PL-300-user-manual-C

1内容1介绍定义PL值PL值和土壤含水量2PL-300土壤空气入渗仪的测量原理空气渗透性PL测量室使用土壤环刀测量土壤空气入渗率使用表层测量室测量土壤空气入渗率使用矛状探头(lanceprobe)测量土壤空气入渗率测量原理连接矛状探头的PL-30土壤空气入渗仪的参数2.3土壤空气入渗率(PL)测量的控制2.4含水量2.5张力3PL-300空气入渗仪中的微处理器功能和按键分配数据传输4供电5应用21.介绍1.1定义PL值PL值是指多孔系统流过空气时的空气入渗特性。与导水率Kf相似，PL值被定义为多孔系统中的空气流速与气流通过距离上压力梯度的比例因子。测量系统由容积确定的测量室和测量流速和压力梯度的测量部件组成。由此，对于均匀气流的PL值可通过达西方程（DARCY’sequation）计算：lhPLvL（1）其中：vL：空气流速率；l：测量室高度；h：样品室高度上的压力差，以厘米水柱表示。在实际中，这种定义的PL值，其测量压力规定为水压头，以厘米水柱测量。在“BodenkundlicheKartieranleitung“(AGBoden,Hannover1996)”制图指导中的空气传导性kl要求测量压力以满空气压头输入，这个单位在此不使用。因此，kl与PL值由于空气（处于标准状况下）与水密度的比率而存在差别：PLkl820(2)不考虑使用的流体，多孔性系统的渗透性也可被描述为“固有渗透性”koo。在以“空气”为流体的实验中，应用达西（DARCY）方程：(3)vL空气流速；L空气的动力学黏度；l测量室高度；W水密度；g重力加速度h在样品室高度上的压力差，以厘米水柱表示；在PL值和kOO间应用方程：lhgkvWLOOL13除去流量梯度，按方程（1）定义的空气渗透性仅包含流通实验中的空气流速。比较多孔系统饱和导水率和空气入渗率PL，仅有流体“水”和“空气”的动力学黏度比率：kPLPLfLW156(在760Torr,20°C)(5)kf值由此可由充气的多孔性系统的PL值计算。此kf值可应用于完全由水通过的相同的多孔性系统。1.2PL值和土壤含水量土壤通常有一个确定的含水量。土壤孔隙中水分部分对空气入渗率没有贡献。空气入渗率总是土壤含水量的函数。对于土壤来说，含水量（用张力计测量水势；TDR探头测量土壤体积含水量）可和土壤空气入渗仪PL-300一起测量。饱和空气入渗率只有在干土中测得，此时多孔系统完全充满“空气”。gPLkWLOO452.PL-300土壤空气入渗仪的测量原理2.1空气入渗率PL依照方程（1）测定空气入渗率，气流量(Flow)由仪器内部的泵来控制，气流通过一个校正过的测量喉管的同时也通过连接的测量室（图2）。气流量和测量室的尺寸决定了测量室中的气流流度。气流量由通过测量喉管（喉管压力）的压力降测定。压力传感器的测量范围是30cm水柱。测量室中的压力(Chamberpressure)可通过(P+,P-)连接到压力传感器，其最高值为3cm水柱。低压力的测量室提供层流（laminarflow），在潮湿土壤中测量时可避免土壤含水量发生显著变化。6如果超出测量范围，仪器显示器上将会显示“溢出”（Overflow）。为确保测量的稳定显示，要避免压力低于给定测量范围的5%。合适的气流量可由泵控制，“Flow”调节。依据对土壤的观察，可用转换开关来设置：D1用于测高入渗率，D2用于测低入渗率。D1测量范围:PL测量值30....1.6cm/sD2测量范围:PL测量值1.5....0.03cm/sPL-300土壤空气入渗仪中的主机依照提供的测量压力，按方程（1）对均匀气流的压力梯度进行计算。测量室的几何尺寸由“测量室高度（Chamberheight）”和“测量室面积（Chamberarea）”确定。对于非均匀流形式的测量室（表层测量室，lanceprobe），“样品室高度（Chamberheight）”和“样品室面积（Chamberarea）”用虚拟值来表示。