Лизиметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

gii1 ОО4986

1 (63) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 13.11. 81 (21) 33546 4/18-24 (И)М Кл з с присоединением заявки HP (23) Приоритет—

G 05 D 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 646 (088.8) Опубликовано 15.03.83. Бюллетень М 10

Дата опубликования описания 15,03. 83

В. В. Байков, Г. С. - Клейн, Н. Б. Протасьев и Л. С. Ракитова

l с

4 „

:: .У

;!

Государственный ордЕна Трудового Красного Знамеий",: гидрологический институт

В (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 4 ) ЛИЗИМЕТР

Изобретение относится к гидрологическому приборостроению и может быть использовано при изучении испарения воды с поверхности различных почвогрунтов и определении других составляющих водного баланса почвогрунтов с постоянным, изменяющимся или моделированным по заданной программе уровнем грунтовых вод, например при воднобалансовых и гидромелиоративных исследованиях.

Известна конструкция лиэиметра, в которой имеется цилиндр с 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 поднима.ется или опускается и вода иэ него начинает стекать в почвенный монолит или иэ него. Количество отливаемой или доливаемой воды регистрируется самописцами 1 ).

Недостатком известного устройства является низкая надежность работыЭ поплавки и из-эа наличия гибких шлангов.

Наиболее близким к изобретению является лиэиметр со следящим уровнем, содержащий цилиндр с почвой, бачок долнва с рейкой уровня, бачок слива с трубкой для откачивания воды, водорегулирующее устройство, установленное в понтоне, плавающем в скважине с грунтовой водой, Водо-. регулирующее устройство выполнено в виде понтона, к которому присоединены трубки со шлангами, один из них связан с доливным баКом, . второйс почвенным цилиндром, третий - co сливным баком. Трубка доливного шланга закрыта мембраной. При подьеме уровня в скважине поплавок понтона поднимается, мембрана отходит от трубки и вода иэ сливного бака поступает в монолит. При понижении уровня грунтовых вод понтон с укрепленной в нем сливной. трубкой опускается и вода иэ монолита сливается в сливной бак 12 g. 1004986

Недостатком данного устройства является также низкая надежность рабдты нодорегулирующего устройства иэ-эа навичия гибких шлангов в водорегулирующем устройстве, которые при перемещении понтона складываются самопроизвольно и при этом возможно появление воздушных пробок, препятствующих свободному протеканию ноды через него, что может привести к нарушению работы лизиметра. Кроме этого, шланг обладает определенной жесткостью. Поэтому необходимы значительные размеры понтона для сохранения его плавучести, что влечет эа 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 долинном сосуде, а измерение слитой воды производится

30 при выкачивании ее иэ сливного сосуда. Еще одним существенным недостатком является образование эоны нечув" стнительности (около 2 мм) у сливной трубки, обусловленной влиянием образования мениска.

Цель изобретения — повышение надежности и точности лизиметра н соответствии с заданной программой.

Поставленная цель достигается тем, что н лизиметре, содержащем гнездо с размещенным в нем почвенным цилиндром, связанным со взвешивающим устройством и устройствами слива и Зэ долина, сигналиэатор уровня, устройства слива и долина содержит герметичную питающую камеру, сообщенную с почвенным цилиндром и с мерной камерой, размещенной в питающей каме- $0 ре и жестко соединенной с ней, и размещеннуют од питающей камерой сливную камеру, сообщенную в устройстве слива с водосборным сосудом, установленным на дне гнезда, и в устрой стне долина - с почвенным цилиндром, в котором установлен стакан-гидрозатвор и сифон, выполненный н виде колокола, установленного в мерной ка; мере, и трубки, один торец которой установлен под колоколом, а другой размещен в стакане-гидрозатноре, связанном с исполнительным органом, выполненным в виде корпуса, разделенного мембраной на две камеры, одна из которых сообщена трубопроводом со стаканом-гидрозатвором, а другая снабжена электромагнитом с отверстием, в котором установлен сердечник, связанный через шток с мембраной, причем обмотка электромагнита связана с управляющим блоком, первый и второй входы которого соединены соответственно с сигналиэатором уровня, размещенным н емкости, сообщенной с емкостью почненного цилиндра, и с сигнализатором уровня, размещенным в скважине с грунтовой нодой, а выходы упранляющего блока соединены с устройствами слива и долина, причем ко второму входу управляющего блока подключены генератор и программное устройство.

Предложенное выполнение лиэиметра

Кает воэможность осуществлять: дистанционное измерение веса почвенно- го 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 уроння грунтовых вод по заданной программе, надзор за работой водорегулирующего устройства- и возможность ремонта беэ демонтажа лизиметра, 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 долина, на фиг. 3 - функциональная схема слива и долина.

