一種土壤氣態水采集測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種土壤氣態水采集測量系統，配合土樣采集器實現對于砂性土壤的小擾動原位氣態水通量進行測量。基本原理為直接測量。直接測量的原理為利用半導體制冷模塊采用冷凝稱重的方法。建立了一套熱交換及溫控、測量系統適合于連續觀測。測量過程不需要移動土樣，適合于原位觀測。可雙向測量水汽通量。
【專利說明】一種土壤氣態水采集測量系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種土壤氣態水采集測量系統。

【背景技術】
[0002]氣態水是土壤孔隙中的水汽，是土壤空氣組分之一，在土壤中的運動主要是通過擴散方式進行，并與大氣不斷進行交換。土壤中水汽一般受溫度梯度作用由暖處向冷處運動。白天土表溫度高，水汽向下移動至溫度較低的下層土中，凝結成液態水；夜間，表土溫度降低，深層土壤中的氣態水又向上移動至表土，凝結成液態水。在北方冬季由于地表溫度較低，土壤中氣態水會向表層匯集凝結存儲大量水分，為春季作物的萌發提供重要的水分保證。
[0003]因此，土壤氣態水作為一種非降水性水資源對于干旱半干旱地區農業及生態建設具有舉足輕重的作用。
[0004]同時，近年來測量土壤氣態水中成礦元素含量成為尋找深部隱伏礦產的一種新方法。其主要借助于地球固有的排脫氣作用而由深部向上遷移的成礦元素離子流可以聚積在土壤層之中，從而在松散的土壤空氣中形成地球化學異常探尋深部隱伏礦產分布，而對土壤中氣態水進行有效的收集是該方法能夠有效指導深部找礦的關鍵環節之一。
[0005]然而，目前能夠直接測量土壤氣態水的儀器還很少見。目前的儀器都是間接測量氣態水量(單位時間內土壤重量的變化)。現有儀器設備在安裝、測試時對土樣的擾動一般比較大，且不適合于原位、連續觀測。
實用新型內容
[0006]配合土樣采集器實現對于砂性土壤的小擾動原位土壤氣態水量進行測量。基本原理為直接測量。直接測量的原理為利用半導體制冷模塊采用冷凝稱重的方法。建立了一套熱交換及溫控、測量系統適合于連續觀測。測量過程不需要移動土樣，適合于原位觀測。可雙向測量水汽通量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]通過參照附圖更詳細地描述本實用新型的示例性實施例，本實用新型的以上和其它方面及優點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0008]圖1為本實用新型的一種土壤氣態水采集測量系統的縱剖面結構示意圖。

【具體實施方式】
[0009]在下文中，現在將參照附圖更充分地描述本實用新型，在附圖中示出了各種實施例。然而，本實用新型可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本實用新型的范圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0010]在下文中，將參照附圖更詳細地描述本實用新型的示例性實施例。
[0011]參考附圖1，整個裝置劃分為3大部分。第一部分為土樣采集單元。第二部分為氣態水測量單元。第三部分為控制器部分。
[0012]第一部分為一個鋼制或者有機玻璃材料的圓柱形土樣采集器，采樣器的大小及材料與研究對象的性質有關。由于當時這個裝置的主要目的是針對于砂性土壤的氣態水研究而設計的，由于砂性土壤中的水分含量少，且砂性土壤質地比較松散，采樣時土樣的擾動比較大，當土壤水分含量過低時，土鉆無法將土樣取出。因此本實用新型設計了一種適合于砂土的采樣器結構，在另外一個文件中詳細說明。這個地方本實用新型假設已經取出了土樣。將取好的土樣分為上下兩個部分，分別稱為上層土樣和下層土樣。本實用新型中采樣器采用帶柵格的結構，這種柵格結構有利于測試土樣與原狀土之間進行自然的能量與物質交換，有利于原位觀測的精度。在土樣的四周本實用新型分別設置了紗網，保證土樣不會撒漏。同時在上層土樣的底端和下層土樣的頂端設置了隔離網起到一定的隔離支撐作用。
[0013]第二部分:氣態水測量單元
