[发明专利]体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置及方法

权利要求书

1.一种体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于，所述体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置包括控制器、取样容器、称量设备和饱和系统，控制器与称量设备连接，所述饱和系统包括预饱和池和供水设备。

2.根据权利要求1所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于，所述取样容器底部设有排水支管。

3.根据权利要求1或2所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于：所述取样容器为取样环刀。

4.根据权利要求1所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于，所述控制器为计算机，通过数据线与称量设备连接，所述计算机中安装有测量控制软件。

5.根据权利要求1所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于，所述称量设备为电子秤。

6.根据权利要求1所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于，所述预饱和池中的水位低于取样容器中待测土样的上表面。

7.根据权利要求1、2、4、5、6中任何一项所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的装置，其特征在于，所述供水设备为滴水管。

8.一种利用权利要求1至7中任何一项所述的装置实现体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在已知土壤颗粒密度ρ_s的条件下，取一定体积的土样，测得其初始质量；

S2、对所述土样进行预饱和处理；

S3、对所述经预饱和处理的土样进行持续供水，使其保持饱和状态，当土样的质量恒定不变时，测得其饱和时的质量；

S4、根据所述土样的体积V、土壤颗粒密度ρ_s、土样初始质量M₁、饱和时土样的质量M₂及水的密度ρ_w，通过公式计算得到所述土样的质量含水率和体积密度。

9.根据权利要求8所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的方法，其特征在于：所述土样的土壤颗粒密度ρ_s取值范围为2600kg/m³至2800kg/m³，水的密度为1000kg/m³。

10.根据权利要求8所述的体积置换法测土壤质量含水率和体积密度的方法，其特征在于，所述公式为：

V_s×ρ_s+V_w×ρ_w=M₁

V_s×ρ_s+(V_w+V_a)×ρ_w=M₂

V_s+V_w+V_a=V

式中，ρ_w表示水的密度，ρ_s表示土壤颗粒密度，V_a表示土壤中气体体积，V_w表示土壤中水分体积，V_s表示土壤中土壤颗粒体积，V表示土壤总体积，M₁表示初始质量，M₂表示饱和后的质量；其中ρ_s、ρ_w和V为已知，M₁和M₂也可以通过称量得到，V_s、V_w和V_a为未知，通过上面三个公式可以推导出V_s、V_w和V_a，从而得到：

土壤质量含水率=[(M₂-1000V_a)/(V_s×ρ_s)-1]×100%；

土壤体积密度＝V_s×ρ_s/V。