一种土壤机械组成自动测定装置的制作方法

1.本发明涉及土壤机械组成分析技术领域，具体涉及了一种土壤机械组成自动测定装置。


背景技术：

2.自然土壤中是由大小不同的土粒组成的，包括有砂粒、粉(砂)粒以及粘粒。各个粒级在土壤中所占的相对比例或质量分数，称为土壤机械组成。土壤机械组成不仅是土壤分类的重要诊断指标，也是影响土壤水、肥、气、热状态，物质迁移转化及土壤退化过程研究的重要因素，同时还是土壤地理研究、与农业生产相关的土壤改良、土建工程和区域水分循环过程等研究的重要内容。
3.土壤机械组成的分析的传统方法主要有“吸管法”和“比重计法”两种方法，传统的“比重计法”主要是通过人工读取比重计在土壤悬浮液中的读数，在一次测量过程中，需要较长的分析时间内，通过人工多次读取比重计的读数，同时通过人工进行读取，存在一定的误差。目前，虽然有研究人员利用激光粒度仪测定土壤粒径分布，再与传统方法进行比对分析，最后建立两种不同原理方法的数据转换方程。但由于两种方法的原理不同，测定结果偏差很大，不能准确地反映土壤的质地。


技术实现要素：

4.本发明所解决的技术问题在于提供一种土壤机械组成自动测定装置，能够提高效率，降低人力劳动准确地测量土壤机械组成。
5.本发明提供的基础方案：一种土壤机械组成自动测定装置，包括沉降桶、比重计、激光位移传感器以及主控系统，所述激光位移传感器设于沉降桶的正上方，所述比重计设于沉降桶内，所述比重计的顶端设有激光反射装置，所述激光位移传感器的激光发射方向朝向正下方，所述主控系统包括位移获取模块以及读数确定模块；
6.位移获取模块，用于获取激光位移传感器检测到的比重计的位移值；
7.读数确定模块，用于根据预设的位移值和比重计读数的关系方程，确定比重计读数。
8.本发明的原理及优点在于：在测定时，将土壤悬浮液放置在沉降桶中，放置比重计，通过位于沉降桶正上方的激光传感器测量与比重计顶端激光反射装置的距离变化，确定出比重计在土壤悬浮液中的位移值。主控系统通过位移获取模块，获取到所测得的位移值，因为比重计上的读数是固定的，比重计的位移值与比重计读数具有对应关系，因此根据预设置好的位移值和比重计读数的关系方程，与测得的位移值，便能够准确得到比重计读数。
9.相比于现有技术，能够自动且连续地测量比重计在土壤悬浮液中的位移值，以替代人工反复读取比重计读数的操作，减少了工作者的工作强度。同时还避免了人工读取所带来的误差，提高了测定的准确度。
10.进一步，还包括固定支架，所述固定支架包括支撑杆和滑动杆，所述滑动杆的一端与支撑杆滑动连接，且与支撑杆垂直，所述滑动杆与固定杆能够通过固定件固定位置，所述滑动杆远离支撑杆的一端设有夹持部，所述夹持部用于固定激光位移传感器。
11.通过固定支架将激光位移传感器进行固定，并且能够调整激光位移传感器的高度。
12.进一步，还包括玻璃罩，所述激光位移传感器设于玻璃罩内。
13.进一步，所述主控系统还包括计时模块，所述计时模块用于记录沉降时间。
14.在测定过程中，需要在多个沉淀时间进行测量，通过记录沉淀时间，便于在需要测量的时间点何时放置比重计。
15.进一步，所述主控系统还包括沉降深度模块、土粒计算模块以及数据记录模块。
16.沉降深度模块，用于根据预设的比重计读数和有效沉降深度的关系方程，确定有效沉降深度；
17.土粒计算模块，根据预设好的计算规则以及有效沉降深度，计算土粒的有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量；
18.数据记录模块，用于记录下当前沉淀时间下的土粒有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量。
19.得到比重计读数后，通过对照比重计读数和有效沉降深度的关系方程，便能够确定出有效沉降程度，根据有效沉降深度和其他已知的参数，带入到计算方程中，便得到一次测量的土粒的有效直径以及小于某粒径土粒颗粒百分含量。并通过数据记录模块将计算结果进行记录。
20.进一步，所述主控系统还包括含量录入模块，所述含量录入模块用于录入粗砂粒百分含量。
21.粗沙粒的粒径在0.2mm至2mm之间，一般是在使用比重计测定前，通过0.2mm的洗筛将粗沙粒筛出，通过称量进行计算，因此将这部分计算结果通过含量录入模块进行录入。
22.进一步，所述主控系统还包括曲线绘制模块以及含量输出模块；
23.曲线绘制模块，用于根据多个沉淀时间计算得到的土粒有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量，绘制颗粒大小分配曲线；
24.含量输出模块，用于根据颗粒大小分配曲线，以差减法计算各粒级含量百分数，输出土壤机械组成。
25.因为不同直径的土粒沉降时间不同，在不同沉淀时间进行测量并计算出土粒的有效直径以及小于某粒径土粒颗粒百分含量，根据多个沉降时间的计算结果绘制出颗粒大小分配曲线，进行得出各粒级的百分数，从而得到土壤机械组成。替代传统的人工进行计算，由系统自动进行计算，提高计算效率同时降低计算误差。
26.进一步，所述主控系统还包括质地输出模块，所述质地输出模块预设有，根据土壤质地分类三角图构建的条件函数，用于根据土壤机械组成，对土壤质地进行划分。
27.通过构建的条件函数，输入土壤机械组成，输出土壤的质地划分，免去人工对照土壤质地分类三角图的过程。
附图说明
28.图1为本发明一种土壤机械组成自动测定装置实施例的结构示意图；
29.图2为本发明一种土壤机械组成自动测定装置实施例主控系统的逻辑框图。
具体实施方式
30.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
