[发明专利]一种全自动达西定律实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及土壤实验领域，尤其涉及一种全自动达西定律实验系统。

背景技术

达西定律又称渗透定律，公式为：

Q＝KFI或

是指通过试样的渗透流量与试样横截面积及试样两端测压管水头差成正比，与试样的渗透途经成反比，比例系数为K(渗透系数)。达西定律是分析堤坝渗流计算和地下水渗流计算的理论基础。达西定律实验仪是专门用于验证达西定律、测定渗透系数的实验仪器。目前国内外普遍采用的一种达西定律实验仪，其方式为：实验仪为一整体构造，实验时外接水源，水体自上而下渗过试样，由测压管测出水压差。这种仪器的缺点是对渗流模型的数据采集和处理效率低下，测量的误差较大，试样的渗流效果的体现不出来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全自动达西定律实验系统，能够解决一般的达西定律实验系统采用人工读数，自动化程度低，测量精度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种全自动达西定律实验系统，其创新点在于：包括供水系统、渗透系统和数据采集处理系统；

所述供水系统包括供水槽、水泵、水箱、供水管a和溢流管a；所述水箱位于供水槽的上方，水箱内设置有一隔板在水箱内形成溢流槽a；水泵设置在供水槽内，水泵通过供水管a将供水槽内的水源泵送到位于供水槽上方的水箱内；所述溢流管a设置在溢流槽a的底端，溢流槽a内的水流通过溢流管a流向供水槽；

所述渗透系统包括渗透装置、供水管b、测压管、溢流槽b和溢流管b；所述渗透装置为透明圆柱有机玻璃；渗透装置的侧边的底端通过供水管b与水箱的底端相连；渗透装置的内壁底端设置有透水板，透水板的上方装有试样；渗透装置的顶端外壁上设置有溢流槽b和溢流管b，所述渗透装置与水箱之间具有高度差；所述测压管具有若干个且相隔等距设置在渗透装置的侧壁上与试样导通；

所述数据采集处理系统包括计算机、变频器、水位传感器、压力传感器和数据采集器；所述的变频器与计算机连接控制水泵抽水量；所述压力传感器设置在溢流管b出口的下方，压力传感可测得流出水分重量随时间的变化,可换算出渗透流量；所述水位传感器具有若干个分别安装在渗透装置与各测压管平行的测孔内；水位传感器与压力传感器通过数据线与数据采集器相连；数据采集器与计算机相连。

进一步的，所述水箱在竖直方向上高度可调；

进一步的，所述压力传感器上面设置有烧杯，收集溢出管b流出的水量；

进一步的，所述的水流方向自下而上渗透试样，便于排气，提高渗透效率；

进一步的，该全自动达西定律实验系统的工作方法具体如下：

S1：将渗透装置的过滤板上放置一层铜纱网,铜纱网粒径小于试样粒径,然后将试样装入渗透装置内，并将压力传感器安装在渗透装置与测压管平行的的测孔内,并将水箱调节到渗透装置上的一定高度。

S2：初始数值测量：测量出渗透装置各测压管之间的距离记做L，渗透装置的截面积记做F；

S3：水泵供水：通过计算机控制变频器来控制水泵抽水量，将供水槽内的水流由经过供水管a供给到水箱中，并将水箱灌满水保证水位稳定且溢出的水流经过溢流槽a与溢流管a流向供水槽；

S4：水流渗透：在水泵的不间断工作下，保证水箱水位的稳定，水箱中水流经过供水管b流向渗透装置且通过渗透装置底端的透水板渗入试样，直至渗透装置顶部溢水，溢水槽b内的溢水管b溢水；

S5：数据采集：在达西定律软件上设定渗透时间，计算机记录下水位传感器数据H1、H2、H3、H4和压力传感器数据W,可测出时段T内流出水量,可计算出流量

S6：数据计算：根据达西定律公式和用数据采集器采集的水位数据H1、H2、H3、H4、流出水量W和渗透时间T,以及已知的初值L和F值，可计算出单位时间内的渗透流量Q；计算水位差H2-H1、H3-H2、H4-H3；计算渗透系数K值；并计算相对应的渗透速度V值和水力坡度I值；

S7：调节三次水箱高度，进行渗透实验，计算三次实验所得渗透系数K1、K2和K3，取平均值为K；用三次实验所得的V1、V2、V3和I1、I2、I3，作V-I关系线，看是否为直线，验证达西线性定律。

本发明的优点在于：

1)取代了传统仪器直接连接水源，从而解决了实验场地对水源的要求，占地面积小，水源可以重复使用，极大的节省了水资源。

2)通过自动化的全程控制达西定律实验系统，极大的提高了数值测量的准确性和精度，提高了达西定律实验系统的实验效率。

附图说明