本發(fā)明涉及土壤實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
達(dá)西定律又稱滲透定律，公式為：
q＝kfi或
是指通過試樣的滲透流量與試樣橫截面積及試樣兩端測(cè)壓管水頭差成正比，與試樣的滲透途經(jīng)成反比，比例系數(shù)為k(滲透系數(shù))。達(dá)西定律是分析堤壩滲流計(jì)算和地下水滲流計(jì)算的理論基礎(chǔ)。達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)儀是專門用于驗(yàn)證達(dá)西定律、測(cè)定滲透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)儀器。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)儀，其方式為：實(shí)驗(yàn)儀為一整體構(gòu)造，實(shí)驗(yàn)時(shí)外接水源，水體自上而下滲過試樣，由測(cè)壓管測(cè)出水壓差。這種儀器的缺點(diǎn)是對(duì)滲流模型的數(shù)據(jù)采集和處理效率低下，測(cè)量的誤差較大，試樣的滲流效果的體現(xiàn)不出來。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠解決一般的達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用人工讀數(shù)，自動(dòng)化程度低，測(cè)量精度低的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：包括供水系統(tǒng)、滲透系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
所述供水系統(tǒng)包括供水槽、水泵、水箱、供水管a和溢流管a；所述水箱位于供水槽的上方，水箱內(nèi)設(shè)置有一隔板在水箱內(nèi)形成溢流槽a；水泵設(shè)置在供水槽內(nèi)，水泵通過供水管a將供水槽內(nèi)的水源泵送到位于供水槽上方的水箱內(nèi)；所述溢流管a設(shè)置在溢流槽a的底端，溢流槽a內(nèi)的水流通過溢流管a流向供水槽；
所述滲透系統(tǒng)包括滲透裝置、供水管b、測(cè)壓管、溢流槽b和溢流管b；所述滲透裝置為透明圓柱有機(jī)玻璃；滲透裝置的側(cè)邊的底端通過供水管b與水箱的底端相連；滲透裝置的內(nèi)壁底端設(shè)置有透水板，透水板的上方裝有試樣；滲透裝置的頂端外壁上設(shè)置有溢流槽b和溢流管b，所述滲透裝置與水箱之間具有高度差；所述測(cè)壓管具有若干個(gè)且相隔等距設(shè)置在滲透裝置的側(cè)壁上與試樣導(dǎo)通；
所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、變頻器、水位傳感器、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集器；所述的變頻器與計(jì)算機(jī)連接控制水泵抽水量；所述壓力傳感器設(shè)置在溢流管b出口的下方，壓力傳感可測(cè)得流出水分重量隨時(shí)間的變化,可換算出滲透流量；所述水位傳感器具有若干個(gè)分別安裝在滲透裝置與各測(cè)壓管平行的測(cè)孔內(nèi)；水位傳感器與壓力傳感器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器相連；數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連。
進(jìn)一步的，所述水箱在豎直方向上高度可調(diào)；
進(jìn)一步的，所述壓力傳感器上面設(shè)置有燒杯，收集溢出管b流出的水量；
進(jìn)一步的，所述的水流方向自下而上滲透試樣，便于排氣，提高滲透效率；
進(jìn)一步的，該全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法具體如下：
s1：將滲透裝置的過濾板上放置一層銅紗網(wǎng),銅紗網(wǎng)粒徑小于試樣粒徑,然后將試樣裝入滲透裝置內(nèi)，并將壓力傳感器安裝在滲透裝置與測(cè)壓管平行的的測(cè)孔內(nèi),并將水箱調(diào)節(jié)到滲透裝置上的一定高度。
s2：初始數(shù)值測(cè)量：測(cè)量出滲透裝置各測(cè)壓管之間的距離記做l，滲透裝置的截面積記做f；
s3：水泵供水：通過計(jì)算機(jī)控制變頻器來控制水泵抽水量，將供水槽內(nèi)的水流由經(jīng)過供水管a供給到水箱中，并將水箱灌滿水保證水位穩(wěn)定且溢出的水流經(jīng)過溢流槽a與溢流管a流向供水槽；
s4：水流滲透：在水泵的不間斷工作下，保證水箱水位的穩(wěn)定，水箱中水流經(jīng)過供水管b流向滲透裝置且通過滲透裝置底端的透水板滲入試樣，直至滲透裝置頂部溢水，溢水槽b內(nèi)的溢水管b溢水；
s5：數(shù)據(jù)采集：在達(dá)西定律軟件上設(shè)定滲透時(shí)間，計(jì)算機(jī)記錄下水位傳感器數(shù)據(jù)h1、h2、h3、h4和壓力傳感器數(shù)據(jù)w,可測(cè)出時(shí)段t內(nèi)流出水量,可計(jì)算出流量
s6：數(shù)據(jù)計(jì)算：根據(jù)達(dá)西定律公式
s7：調(diào)節(jié)三次水箱高度，進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，計(jì)算三次實(shí)驗(yàn)所得滲透系數(shù)k1、k2和k3，取平均值為k；用三次實(shí)驗(yàn)所得的v1、v2、v3和i1、i2、i3，作v-i關(guān)系線，看是否為直線，驗(yàn)證達(dá)西線性定律。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
