[發明專利]一種土壤熱參數自動測定裝置

無效

• 申請號: 200710018679.7
• 申請日: 2007-09-17
• 公開（公告）號: CN101140250A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 王全九;樊軍;李婷
• 申請（專利權）人: 中國科學院水利部水土保持研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N33/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及土壤物理研究領域的一種測量裝置，特別涉及一種土壤熱參數自動測定裝置。

背景技術

土壤作為作物生長所需各種能量的供給和存儲場所，預測預報和適時調控土壤中物質循環過程是實施農業高效用水與生態環境建設的重要內容。土壤熱性質顯著影響作物各種營養元素的吸收利用和植物體的正常生長，因此揭示土壤熱特征也是植物生長研究的基礎。

土壤熱性質是影響作物生長以及水肥有效性的重要因素，而土壤熱參數是決定土壤熱傳遞的基本參數，是影響土壤熱狀況的內在條件。特別隨著數值模型廣泛被應用于模擬土壤熱狀況，準確確定土壤熱參數成為研究熱點問題，也成為利用數值模擬分析土壤熱狀況的基礎和前提。國內外學者采用不同的方法對土壤熱性質進行測定，得出熱性質與含水量、容重的關系。同時也提出了很多模型，描述土壤熱性質與質地、含水量、容重的關系。總的而言，確定土壤熱參數的方法主要有兩種，即直接測定法和間接推求方法。兩種方法各具特點，間接推求方法主要建立了土壤熱參數與土壤容重和質地等主要土壤物理特性間關系，簡單便于應用。但由于不同地區土質的差異，其公式中所包含參數取值可能存在不確定性。特別是對于我國土壤來說，國外學者所提出公式的適用性還有待于進一步研究。直接測定方法主要根據土壤熱傳遞基本方程，通過測定土壤溫度分布，計算土壤熱傳遞參數，這種方法費時費力，但仍是目前確定土壤熱參數的經典而標準方法。

申請人在研究過程中，利用土壤熱傳遞基本方程推求了利用邊界層方法計算土壤熱參數，并利用傳統方法計算了土壤熱參數，比較分析兩種方法確定的土壤熱參數間關系，為土壤熱參數確定提供了一種新的方法。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種土壤熱參數自動測定裝置，該裝置在土壤水平柱的一端設置冷卻室，采用循環方法控制土壤水平柱一端的溫度恒定，在土壤水平柱中形成溫度梯度，計算土壤熱參數。

為了實現上述任務，本發明采取的技術解決方案是：一種土壤熱參數自動測定裝置，該裝置包括：

一土壤水平柱，用于放置被測土壤樣品，該土壤水平柱的一端設有冷卻室，冷卻室上有進水口和出水口，另一端有閉合的蓋，在土壤水平柱的壁上均勻分布有測定溫度的熱電偶探針；

一供給器，用于使土壤水平柱一端的溫度保持恒定，該供給器內裝有冰水混合物，供給器連接有微型水泵，微型水泵通過導水管和土壤水平柱的冷卻室上進水口連接；土壤水平柱的冷卻室上的出水口也通過導水管與供給器連接；

一數據測量與自動采集單元，該數據測量與自動采集單元通過數據線與熱電偶探針連接，自動采集土壤水平柱不同位置的溫度變化過程，根據實測的溫度變化，得到土壤熱擴散率。

本發明的土壤熱參數自動測定裝置具備以下功能：

(1)自動測定土壤熱參數，發展了僅需測定土壤溫度變化位置而不需要準確測定不同位置溫度就可計算土壤熱參數的邊界層方法。

(2)采用計算機自動控制，實現人機對話。

(3)根據測定的有關變量，計算機自動計算相關參數。

附圖說明

圖1是本發明的土壤熱參數自動測定裝置結構示意圖；

圖2傳統方法與邊界層方法計算熱擴散率解析比較曲線；

圖3分別給出了t＝3600s(圖a)、t＝7600s(圖b)和t＝10800s(圖c)時的傳統方法與邊界層方法計算的溫度剖面與實測溫度剖面比較曲線；圖中，T(K0)表示傳統方法計算熱擴散率所對應的溫度變化，T(K1)表示邊界層方法計算熱擴散率所對應的溫度變化。

圖4分別給出了塿土在t＝3600s(圖a左)，t＝7600s(圖a右)和t＝10800s(圖b)的不同導熱率土壤的溫度剖面變化；圖中：M0表示實測溫度剖面，M1表示由熱擴散率與熱容量的乘積所計算的導熱率推得的溫度剖面，M2表示由未修正Campbell經驗公式計算的導熱率推得的溫度剖面，M3表示由修正Campbell經驗公式計算的導熱率推得的溫度剖面。

圖5砂黃土不同導熱率土壤的溫度變化。圖中：M0表示實測溫度剖面，M1表示由熱擴散率與熱容量的乘積所計算的導熱率推得的溫度剖面，M2表示由未修正Campbell經驗公式計算的導熱率推得的溫度剖面，M3表示由修正Campbell經驗公式計算的導熱率推得的溫度剖面。

以下結合附圖和裝置的工作原理和操作過程對本發明作進一步的詳細描述。

具體實施方式

參見圖1，本發明的土壤熱參數自動測定裝置，包括：