一种量测斥水性土壤接触角试验装置的制造方法
一种量测斥水性土壤接触角试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种试验装置，尤其设及用于量测斥水性±壤接触角的试验装 置。
【背景技术】
[0002] ±壤的斥水性是指水分不能或者很难湿润±壤颗粒表面的物理现象，由于水分不 会自动渗入±壤，W水滴状停留在上表。具有斥水性的上壤称为斥水上，反之为亲水上。上 壤并非完全可润湿或不可润湿，但都存在一定程度的斥水性。±壤斥水性会导致其渗透率 和导水率小于亲水±壤，灌概或降雨时水分易在斥水±表面形成积水，水分优先入渗进亲 水±壤会加速±壤的侵蚀，严重时会导致水分更快速的流向下水道、河流、海洋等而造成水 ±流失，同时伴随±壤养分和农药的流失。上述情况的出现会降低种子的发芽率、农田产 量，增加地下水的污染程度，浪费水资源，给环境带来极大的负面影响。
[0003] 解决上述问题的前提是了解和确定±壤斥水性的级别。为了准确评价±壤的斥水 性，本领域提出了接触角的概念。一定体积液体滴到斥水±表面会形成一个平衡液滴，其形 状由固、液、气=相交界处任意两相间之夹角所决定，规定在=相交界处自固-液界面经液 滴内部至气液界面之夹角为平衡接触角，接触角越小湿润性越好，W0表示。0 =0°时上 壤为湿润性上；0° <0 <90°时存在一定的斥水性，此时±壤为亚临界性斥水性；0 >90° 时不润湿，0越大润湿性能越差，此时±壤表现为斥水性。
[0004] 由于±壤的颗粒很小、表面不光滑，直接检测和确定接触角存在一定的困难，因此 目前本领域采用滴水穿透时间法（water化oppenetrationtime,WDPT)、酒精溶液入渗法 (MolarityofEthanolDroplet,MED)、固着液滴法（SessileDropMethod)等间接测试接 触角，确定获取上壤斥水性的等级。该些方法或操作繁琐或物理意义不明确，并且直观性 差，为研究±壤斥水性和防治其危害带来了困难。 【实用新型内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种量测斥水性±壤接触角试验装置， 可W直接用于计算接触角的大小，清晰直观的呈现±壤斥水性的等级，为研究斥水性±壤 和防治其危害提供有效的技术指导。
[0006] 具体的说，本实用新型是通过如下技术方案实现的：
[0007] 一种量测斥水性±壤接触角试验装置，包括位于底座上的温控等水位循环水槽， 用于为±壤样品提供温度恒定的润湿液；支撑架，其下端连接于底座，上端连接于固定支 架；固定支架，为具有间隔的双层板，下层板上设有供±柱穿过的孔，上层板连接有称重装 置，称重装置的下端挂载±柱；±柱，用于装纳±壤样品。
[000引通过上述装置，调整固定支架的位置使得±柱恰好进入温控等水位循环水槽，记 录毛细水上升过程中±柱的质量变化和对应的时间，根据湿润过程中填充±壤内液体质量 对时间的变化即可求取液体对±柱内的斥水性±壤样品的接触角。
[0009] 为了广泛适应于各种±壤，大尺度上灵活调节固定支架的位置，所述支撑架为伸 缩支撑架，支撑架的一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构。
[0010] 通过螺纹结构，将支撑架固定安装在底座上，并通过螺钉结构支撑固定支架于温 控等水位循环水槽的正上方；通过伸缩调节固定支架在水槽上方的高度。
[0011] 为了保证支撑架必要的使用寿命，通常支撑架由硬质金属或金属合金制成，优选 采用不诱钢材料制成。
[0012] 为了尽可能同时进行多组测试，减少固定支架表面的面积浪费，所述固定支架为 圆形，均匀分布有多个孔，与支撑架通过螺栓连接。
[0013] 为了提高试验的准确性，节约测试时间，同样性质（颗分、容重等）的±柱在甲醇 与蒸馈水的混合溶液（或单独采用蒸馈水）和另一种对±壤湿润接触角为零的液体中测试 两次，所述温控等水位循环水槽为圆柱型水槽，由底座上的阻隔板分成两个工作区域，两个 工作区域分别容纳甲醇与蒸馈水的混合溶液（或蒸馈水）和另一对±壤湿润接触角为零的 液体。在此情况下，每个工作区域对应半圆形的固定支架。
[0014] 在本实用新型的试验装置中，为了防止±柱中的±壤样品滑落，其下端由由玻璃 棉封闭。
[0015] 为了防止玻璃棉对试验结果的影响，上述所用的玻璃棉预先用湿润液体侵泡并煮 过。
