[发明专利]一种土壤热参数自动测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及土壤物理研究领域的一种测量装置，特别涉及一种土壤热参数自动测定装置。

背景技术

土壤作为作物生长所需各种能量的供给和存储场所，预测预报和适时调控土壤中物质循环过程是实施农业高效用水与生态环境建设的重要内容。土壤热性质显著影响作物各种营养元素的吸收利用和植物体的正常生长，因此揭示土壤热特征也是植物生长研究的基础。

土壤热性质是影响作物生长以及水肥有效性的重要因素，而土壤热参数是决定土壤热传递的基本参数，是影响土壤热状况的内在条件。特别随着数值模型广泛被应用于模拟土壤热状况，准确确定土壤热参数成为研究热点问题，也成为利用数值模拟分析土壤热状况的基础和前提。国内外学者采用不同的方法对土壤热性质进行测定，得出热性质与含水量、容重的关系。同时也提出了很多模型，描述土壤热性质与质地、含水量、容重的关系。总的而言，确定土壤热参数的方法主要有两种，即直接测定法和间接推求方法。两种方法各具特点，间接推求方法主要建立了土壤热参数与土壤容重和质地等主要土壤物理特性间关系，简单便于应用。但由于不同地区土质的差异，其公式中所包含参数取值可能存在不确定性。特别是对于我国土壤来说，国外学者所提出公式的适用性还有待于进一步研究。直接测定方法主要根据土壤热传递基本方程，通过测定土壤温度分布，计算土壤热传递参数，这种方法费时费力，但仍是目前确定土壤热参数的经典而标准方法。

申请人在研究过程中，利用土壤热传递基本方程推求了利用边界层方法计算土壤热参数，并利用传统方法计算了土壤热参数，比较分析两种方法确定的土壤热参数间关系，为土壤热参数确定提供了一种新的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种土壤热参数自动测定装置，该装置在土壤水平柱的一端设置冷却室，采用循环方法控制土壤水平柱一端的温度恒定，在土壤水平柱中形成温度梯度，计算土壤热参数。

为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案是：一种土壤热参数自动测定装置，该装置包括：

一土壤水平柱，用于放置被测土壤样品，该土壤水平柱的一端设有冷却室，冷却室上有进水口和出水口，另一端有闭合的盖，在土壤水平柱的壁上均匀分布有测定温度的热电偶探针；

一供给器，用于使土壤水平柱一端的温度保持恒定，该供给器内装有冰水混合物，供给器连接有微型水泵，微型水泵通过导水管和土壤水平柱的冷却室上进水口连接；土壤水平柱的冷却室上的出水口也通过导水管与供给器连接；

一数据测量与自动采集单元，该数据测量与自动采集单元通过数据线与热电偶探针连接，自动采集土壤水平柱不同位置的温度变化过程，根据实测的温度变化，得到土壤热扩散率。

本发明的土壤热参数自动测定装置具备以下功能：

(1)自动测定土壤热参数，发展了仅需测定土壤温度变化位置而不需要准确测定不同位置温度就可计算土壤热参数的边界层方法。

(2)采用计算机自动控制，实现人机对话。

(3)根据测定的有关变量，计算机自动计算相关参数。

附图说明

图1是本发明的土壤热参数自动测定装置结构示意图；

图2传统方法与边界层方法计算热扩散率解析比较曲线；

图3分别给出了t＝3600s(图a)、t＝7600s(图b)和t＝10800s(图c)时的传统方法与边界层方法计算的温度剖面与实测温度剖面比较曲线；图中，T(K0)表示传统方法计算热扩散率所对应的温度变化，T(K1)表示边界层方法计算热扩散率所对应的温度变化。

图4分别给出了塿土在t＝3600s(图a左)，t＝7600s(图a右)和t＝10800s(图b)的不同导热率土壤的温度剖面变化；图中：M0表示实测温度剖面，M1表示由热扩散率与热容量的乘积所计算的导热率推得的温度剖面，M2表示由未修正Campbell经验公式计算的导热率推得的温度剖面，M3表示由修正Campbell经验公式计算的导热率推得的温度剖面。

图5砂黄土不同导热率土壤的温度变化。图中：M0表示实测温度剖面，M1表示由热扩散率与热容量的乘积所计算的导热率推得的温度剖面，M2表示由未修正Campbell经验公式计算的导热率推得的温度剖面，M3表示由修正Campbell经验公式计算的导热率推得的温度剖面。

以下结合附图和装置的工作原理和操作过程对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

参见图1，本发明的土壤热参数自动测定装置，包括：