注意:在测量喉管是在20c和760Torr标准气压下标定的。当测量喉管和测量室中温度相同时，所记录的PL值可表示为空气温度为20°C时的数值，不必考虑测量时的温度。2.2测量室依不同目的，空气入渗仪可配置不同的测量室。土壤环刀适配器可用环刀取得土壤样品后，可与环刀适配器连接，该适配器让空气流过环刀，测量室内与外部空气间的压力差通过压力管线引达空气入渗仪中的传感器，该压力差即环刀样品中均匀气流的梯度。土壤环刀测量室当使用土壤环刀测量室时，测量室留在土壤中，土壤中环刀基部的压力通过额外的压力管线来记录。在压力管线间（P+和P-）的压力差即通过测量室中土样的均匀气流的梯度。在实际测量过程中，这种测量室需破坏土壤，从而导致测量结果的失真。因此，土壤环刀测量室适用于以用适合的介质（如无结构的砂）来校验非均匀气流模式下的测量室。表层测量室当使用表层测量室时，多孔系统可保持完全不被扰动。这种测量室安放在土壤表面，确定空气流过的原始面积，在原始面积周围的土壤表土壤环刀适配器土壤环刀测量室7面用胶密封，使空气流从这个原始面积穿入地下后达到开放土壤。表层测量室在土壤中产生非均匀气流，同样可用达西（DARCY’s）方程计算。通过测量室中的压力与通过土壤的气流量的相关性，解决了边界值后可计算空气入渗率（PL值）。可用土壤环刀测量室在无结构的沙中实验来确定这些边界值。矛状探头（lanceprobe）矛状探头用于地下土壤空气入渗率的测量。钻一个一定直径的孔，测量面积由Packer(膨胀球)界定。气流进入测量面积。压力管线记录测量面积上的压力。“测量室高度”和“测量室面积”通过假定放射状的、对称气流来确定。2.2.1使用土壤环刀测量空气入渗率环刀中的土样可通过合适的适配器连接到测量仪器上。适配器通过拧紧螺母进行密封。校验数据包括所连接的环刀的高度和截面积。仪器参数7Airin5P-测量室高度测量室面积螺母表层测量室矛状探头（lanceprobe）8“Chamberheight“环刀高度“Chamberarea“环刀截面积高度面积UGT环刀250ccm:6.1cm40.7cm²Eijkelkamp环刀250ccm:5.0cm50.0cm²重新调整仪器参数:从显示菜单ESC输入ETR2.2.2使用表层测量室测量空气入渗率表层测量室可用来在田间非扰动土壤测量，为此，土壤表面要平整，且直径大于40cm。首先环行圈小口向下置于清理出表面的中心，然后将测量室置于口径中心，要小心，不要将测量室压入土壤，否则将会破坏孔隙系统。接着，在环行圈和测量室之间用粘稠的胶（通常用商用壁纸胶）涂抹形成密封层。为达到密封土壤表面的效果，测量时，PL-300从测量室(Airin)抽取空气。气流从环行圈外的土壤表面通过密封区域下的被测土壤到达测量室中的表面区域。仪器参数（虚拟）“Chamberheight“3.0cm(直径=14.5cm)7Airin5P-环行圈胶测量室直径14.5cm9“Chamberarea“40.7cm²调整仪器参数:从显示菜单ESC输入ETR2.2.3用矛状探头（lanceprobe）测量空气入渗率2.2.3.1测量原理矛状探头的测量原理基于在均匀空气入渗介质中点状源的作用。下述放射状、对称气流的表达式由达西方程及后续方程得到：PLQRpp4111()(6)Q渗透源的流速(cm³/s)；R1球状源的半径(cm)；p1源压力(cm水柱!)；p离源无穷远距离的压力；在矛状探头实际测量时，对半径R1的球型面积，自由入渗面积设在孔径基部。这个入渗面积由矛状探头的膨胀器界定，PL-300对膨胀器密封的空间供气，气流通过矛状探头的孔径。源空间超出部分的压力通过压力管线进行记录。在球型测量室半径R1和由半径rz的钻孔形成的环行区域面积与高度hz的关系，在明确知道空气入渗率的优质砂子中依方程（6）实际标定来测定。