[0016] 尽管可W通过量尺等测量毛细水在±柱中±壤样品的上升高度，为了便于读数， 优选±柱为表面刻有刻度的管。
[0017] 在本实用新型中，为了防止温度变化影响表面张力和接触角，通过温控等水位循 环水槽为试验装置提供温度恒定的水，本领域已知的任何可提供恒温水的结构均可用于本 实用新型，包括但不限于如下：
[001引 1、温控等水位循环水槽包括由溢流板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管 道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过 出水管道连接至供水箱；加热箱和供水箱之间的管道上设置有蠕动累驱动水循环。
[0019] 2、温控等水位循环水槽包括由溢流板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管 道连接至供水箱；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；供水腔底 部填充加热板，加热板连接温控设备；在输水管道上设置有蠕动累驱动水循环。
[0020] 上述所公开的两种结构，均可通过蠕动累驱动水的流动，并通过所采用的加热设 备保证供水腔中的水温恒定。
[0021] 为了更好的控制和了解水温，供水腔中还设有温度传感器，所述温度传感器连接 至计算机数据采集系统。
[0022] 通过上述改进，本实用新型的装置一方面能够观察斥水性±壤中的毛细水分布情 况及湿润锋的变化规律，另一方面能够在最短的操作时间和操作次数下快速、准确、直接得 到待测±壤样品的接触角。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的试验装置的结构示意图。
[0024] 在附图中，各数字含义如下；1-底座，11-阻隔板，21-供水腔，22-溢流腔，31-加 热箱，32-蠕动累，33-供水箱，4-支撑架，51-固定支架上层板，52-固定支架下层板，6-弹 黃砰，7- ±柱，71- ±壤样品，72-玻璃棉。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图W及具体试验装置示例对本实用新型的实现方式及其原理进行进 一步的解释。在下述实施中，申请人对本实用新型试验装置的大小、材质、形状等进行了详 尽的说明，该仅仅是示意性的，并不构成特别限定，所提供的附图也非按比例绘制。本领域 技术人员在理解和掌握本发明实质精神的基础上，对其所进行的改进依旧属于本实用新型 的保护范围。
[0026] 参考附图1，本实用新型所公开的试验装置，主要由如下几个部件构成：
[0027] 位于底座1上的温控等水位循环水槽，是一个高160mm、直径700mm圆柱型水槽，由 厚80mm、高280mm阻隔板11分成两个工作区域（为了图示的方便，图中仅对一侧进行了标 识）。每一个工作区域由厚10mm高200mm的溢流板分成供水腔21和溢流腔22。其中左侧 的工作区域可用于利用完全润湿的参比液体计算相关常数，右侧用于计算水对±壤样品的 接触角。
[002引为了调节温度的方便，保证温度恒定，供水腔底部填充厚6mm的加热板，加热板连 接温控设备，W保证水温处于恒温状态。，与蠕动累连接，将多余的水。
[0029] 溢流腔22底部设置排水孔，通过蠕动累32将多余的水循环至供水箱33,其中供水 箱33的规格为200mmX200mmX200mm，由厚10mm的PVC材料制作。通过定流量的蠕动累给 试验装置供水。
[0030] 加热箱31大小为50mmX50mmX200mm，由厚10mm的PVC材料制作，加热箱底部放 置温控加热椿，加热箱中充满水。将蠕动累的水管放置于加热箱中，通过水箱中的热水加热 蠕动累中的水。
[0031] 在底座上固定有伸缩支撑架4,其为直径60mm，高600mm的不诱钢伸缩支架，其一 头有长50mm螺纹结构，另一头有长50mm螺钉结构。
[0032] 在支撑架4的顶部固定有固定支架，该固定支架由两个厚20mm直径460mm半圆构 成，该固定支架分别上层板51和下层板52,每个半圆板上均匀分布有16个直径30mm的孔。
[0033] 在两层板支架设有弹黃砰6作为称重装置，弹黃砰的上端挂在固定支架的上层 板，下端的挂钩用金属丝悬挂穿过圆孔的±柱7。