1)取代了傳統(tǒng)儀器直接連接水源，從而解決了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地對(duì)水源的要求，占地面積小，水源可以重復(fù)使用，極大的節(jié)省了水資源。
2)通過自動(dòng)化的全程控制達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，極大的提高了數(shù)值測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，提高了達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)效率。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為本發(fā)明的全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
如圖1所示的一種全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括供水系統(tǒng)1、滲透系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3。
供水系統(tǒng)1包括供水槽11、水泵12、水箱13、供水管a14和溢流管a16；所述水箱13位于供水槽11的上方，水箱內(nèi)設(shè)置有一隔板在水箱13內(nèi)形成溢流槽a15；水泵12設(shè)置在供水槽11內(nèi)；水泵12通過供水管a14將供水槽11內(nèi)的水源泵送到位于供水槽11上方的水箱13內(nèi)；所述溢流管a16設(shè)置在溢流槽a15的底端，溢流槽a15內(nèi)的水流通過溢流管a16流向供水槽11。
滲透系統(tǒng)2包括滲透裝置21、供水管b22、測(cè)壓管23、溢流槽b24和溢流管b25；所述滲透裝置21為透明圓柱有機(jī)玻璃；滲透裝置21的側(cè)邊的底端通過供水管b22與水箱13的底端相連；滲透裝置21的內(nèi)壁底端設(shè)置有透水板26，透水板26的上方設(shè)置有試樣27；滲透裝置21的頂端外壁上設(shè)置有溢流槽b24和溢流管b25，所述滲透裝置21與水箱13的之間具有高度差；所述測(cè)壓管23具有若干個(gè)且相隔等間距設(shè)置在滲透裝置21的側(cè)壁上與土樣27導(dǎo)通。
數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3包括計(jì)算機(jī)31、變頻器32、水位傳感器35、壓力傳感器33和數(shù)據(jù)采集器34；所述變頻器32與計(jì)算機(jī)31相連控制水泵12抽水量；所述壓力傳感器33設(shè)置在溢流管b25的出口處，壓力傳感器33通過特定頻率讀數(shù)可測(cè)得流出水分重量隨時(shí)間的變化,可換算出滲透流量；所述水位傳感器35具有若干個(gè)分別安裝在滲透裝置與各測(cè)壓管平行的測(cè)孔內(nèi)；水位傳感器35與壓力傳感器33通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器34相連；數(shù)據(jù)采集器34與計(jì)算機(jī)相連31。
水箱13在豎直方向上高度可調(diào)。
壓力傳感器33上面設(shè)置有燒杯，收集溢出管b25流出的水量。
水流方向自下而上滲透試樣，便于排氣，提高滲透效率。
該全自動(dòng)達(dá)西定律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法具體如下：
s1：將滲透裝置21的過濾板26上放置一層銅紗網(wǎng),銅紗網(wǎng)粒徑小于試樣粒徑，然后將試樣裝入滲透裝置21內(nèi)，并將水位傳感器35安裝在滲透裝置21與測(cè)壓管平行的的測(cè)孔內(nèi)。
s2：初始數(shù)值測(cè)量：測(cè)量出滲透裝置21距與測(cè)壓管之間的距離記做l，滲透裝置21的截面積記做f；
s3：水泵供水：通過計(jì)算機(jī)31控制變頻器32來控制水泵12抽水量，將供水槽11內(nèi)的水流由經(jīng)過供水管a14供給到水箱13中，并將水箱13灌滿水保證水位穩(wěn)定且溢出的水流經(jīng)過溢流槽a15與溢流管a16流向供水槽11。
s4：水流滲透：在水泵12的不間斷工作下，保證水箱13水位的穩(wěn)定，水箱13中水流經(jīng)過供水管b22流向滲透裝置21且通過滲透裝置21底端的透水板26滲向試樣27，便于排氣，確保水流在試樣中的滲透直至滲透裝置21頂部溢水，溢水槽b24內(nèi)的溢水管b25溢水；
s5：數(shù)據(jù)采集：在達(dá)西定律軟件上設(shè)定滲透時(shí)間，計(jì)算機(jī)記錄下水位傳感器35數(shù)據(jù)h1、h2、h3、h4和壓力傳感器33數(shù)據(jù)w,可測(cè)出時(shí)段t內(nèi)流出水量,可計(jì)算出流量
s6：數(shù)據(jù)計(jì)算：根據(jù)達(dá)西定律公式
s7：調(diào)節(jié)三次水箱13高度，進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，計(jì)算三次實(shí)驗(yàn)所得滲透系數(shù)k1、k2和k3，取平均值為k；用三次實(shí)驗(yàn)所得的v1、v2、v3和i1、i2、i3，作v-i關(guān)系線，看是否為直線，驗(yàn)證達(dá)西線性定律。
本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。