理想点状源的气流R1,p1矛状探头的气流孔膨胀器源探头孔径102.2.3.2连接矛状探头的PL-300空气入渗仪的参数测量时，将依据以R1为半径的均匀半径流效应的方程（6）来处理矛状探头。PL-300中的数据采集器为均匀气流的测量室编程测量，这就要求输入测量室的高度和面积。应用下列关系：半径均匀流：均匀流：PLQRpp4111()PLQFlpp()12(7)因此，所连接的矛状探头的虚拟测量室高度l*由（7）中的关系确定。(8)均匀流的虚拟测量室高度l*由标准测量室的面积F=40.7cm²和有效半径R1=0.88cm确定。连接矛状探头测量室的参数：(虚拟)chamberheightl*=3.6cm(虚拟)chamberareaF=40.7cm²2.2.3.3矛状探头的安装在测量点，矛状探头需要一个24mm直径和12cm高的园柱型的钻孔。这个测量孔可以在大钻孔基部用附带的钻孔器钻取。也可用测量期间保留在钻孔中的套管来切削出测量孔。此时钻孔器深度低于套管时要停止。矛状探头直立插入钻孔基部的测量孔中。如果需要对一个钻孔重复测量，可以在钻孔中插入填充物来固定钻孔形状。膨胀器通过压力球载入压力（压力为0.8~1bar）来密封矛状探头。从测量仪器的测量室压力来看膨胀器的密封状态。膨胀器的连接管:黑色标记排空膨胀器:通过排气球注意:lFR*4111仅当在钻孔或套管中，膨胀器必须施加额外的压力。矛状探头连接到PL-300上仪器参数“测量室高度”3.6cm“测量室面积”40.7cm²仪器读数的再调整：6Airout4P+膨胀器的压力球源孔径探头孔径膨胀器钻孔壁12从显示菜单ESCInputETR2.3空气入渗仪的控制（校验喉管）空气入渗率值是由所连接的测量室的参数、气流量以及测量仪器记录的测量室压力值确定的。空气入渗仪的全部功能可以通过连接一个特殊的标定喉管来检查。用如下参数控制：测量室高度=3.0cm测量室面积=40.7cm²对“喉管1”和“喉管2”的测量范围，“Flow”用来设置施加在喉管上的压力（喉管压力）。显示的空气入渗率将不会超过目标值的10%，当变化很大时，仪器必须由厂方进行标定和校验。2.4湿度(含水量)通过“Moisture”插孔，可连接TDR土壤水分探头（(UGT111710)。在进行空气入渗率测量时，土壤水使空气无法到达部分孔隙，在田间测量时，总是对空气入渗率和土壤含水量进行同时测量。TDR探头探针长度为11cm。为记录有代表性的土壤含水量，其必须置于PL测量的深度。2.5张力计通过“Tension”插孔，可以将电子张力计（(UGT151300）连接到PL-300上。其在土壤中的测量深度为3cm。3.PL-300空气入渗仪中的微处理器3.1功能及按键分配仪器开机后显示屏会显示：UGTPL-300Datalogger.仅在基本位置，仪器准备好与PC进行数据传输（读出存储的数据）。按任意键后，仪器会进入测量的数据采集模式。首先，当前几何参数“测量室高度”和“测量室面积”显示，并要求提供修正数据。(Chamberheight,Chamberarea)13通过按“ETR”获取显示值。按“ESC”来改变数值：仪器现在要求输入5位以下的数字，然后按“ETR”，如果用“ESC”关闭，原先输入的值会受到保护，当前显示的数据用“ETR”来获得。几何数据确认后，将会显示测量室压力和喉管压力的标准显示(Chamb.,Throat)。使用控制钮“Flow”来设置相关值。“Overflow”表示超出压力传感器的测量范围，在这中情况下，减小气流量。ERROR表示由于测量室压力不足或测量室高度及面积数据错误而产生的数学问题。在这中情况下，数据采集可以进行，PL值将显示特定值55.555cm/s。通过按控制键可显示下列值：F1:Moisture土壤湿度(TDR)；F2:Tension水势；F3:battery电池电压；F4:Throatnr.喉管号和PL值；F5:Chamber测量室压力；F6:Throat喉管压力；下列按键用于其它