[0034] ±柱7为表面刻有刻度的直径30mm壁厚3mm的PVC塑料管，其上端填充测试用± 壤样品71，下端用玻璃棉72封闭。
[0035]上述的试验装置，±柱置于供水腔前，±壤为原始状态，±柱进入水槽液面后，水 从±柱底部上升，最终达到稳定的上升高度，此高度即毛细水上升高度h。
[0036] 上述装置的使用步骤为：
[0037] 准确称取一定量的±壤装入±柱后不断振动，直到±壤填充高度不再降低为止， 下端用玻璃棉（用湿润液体侵泡并煮过）封好。
[003引蠕动累的水管一头放置于供水箱33中，另一头放置于供水腔21中；用排水管连接 溢流腔22底部的排水孔和供水箱33 ;灌水后用蠕动累为供水腔21灌水的水管放置于加热 箱的水中。试验过程中适时的为供水箱加溶液。
[0039] 水灌满后，打开加热设备直到加热箱31和供水腔21达到目标温度（用供水腔底 部的加热板使水温恒定）。
[0040] 将固定支架调整到±柱深入供水腔2mm处，固定±柱。
[0041] 记录开始时间t。，同时记录毛细水上升过程中±柱的质量变化mi，nvnvnvmg和 对应的时间ti，*2,tg，t"tg。
[0042] 根据湿润过程中填充±壤内液体质量对时间的变化求取液体对斥水性±壤的接 触角，该过程可W用动态渗透压力法的间接方法一一重量法来描述：
[0047] W上公式中，假定上柱由许多毛细管簇组成且液体润湿过程为层流，根据 Washburn定律得到式（1)，其中，h为湿润高度，cm;C为常数，1 ;1~为±壤见空隙的当量毛 细管有效半径，cm,对指定的体系来说C、r为定值。丫为液体表面张力，mN/m;n为液体粘 度，mPaXS;t为湿润时间，S。
[0048] 式（2)为理论上±壤内液体质量和湿润高度的关系，P为湿润液体密度，g/cm3; C'为毛细管底面积与玻璃管底面积的转换系数；R为±柱半径，cm。
[0049] 式做为湿润液体湿润±柱所产生的质量差的平方对时间t的直线关系的斜率， 当采用参比液体时，由于参比液体的对±壤完全湿润，其接触角为0°，利用参比液体的斜 率k可W求得c、r。
[0050] 式（4)为待测试斥水±壤接触角的值，由于甲醇和水的混合溶液（或蒸馈水）的 粘度、表面张力可W测得（或已知），通过该个公式求得接触角结果。
[0化1] 在上述操作中，所用的参比液体的对±壤完全湿润，具体可根据实际需要进行选 择，常用的此类液体为正己烧。
[0化2] 为了准确检测水温，还可W将温度传感器放于供水腔中，通过计算机数据采集系 统实时采集供水腔中的水温信息。
[0化3] 与传统的间接计算方法相比，本实用新型可清晰、直观测试斥水性±壤的接触角， 观察斥水性±壤中的毛细水分布情况及湿润锋的变化规律。通过调整仪器高度，可W测量 各种质地斥水性上壤的接触角。
[0054] 本实用新型的试验装置，通过结构改进提高了测试效率，在同等体积下使测试数 目达到最优状态，一次可W测试26个不同±柱的毛细水上升高度，因此节约了时间，提高 了工作效率。
【主权项】
1. 一种量测斥水性土壤接触角试验装置，其特征在于包括位于底座上的温控等水位循 环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的润湿液；支撑架，其下端连接于底座中，上端连接 于固定支架；固定支架，为具有间隔的双层板，下层板上设有供土柱穿过的孔，上层板连接 有称重装置，称重装置的下端挂载土柱；土柱，用于装纳土壤样品。2. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述支撑架为伸缩支撑架，支撑架的 一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构。3. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述固定支架为半圆形，均匀分布有 多个孔，与支撑架通过螺栓连接。4. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽为圆柱型水 槽，由底座上的阻隔板分成两个工作区域，每个工作区域对应半圆形的固定支架。5. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述土柱下端由玻璃棉封闭。6. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述土柱为表面刻有刻度的管。7. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽包括由溢流 板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的 加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；加热箱、供水箱和 供水腔之间的管道上设置有蠕动泵驱动水循环。8. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽包括由溢流 板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱；溢流腔底部设置排水孔，排 水孔通过出水管道连接至供水箱；供水腔底部填充加热板，加热板连接温控设备；在输水 管道上设置有蠕动泵驱动水循环。9. 根据权利要求7或8所述的试验装置，其特征在于供水腔中还设有温度传感器，所述 温度传感器连接至计算机数据采集系统。
【专利摘要】本实用新型公开了一种量测斥水性土壤接触角试验装置，包括位于底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的润湿液；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接于固定支架；固定支架，为具有间隔的双层板，下层板上设有供土柱穿过的孔，上层板连接有称重装置，称重装置的下端挂载土柱；土柱，用于装纳土壤样品。本实用新型公开的试验装置能够观察斥水性土壤中的毛细水分布情况及湿润锋的变化规律，并且还可以简单快捷的直接获得斥水性土壤接触角，清晰直观的呈现土壤斥水性的等级。
【IPC分类】G01N13/00
【公开号】CN204694592
【申请号】CN201520419445
【发明人】许模, 凌睿雯, 肖先煊, 康小兵, 王在敏, 张强, 漆继红, 杨艳娜, 夏强
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月17日
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种试验装置，尤其设及用于量测斥水性±壤接触角的试验装 置。
【背景技术】
[0002] ±壤的斥水性是指水分不能或者很难湿润±壤颗粒表面的物理现象，由于水分不 会自动渗入±壤，W水滴状停留在上表。具有斥水性的上壤称为斥水上，反之为亲水上。上 壤并非完全可润湿或不可润湿，但都存在一定程度的斥水性。±壤斥水性会导致其渗透率 和导水率小于亲水±壤，灌概或降雨时水分易在斥水±表面形成积水，水分优先入渗进亲 水±壤会加速±壤的侵蚀，严重时会导致水分更快速的流向下水道、河流、海洋等而造成水 ±流失，同时伴随±壤养分和农药的流失。上述情况的出现会降低种子的发芽率、农田产 量，增加地下水的污染程度，浪费水资源，给环境带来极大的负面影响。
[0003] 解决上述问题的前提是了解和确定±壤斥水性的级别。为了准确评价±壤的斥水 性，本领域提出了接触角的概念。一定体积液体滴到斥水±表面会形成一个平衡液滴，其形 状由固、液、气=相交界处任意两相间之夹角所决定，规定在=相交界处自固-液界面经液 滴内部至气液界面之夹角为平衡接触角，接触角越小湿润性越好，W0表示。0 =0°时上 壤为湿润性上；0° <0 <90°时存在一定的斥水性，此时±壤为亚临界性斥水性；0 >90° 时不润湿，0越大润湿性能越差，此时±壤表现为斥水性。
[0004] 由于±壤的颗粒很小、表面不光滑，直接检测和确定接触角存在一定的困难，因此 目前本领域采用滴水穿透时间法（water化oppenetrationtime,WDPT)、酒精溶液入渗法 (MolarityofEthanolDroplet,MED)、固着液滴法（SessileDropMethod)等间接测试接 触角，确定获取上壤斥水性的等级。该些方法或操作繁琐或物理意义不明确，并且直观性 差，为研究±壤斥水性和防治其危害带来了困难。 【实用新型内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种量测斥水性±壤接触角试验装置， 可W直接用于计算接触角的大小，清晰直观的呈现±壤斥水性的等级，为研究斥水性±壤 和防治其危害提供有效的技术指导。
