Лизиметр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 13,11,81 (21) 3354614/18-24 И)М.КЛ.З с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -С 05 0 9/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 15,03.83. Бюллетень М 10 Дата опубликования описания 15,03. 83 В, В, Байков, Г. С. Клейн, Н. Б. Протасьев и Л, С. Ракитовас: .ЗГосударственный ордЕн а Трудового Кр асногоЗн амеий: ,гидрологический институтВ(54) ЛИЗИМБТР 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 лизиметра, 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 известмого устройства является низкая надежность работьО 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,ф. второйс почвенным цилиндром, третий - со 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 ЗО в сливной бак 12 .Недостатком данного устройства является также низкая надежность рабдты водорегулирующего устройства иэ-эа наличия гибких шлангов в водо- регулирующем устройстве, которые при перемещении понтона складываются самопроизвольно и при этом возможно появление воздушных пробок, препятствующих свободному протеканию нодды 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 доливном сосуде, а измерение слитой воды производится 0 при выкачивании ее иэ сливного сосуда. Еще одним существенным недостатком является образование эоны нечув" ствительности (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 взвешивающимустройством и устройствами слива и З 5 долива, сигналиэатор уровня, устройства слива и долива содержит герметичную питающую камеру, сообщенную с почвенным цилиндром и с мерной камерой, размещенной в питающей каме ре и жестко соединенной с ней, и размещеннуюпод питающей камерой сливную камеру, сообщенную в устройстве слива с водосборным сосудом, установленным на дне гнезда, и в устрой стве долива - с почвенным цилиндром, в котором установлен стакан-гидрозатвор и сифон, выполненный в виде колокола, установленного в мерной ка; мере, 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 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 в емкости, сообщеннойс емкостью почвенного цилиндра, и с 65 сигнализатором уровня, размещенным 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.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 уровня грунтовых вод по заданной программе; надзор за работой водо- регулирующего 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 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 водосборный сосуд 5. Поддон 4 лизиметра. со 1 общается с емкостью 6, в котором расположен сигнализатор 7 уровня. Другой сигнализатор 8 уровня расположен в 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 С 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 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 долива имеют одинаковую конструкцию и включают в себя питающую камеру 16, мерную камеру 17 с отверстием для ее заполнения, сливную камеру 18 и сифон, составленный из стакана-гидро- затвора 19, колокола 20 и трубки 21. В сливной камере 18 имеется трубка1004986 10Устройства 12 и 11 слива и долива, в которые поступает команда на1слив или долив воды, служат дляпред- .отвращения самопроизвольного сливаводы с верхнего уровня нанижний(фиг. 1) и пропускания дозированныхпорций воды по команде управляющегоблокаУстройства слива и долива работают следующим образом.В рабочем положении камеры 16,17 и стакан-гидрозатвор 19 заполнены водой. Воздух в сифоне, составленном из трубки 21 и колокола 20,уравновешен силами у 96 и у 96 25 (фиг2)Вывести систему иэ равновесияможно путем кратковременного понижения уровня в сифонной трубке навеличину, превышающую и:, Это достигается тем, что по команде управляющего блока 26 мембрана 24 приходитв движение, при этом равновесМе системы нарушается, воздух, заключенный в сифоне, проталкивается и водастекает из мерной камеры 17 на уроЗ 5 вень Но, заполняет спивную камеру 18и стекает по трубке 15 в поддон 5лизиметра или в случае долива водыпо трубке 13 (фиг. 1) в почвенныйцилиндр 3. При уменьшении уровня во ды в мерной камере до уровня К в сифон засасывается воздух, слив прекращается. Далее мерная камера черезотверстие в ней заполняется водойиз питающей камеры 16 и система при хОдит в иСходное состояниеДля осуществления моделированияуровня грунтовых вод по заданнойпрограмме вместо сигнализатора 8уровня в схему управления сливом и 5 О доливом подключается перестраиваемыйгенератор 34 частоты.