[0014]該部分處于上下土層的中間部分，并留出一定的空腔。其中的冷凝系統由上下保溫隔板隔離，內部設置了多組半導體制冷模塊，進行腔體冷卻。由于半導體制冷模塊的散熱量比較大，需要增加散熱系統。由于采用散熱扇進行的散熱的熱效率低，且易產生較大的震動和空氣擾動，本次系統設計采用的是水冷的方式進行，各半導體制冷模塊之間通過散熱器和水管連接，通過水流的強制流動借助于外部的熱交換器進行熱量交換。為了保證腔體內部溫度保持在冰點以下，設計中分別在兩個凝結室底部設置了溫度傳感器單元，并使其與外部的溫控儀相連接，通過控制加在半導體制冷模塊上的電壓，控制腔體內部的溫度使其保持恒定。在腔體內部設置了兩個冷凝室，分別用于對進入和溢出的氣態水進行收集。在冷凝室的兩端分別設置了進氣口和單向排氣閥，氣體受到外界氣壓變化的作用由進氣口進入冷凝室，在冷凝室中凝結失去其中多余的水分，然后由單向排氣閥溢出。冷凝室中設置了多組彎管結構以保證水汽有足夠的凝結時間。在冷凝室的底部引出支架，支架穿過下保溫隔離板與下層的高精度稱重傳感器相連接用于對冷凝室的重量進行實時測量，并通過信號線與外部的數據采集器相連接，進行自動記錄存儲。
[0015]第三部分:控制器部分
[0016]這一部分包括三個主要模塊，一個是用于對半導體制冷器的冷卻水進行循環和熱交換的系統。包括水泵、水箱、散熱器等。第二個是溫控儀，主要是接收墻體內部的溫度傳感器發送的溫度信號，控制半導體制冷器的工作狀體，保證腔體內的溫度在設定值附近。第三個模塊是數據采集器模塊，其主要作用是接收高精度稱重傳感器發送的信號，記錄兩個凝結室的重量變化即氣態水水量的累計值。為了保證內部信號與外部的聯系，在外部設置了預埋管線，保證其彼此之間的溝通。
[0017]以上所述僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型。本實用新型可以有各種合適的更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種土壤氣態水采集測量系統，其特征在于: 所述系統劃分為3大部分；第一部分為土樣采集單元；第二部分為氣態水測量單元;第三部分為控制器部分； 第一部分為一個鋼制或者有機玻璃材料的圓柱形土樣采集器；將取好的土樣分為上下兩個部分，分別稱為上層土樣和下層土樣；采樣器使用帶柵格的結構；在土樣的四周分別設置紗網；同時在上層土樣的底端和下層土樣的頂端設置隔離網； 第二部分:氣態水測量單元；該部分處于上下土層的中間部分，并留出一定的空腔；其中的冷凝系統由上下保溫隔板隔離，內部設置多組半導體制冷模塊，進行腔體冷卻；各半導體制冷模塊之間通過散熱器和水管連接，通過水流的強制流動借助于外部的熱交換器進行熱量交換；分別在兩個凝結室底部設置溫度傳感器單元，并使其與外部的溫控儀相連接，通過控制加在半導體制冷模塊上的電壓，控制腔體內部的溫度使其保持恒定；在腔體內部設置兩個冷凝室，分別用于對進入和溢出的氣態水進行收集；在冷凝室的兩端分別設置進氣口和單向排氣閥，氣體受到外界氣壓變化的作用由進氣口進入冷凝室，在冷凝室中凝結失去其中多余的水分，然后由單向排氣閥溢出；冷凝室中設置多組彎管結構以保證水汽有足夠的凝結時間；在冷凝室的底部引出支架，支架穿過下保溫隔離板與下層的高精度稱重傳感器相連接用于對冷凝室的重量進行實時測量，并通過信號線與外部的數據采集器相連接，進行自動記錄存儲； 第三部分:控制器部分；這一部分包括三個模塊，一個是用于對半導體制冷器的冷卻水進行循環和熱交換的系統，包括水泵、水箱、散熱器等；第二個是溫控儀，主要是接收腔體內部的溫度傳感器發送的溫度信號，控制半導體制冷器的工作狀體，保證腔體內的溫度在設定值附近；第三個模塊是數據采集器模塊，其主要作用是接收高精度稱重傳感器發送的信號，記錄兩個凝結室的重量變化即氣態水水量的累計值；為了保證內部信號與外部控制器的聯系，在外部設置了預埋管線，保證其彼此之間的溝通。
【文檔編號】G01N5/00GK204064841SQ201420541217
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】周玉紅, 汪星, 汪有科, 王智, 何自立, 高志勇 申請人:西北農林科技大學