[0006] 具体的说，本实用新型是通过如下技术方案实现的：
[0007] 一种量测斥水性±壤接触角试验装置，包括位于底座上的温控等水位循环水槽， 用于为±壤样品提供温度恒定的润湿液；支撑架，其下端连接于底座，上端连接于固定支 架；固定支架，为具有间隔的双层板，下层板上设有供±柱穿过的孔，上层板连接有称重装 置，称重装置的下端挂载±柱；±柱，用于装纳±壤样品。
[000引通过上述装置，调整固定支架的位置使得±柱恰好进入温控等水位循环水槽，记 录毛细水上升过程中±柱的质量变化和对应的时间，根据湿润过程中填充±壤内液体质量 对时间的变化即可求取液体对±柱内的斥水性±壤样品的接触角。
[0009] 为了广泛适应于各种±壤，大尺度上灵活调节固定支架的位置，所述支撑架为伸 缩支撑架，支撑架的一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构。
[0010] 通过螺纹结构，将支撑架固定安装在底座上，并通过螺钉结构支撑固定支架于温 控等水位循环水槽的正上方；通过伸缩调节固定支架在水槽上方的高度。
[0011] 为了保证支撑架必要的使用寿命，通常支撑架由硬质金属或金属合金制成，优选 采用不诱钢材料制成。
[0012] 为了尽可能同时进行多组测试，减少固定支架表面的面积浪费，所述固定支架为 圆形，均匀分布有多个孔，与支撑架通过螺栓连接。
[0013] 为了提高试验的准确性，节约测试时间，同样性质（颗分、容重等）的±柱在甲醇 与蒸馈水的混合溶液（或单独采用蒸馈水）和另一种对±壤湿润接触角为零的液体中测试 两次，所述温控等水位循环水槽为圆柱型水槽，由底座上的阻隔板分成两个工作区域，两个 工作区域分别容纳甲醇与蒸馈水的混合溶液（或蒸馈水）和另一对±壤湿润接触角为零的 液体。在此情况下，每个工作区域对应半圆形的固定支架。
[0014] 在本实用新型的试验装置中，为了防止±柱中的±壤样品滑落，其下端由由玻璃 棉封闭。
[0015] 为了防止玻璃棉对试验结果的影响，上述所用的玻璃棉预先用湿润液体侵泡并煮 过。
[0016] 尽管可W通过量尺等测量毛细水在±柱中±壤样品的上升高度，为了便于读数， 优选±柱为表面刻有刻度的管。
[0017] 在本实用新型中，为了防止温度变化影响表面张力和接触角，通过温控等水位循 环水槽为试验装置提供温度恒定的水，本领域已知的任何可提供恒温水的结构均可用于本 实用新型，包括但不限于如下：
[001引 1、温控等水位循环水槽包括由溢流板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管 道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过 出水管道连接至供水箱；加热箱和供水箱之间的管道上设置有蠕动累驱动水循环。
[0019] 2、温控等水位循环水槽包括由溢流板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管 道连接至供水箱；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；供水腔底 部填充加热板，加热板连接温控设备；在输水管道上设置有蠕动累驱动水循环。
[0020] 上述所公开的两种结构，均可通过蠕动累驱动水的流动，并通过所采用的加热设 备保证供水腔中的水温恒定。
[0021] 为了更好的控制和了解水温，供水腔中还设有温度传感器，所述温度传感器连接 至计算机数据采集系统。
[0022] 通过上述改进，本实用新型的装置一方面能够观察斥水性±壤中的毛细水分布情 况及湿润锋的变化规律，另一方面能够在最短的操作时间和操作次数下快速、准确、直接得 到待测±壤样品的接触角。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的试验装置的结构示意图。
[0024] 在附图中，各数字含义如下；1-底座，11-阻隔板，21-供水腔，22-溢流腔，31-加 热箱，32-蠕动累，33-供水箱，4-支撑架，51-固定支架上层板，52-固定支架下层板，6-弹 黃砰，7- ±柱，71- ±壤样品，72-玻璃棉。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图W及具体试验装置示例对本实用新型的实现方式及其原理进行进 一步的解释。在下述实施中，申请人对本实用新型试验装置的大小、材质、形状等进行了详 尽的说明，该仅仅是示意性的，并不构成特别限定，所提供的附图也非按比例绘制。本领域 技术人员在理解和掌握本发明实质精神的基础上，对其所进行的改进依旧属于本实用新型 的保护范围。
