула изобретения ,

Лизиметр, содержащий гнездо с рсмещенным в нем почвенным ЦИЛИНДРОМ связанным со взвешиваюиим устройством и устройствами слива и долива, сигнализатор уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности лизиметра, устройства слива и долива содержат герметичную питающую камеру, сообщенную с почвенным цилиндром и с мерной камерой, размещенной в питающей и жестко соединенной с ней, и размещенную под питающей камерой сливную камеру, сообщенную в устройстве слива с водосборным сосудом, установленным на дне гнезда, и в устройстве долива - с почвенным цилиндром, в которой установлен стакан-гидрозатвор и сифон, выполненный в виде колокола, установленного в мерной камере, и трубки, один торец которой установлен под колоколом, а другой размещен в стакане-гидрозатворе, связанном с исполнительным органом, выполненным в виде корпуса, разделенного мембраной на две камеры, одна из которых сообщена трубопроводом со стаканомгидрозатвором, а другая снабжена 5 электромагнитом с отверстием, в котором установлен сердечник, связанный через шток с мембраной, причем обмотка электромагнита связана с управлягадим блоком, первый и второй

0 входы которого соединены соответственно с сигнализатором уровня, размещенным в емкости, сообщеннрй с емкостью почвенного цилиндра, и с сигнализатором уровня, размещенным

5 в скважине с грунтовой водой, а выходы управляющего блока соединены с устройствами слива и долива, причем ко второму входу управляющего блока подключены генератор и программное

устройство.

. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Приборы и методы балансовых исследований для мелиорации. Сборник

статей. Ч. 1, М., Колос, 1972, с. 8.

2.Авторское свидетельство СССР

423106, кл. G 05 D 9/00, 1974 (прототип) .