31.说明书附图中的标记包括：沉降桶1、激光位移传感器2、比重计3、激光反射装置4、激光5、固定支架6、支撑杆7、滑动杆8、夹持部9、玻璃罩10。
32.实施例基本如附图1所示：
33.包括沉降桶1、固定支架6，固定支架6包括有支撑杆7和滑动杆8，滑动杆8与支撑杆7滑动连接，并通过固定件固定位置，在本实施例中，具体通过胶头螺丝压紧固定，滑动杆8与支撑杆7垂直。滑动杆8远离支撑杆7的一端设有夹持部9，夹持部9夹持有玻璃罩10，玻璃罩10顶端设有激光位移传感器2。激光位移传感器2的激光5发射方向，朝向正下方。还包括沉降桶1和比重计3。
34.主控系统如图2所示包括位移获取模块、读数确定模块、计时模块、沉降深度模块、土粒计算模块、数据记录模块、曲线绘制模块、含量输出模块、含量录入模块以及机械组成输出模块。
35.测定前，首先测定土壤ph值，并称取2mm孔径筛的风干试样50g，放入500ml的三角瓶中，加水润湿。并根据ph值加入不同的分散剂，制得土壤悬浮液。将孔径为0.2mm的洗筛放在漏洞中，再将漏斗放在沉降桶1上，通过洗筛将土壤悬浮液全部倒入沉降桶1中。留在洗筛上的沙粒放入烘箱，烘干冷却后称量，计算粗砂了百分含量，粗沙粒百分含量的计算方式为：
[0036][0037]
将计算得到的粗沙粒含量通过含量录入模块录入主控系统。之后将装有土壤悬浮液的沉降桶1放置在激光位移传感器2的正下方，用土壤机械分析用搅拌棒搅拌土壤悬浮液一分钟。搅拌结束后，启动计时模块，开始记录沉降时间。比重计3事先经过校正，第一次测定的沉降时间为30s时，在计时模块记录的沉降时间达到30s前的10s-15s，放置比重计3，使比重计3下端于土壤悬浮液表面齐平，同时启动激光位移传感器2，通过发射激光5测量与激光反射装置4在放置比重计3时的距离，以及沉降时间为30s时的距离，确定之间的距离变化，从而测得将比重3放置后，比重计3的位移值。
[0038]
位移获取模块，位移获取模块，用于获取激光位移传感器2检测到的比重计3的位移值；
[0039]
读数确定模块，用于根据预设的位移值和比重计3读数的关系方程，确定比重计3读数。
[0040]
因为比重计3上的刻度是固定的，通过比重计3的位移值，能够通过预先设定好的比重计3位移-比重计3读数的关系方程，确定出比重计3在所测得的位移下所对应的读数。
[0041]
沉降深度模块，用于根据预设的比重计读数和有效沉降深度的关系方程，确定有效沉降深度；
[0042]
得到比重计3的读数之后，通过设定好的比重计3读数-有效沉降深度的关系方程，能够确定出当前比重计3读数下所对应的有效沉降深度。
[0043]
土粒计算模块，根据预设好的计算规则以及有效沉降深度，计算土粒的有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量；
[0044]
具体的，土粒的有效直径的计算方式为：
[0045][0046]
式中：
[0047]
d为土粒直径，单位为毫米(mm)；
[0048]
d1为土粒密度，由测定前实验得出，单位为克每立方厘米(g/cm3)；
[0049]
d2为水的密度，单位为克每立方厘米(g/cm3)；
[0050]
l为沉降深度模块计算得到的有效沉降深度，单位为厘米(cm)；
[0051]
t为沉降时间，单位为秒(s)
[0052]
η为水的粘滞系数，单位为克每立方厘米每秒(g/cm3
·
s)；
[0053]
981：重力加速度，单位为厘米每平方秒(cm/s2)。
[0054]
而小于某粒径土壤颗粒百分含量的计算方式为：
[0055][0056]
比重计3读数为读数确定模块所得到的比重计3读数；
[0057]
比重计校正值和温度校正值均有对照表可查得；
[0058]
分散剂量为加入的分散剂的质量。
[0059]
最终测得了沉淀时间为30s时的土粒有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量，并通过数据记录模块进行记录。
[0060]
通过同样的方法，继续测量沉淀时间为1min、2min、4min、8min、15min、30min、1h、2h、4h、8h、24h时的土粒有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量。
[0061]
曲线绘制模块，用于根据所有沉淀时间下的土粒有效直径以及小于某粒径土壤颗粒百分含量，绘制颗粒大小分配曲线，以土粒有效直径作为横坐标，以小于某粒径土粒颗粒百分含量作为纵坐标，绘制出颗粒大小分配曲线。
[0062]
含量输出模块，用于根据颗粒大小分配曲线，以差减法计算各粒级含量百分数。
[0063]
具体的，含量输出模块从颗粒大小分配曲线中获取d＜2.0mm、＜0.2mm、＜0.02mm、＜0.002mm各粒径积累百分数，并将上下两级相减得到2.0mm≥d﹥0.02mm、0.02mm≥d﹥0.002mm，d＜0.002mm各粒级的百分含量。
[0064]
其中d＜0.002mm的百分含量为粘粒含量；
[0065]
0.02mm≥d﹥0.002mm的百分含量为粉(砂)粒含量；
[0066]
2.0mm≥d﹥0.02mm为砂粒含量；
[0067]
将沙粒含量减去粗沙粒含量能够得到细沙粒含量。从而得到土壤机械组成。
[0068]
质地输出模块，根据预设的国际制质地分级三角图构建条件函数，输入土壤机械组成，最终输出土地质地划分。
[0069]
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。