[0026] 参考附图1，本实用新型所公开的试验装置，主要由如下几个部件构成：
[0027] 位于底座1上的温控等水位循环水槽，是一个高160mm、直径700mm圆柱型水槽，由 厚80mm、高280mm阻隔板11分成两个工作区域（为了图示的方便，图中仅对一侧进行了标 识）。每一个工作区域由厚10mm高200mm的溢流板分成供水腔21和溢流腔22。其中左侧 的工作区域可用于利用完全润湿的参比液体计算相关常数，右侧用于计算水对±壤样品的 接触角。
[002引为了调节温度的方便，保证温度恒定，供水腔底部填充厚6mm的加热板，加热板连 接温控设备，W保证水温处于恒温状态。，与蠕动累连接，将多余的水。
[0029] 溢流腔22底部设置排水孔，通过蠕动累32将多余的水循环至供水箱33,其中供水 箱33的规格为200mmX200mmX200mm，由厚10mm的PVC材料制作。通过定流量的蠕动累给 试验装置供水。
[0030] 加热箱31大小为50mmX50mmX200mm，由厚10mm的PVC材料制作，加热箱底部放 置温控加热椿，加热箱中充满水。将蠕动累的水管放置于加热箱中，通过水箱中的热水加热 蠕动累中的水。
[0031] 在底座上固定有伸缩支撑架4,其为直径60mm，高600mm的不诱钢伸缩支架，其一 头有长50mm螺纹结构，另一头有长50mm螺钉结构。
[0032] 在支撑架4的顶部固定有固定支架，该固定支架由两个厚20mm直径460mm半圆构 成，该固定支架分别上层板51和下层板52,每个半圆板上均匀分布有16个直径30mm的孔。
[0033] 在两层板支架设有弹黃砰6作为称重装置，弹黃砰的上端挂在固定支架的上层 板，下端的挂钩用金属丝悬挂穿过圆孔的±柱7。
[0034] ±柱7为表面刻有刻度的直径30mm壁厚3mm的PVC塑料管，其上端填充测试用± 壤样品71，下端用玻璃棉72封闭。
[0035]上述的试验装置，±柱置于供水腔前，±壤为原始状态，±柱进入水槽液面后，水 从±柱底部上升，最终达到稳定的上升高度，此高度即毛细水上升高度h。
[0036] 上述装置的使用步骤为：
[0037] 准确称取一定量的±壤装入±柱后不断振动，直到±壤填充高度不再降低为止， 下端用玻璃棉（用湿润液体侵泡并煮过）封好。
[003引蠕动累的水管一头放置于供水箱33中，另一头放置于供水腔21中；用排水管连接 溢流腔22底部的排水孔和供水箱33 ;灌水后用蠕动累为供水腔21灌水的水管放置于加热 箱的水中。试验过程中适时的为供水箱加溶液。
[0039] 水灌满后，打开加热设备直到加热箱31和供水腔21达到目标温度（用供水腔底 部的加热板使水温恒定）。
[0040] 将固定支架调整到±柱深入供水腔2mm处，固定±柱。
[0041] 记录开始时间t。，同时记录毛细水上升过程中±柱的质量变化mi，nvnvnvmg和 对应的时间ti，*2,tg，t"tg。
[0042] 根据湿润过程中填充±壤内液体质量对时间的变化求取液体对斥水性±壤的接 触角，该过程可W用动态渗透压力法的间接方法一一重量法来描述：
[0047] W上公式中，假定上柱由许多毛细管簇组成且液体润湿过程为层流，根据 Washburn定律得到式（1)，其中，h为湿润高度，cm;C为常数，1 ;1~为±壤见空隙的当量毛 细管有效半径，cm,对指定的体系来说C、r为定值。丫为液体表面张力，mN/m;n为液体粘 度，mPaXS;t为湿润时间，S。
[0048] 式（2)为理论上±壤内液体质量和湿润高度的关系，P为湿润液体密度，g/cm3; C'为毛细管底面积与玻璃管底面积的转换系数；R为±柱半径，cm。
[0049] 式做为湿润液体湿润±柱所产生的质量差的平方对时间t的直线关系的斜率， 当采用参比液体时，由于参比液体的对±壤完全湿润，其接触角为0°，利用参比液体的斜 率k可W求得c、r。
[0050] 式（4)为待测试斥水±壤接触角的值，由于甲醇和水的混合溶液（或蒸馈水）的 粘度、表面张力可W测得（或已知），通过该个公式求得接触角结果。
[0化1] 在上述操作中，所用的参比液体的对±壤完全湿润，具体可根据实际需要进行选 择，常用的此类液体为正己烧。