Использование предложенного лизи(грунтовых вод, Использование лизиметра повыаает производительность трудаи качество полученной информациипри определении элементов водного 65 баланса почвогрунтов. 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. Управляющийблок 26 содержит делители 27 и 28частоты, выходы, которых соединенысо входом схемы 29 сравнения частот,которая, соединяется с реле 30 и реле 31. Реле 30 связано с обмоткойэлектромагнита в устройстве долива,а реле 31 связано с. обмоткой электромагнита в устройстве слива. Контакты реле слива связаны со счетчиком 32 долива, а контакты реле 31связаны 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 черезпрограммное устройство 35. Выходгенератора 34 частоты соединен совторым входом управляющего блока 26,Лиэиметр работает следующим образом.По команде часового механизма 10.(Фиг. 3) включаются сигнализаторы7 и 8 уровня и управляющий блок 26.Сигнализаторы 7 и 8 уровня (фиг. 1)измеряют уровень воды в почвенномцилиндре 3 и скважине 9, а сигналыот сигнализаторов уровня в виде.частоты поступают на вход управляющего блока 26Управляющий блок 26осуществляет сравнение частот.струнных сигнализаторов 7 и 8 уровня. Сигнал .От сигнализатора уровня7 поступает на вход делителя 27,а от сигнализатора 8 уровня - навход делителя 28, После деления частоты эти сигналы поступают на схему29 сравнения,В случае, когда уровень воды впочвенном цилиндре лизиметра нижеуровня в скважине с грунтовой водойна заданную величину, частота струнного сигнализатора 7 уровня будетвыше, чем сигналиеатора 8 уровня, тосхема 29 сравнения (фиг, 3) выдаетсигнал на реле 30Это реле подключает питание к обмотке электромагнита устройства 36 долива, происходитдолив воды, одновременно счетчик 32долива Фиксирует импульс долива.В случае, когда уровень воды впочвенном цилиндре 3 лизиметра вышеуровня в скважине 9 с грунтовой водой на заданную величину, частотаструнного сигнализатора 7 уровнябудет ниже сигнализатора 8 уровня,то схема 29 сравнения выдаст сигнална 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. метрапозволяет автоматизировать процесс измерения элементов водного баланса почвогрунтов, повысить точность измерения, кроме того, появляется возможность изучать водный ба" ланс почвогрунтов путем моделирования уровня грунтовых вод или работыего в режиме с постоянным уровнемили в режиме. с переменным уровнемОжидаемый экономический эффект от использования лизиметра на единицу продукции составляет 16441 р,Формула изобретения , .5Лиэиметр, содержащий гнездо с размещенным в нем почвенным цилиндром. связанным со взвешивающим устройством и устройствами слива и доли О ва, сигнализатор уровня, о т л ич а ю щ и й с я 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, 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-.гидроэатвор и сифон, выполненный в виде колокола, установленного в мерной камере, й трубки, один торец которой установлен под колоколом, а другой размещен в ста. кане-гидроэатворе, связанном с исполнительным органом, выполненнымв виде корпуса, разделенного мембраной на две камеры, одна из которыхсообщена трубопроводом со стаканомгидроэатвором, а другая снабженаэлектромагнитом с отверстием, в котором установлен сердечник, связанный через шток с мембраной, причемобмотка .электромагнита связана суправляющим блоком, первый и второйвходы которого соединены соответственно с сигнализатором уровня, размещенным в емкости, сообщенной семкостью почвенного цилиндра, и ссигнализатором уровня, размещеннымв скважине с грунтовой водой, а выходы управляющего блока соединены сустройствами слива и долива, причемко второму входу управляющего блокаподключены генератор и программноеустройство. 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 Р 423106, кл. С 05 0 9/00, 1974 (прототип).1004986 Составитель Т. ЗадворнаяРедактор М. Келемеш Техред ,костик Корректор Г, О1 Подписное Закаэ д. 4/5 Проектна ППП "Патент" Ужгоро или 896/61 ВНИИЛ по 113035, Тираж 872осударственного комитета СС ам изобретений и открытий сква, .Ж, Раушская наб.