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 водосборный сосуд 5. Поддон 4 лизиметра. соL. общается с емкостью 6, в котором расположен сигнализатор 7 уровня. Другой сигнализатор 8 уровня расположен н скважине 9 с грунтовой водой.

В состав лиэиметра 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 Г от сигнализаторов 7 и 8 уровня поступают на вход схемы сравнения (фиг. 3), которая вырабатывает команду на исполнительные устройства

11 и 12 долина и слива воды. Каждое иэ устройств 11 и 12 долина и слива представляет собой сифон с трубками

13, 14 и 15. Причем трубка 13 соединяет устройство 11 долина 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 долина имеют одинаковую конструкцию и включают н себя питающую 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

1004986

15 (фиг, 1 и 2), соединяющая устройство слива с водосборным сосудом 5, а устройство долива трубкой 13 соединяется с почвенным цилиндром 3.

Стакан гидрозатвора 19 соединен шлан,гом 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, соединяется с 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 пере- страиваемый генератор 34 частоты (фиг. 3), необходимый для осуществления моделирования уровня грунтовых вод по заданной программе через программное устройство 35. Выход генератора 34 частоты соединен со вторым входом управляющего блока 26. . Лиэиметр работает следующим образом.

IIo команде часового механизма 10 .(фиг. 3) включаются сигнализаторы

7 и 8 уровня и 1правляющий 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 сравнения.

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 сигналиеатора 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 сигнализаторов 7 и 8 уровня равны или не отличаются на определенную заданную величину, то.слива или долива не происходит. метра позволяет автоматизировать процесс измерения элементов водного баланса почвогрунтов, повысить точность измерения, кроме того, появля5S ется возможность изучать водный баланс почвогрунтов путем моделирования уровня грунтовых вод или работы его в режиме с постоянным уровнем или в режиме. с переменным уровнем (грунтовых вод. Использование лизиметра повыаает производительность труда и качество полученной информации при определении элементов водного

65 баланса почвогрунтов.

10 Устройства 12 и 11 слива и долива, в которые поступает команда на

> слив или долив воды, служат для пред-отвращения самопроизвольного слива воды с верхнего уровня на нижний (фиг. 1) и пропускания дозированных порций воды по команде управляющего блока °

Устройства слива и долива работают следующим образом.

В рабочем положении камеры 16, 17 и стакан-гидрозатвор 19 заполне- . ны водой. Воздух в сифоне, составленном из трубки 21 и колокола.20, уравновешен силами y qh< ygh

25 (фиг. 2) . *

Вывести систему иэ равновесия можно путем кратковременного понижения уровня в сифонной трубке на величину, превышающую h: . Это достигается тем, что по команде управляющего блока 26 мембрана 24 приходь" т в движение, при этом равновесМе системы нарушается, воздух, заключенный в сифоне, проталкивается и вода стекает из мерной камеры 17 на уровень H, 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 во40 ды 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 при45 ходит в исходно состояние.

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

gp доливом подключается перестраиваемый генератор 34 частоты.

Использование предложенного лизи1004986

Ожидаемый экономический эффект от использования лизиметра на единицу продукции составляет 16441 р. формула изобретения .5

Лиэиметр, содержащий гнездо с размещенным в нем почвенным цилиндром. связанным со взвешивающим устройством и устройствами слива и доли- 1О ва, сигнализатор уровня, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьыения надежности и точности лиэиметра, устройства слива и долива содержат герметичную питающую камеру, сообщенную с почвенным цилиндром и с мерной камерой, размеценной в питающей и жестко соединенной с ней, и размещенную под питаюцей 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-.гидроэатвор и сифон, выполненный в виде колокола, установленного s мерной камере, и трубки, один торец которой установлен под колоколом, а другой размещен в ста. кане-гидроэатворе, связанном с исполнительным органом, выполненным в виде корпуса, разделенного мембраной на две камеры, одна из которых сообщена трубопроводом со стаканомгидроэатвором, а другая снабжена электромагнитом с отверстием, в котором установлен сердечник, связанный через шток с мембраной, причем обмотка .электромагнита связана с управляюцим блоком, первый и второй входы которого соединены соответственно с сигнализатором уровня, размещенным в емкости, сообщенной с емкостью почвенного цилиндра, и с сигнализатором уровня, размеценным 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. Сбррник статей. Ч. 1, М., "Колос", 1972, с. 8.

2. Авторское свидетельство СССР в 423106, кл. G 05 0 9/00, 1974 (прототип).

1004986

1004986

h)

Составитель Т. Задворная

Редактор N. Келемеш Техред !.Костик Корректор Г. Огар Закаэ 1896/61 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, .Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4