[0化2] 为了准确检测水温，还可W将温度传感器放于供水腔中，通过计算机数据采集系 统实时采集供水腔中的水温信息。
[0化3] 与传统的间接计算方法相比，本实用新型可清晰、直观测试斥水性±壤的接触角， 观察斥水性±壤中的毛细水分布情况及湿润锋的变化规律。通过调整仪器高度，可W测量 各种质地斥水性上壤的接触角。
[0054] 本实用新型的试验装置，通过结构改进提高了测试效率，在同等体积下使测试数 目达到最优状态，一次可W测试26个不同±柱的毛细水上升高度，因此节约了时间，提高 了工作效率。
【主权项】
1. 一种量测斥水性土壤接触角试验装置，其特征在于包括位于底座上的温控等水位循 环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的润湿液；支撑架，其下端连接于底座中，上端连接 于固定支架；固定支架，为具有间隔的双层板，下层板上设有供土柱穿过的孔，上层板连接 有称重装置，称重装置的下端挂载土柱；土柱，用于装纳土壤样品。2. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述支撑架为伸缩支撑架，支撑架的 一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构。3. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述固定支架为半圆形，均匀分布有 多个孔，与支撑架通过螺栓连接。4. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽为圆柱型水 槽，由底座上的阻隔板分成两个工作区域，每个工作区域对应半圆形的固定支架。5. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述土柱下端由玻璃棉封闭。6. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述土柱为表面刻有刻度的管。7. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽包括由溢流 板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的 加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；加热箱、供水箱和 供水腔之间的管道上设置有蠕动泵驱动水循环。8. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽包括由溢流 板分成的供水腔和溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱；溢流腔底部设置排水孔，排 水孔通过出水管道连接至供水箱；供水腔底部填充加热板，加热板连接温控设备；在输水 管道上设置有蠕动泵驱动水循环。9. 根据权利要求7或8所述的试验装置，其特征在于供水腔中还设有温度传感器，所述 温度传感器连接至计算机数据采集系统。
【专利摘要】本实用新型公开了一种量测斥水性土壤接触角试验装置，包括位于底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的润湿液；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接于固定支架；固定支架，为具有间隔的双层板，下层板上设有供土柱穿过的孔，上层板连接有称重装置，称重装置的下端挂载土柱；土柱，用于装纳土壤样品。本实用新型公开的试验装置能够观察斥水性土壤中的毛细水分布情况及湿润锋的变化规律，并且还可以简单快捷的直接获得斥水性土壤接触角，清晰直观的呈现土壤斥水性的等级。
【IPC分类】G01N13/00
【公开号】CN204694592
【申请号】CN201520419445
【发明人】许模, 凌睿雯, 肖先煊, 康小兵, 王在敏, 张强, 漆继红, 杨艳娜, 夏强
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月17日
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