功能、作用介紹：

　　一、土壤入滲自動測定系統(tǒng)

　　如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(具體見“設(shè)備照片”中，“設(shè)計圖中，系統(tǒng)1”)，包括1-通氣電磁閥，2-馬氏瓶， 3-供水液位傳感器，4-供水電磁閥，5-調(diào)節(jié)閥，6-針盤式降雨器，7-土柱， 8-徑流瓶，9-徑流液位傳感器，10- PLC，11-觸摸屏。其中，馬氏瓶、針盤式降雨器、土柱及徑流瓶均由有機玻璃加工制成。系統(tǒng)按照功能可分為供水裝置、降雨裝置、入滲裝置、控制裝置四個部分。

　　1.1 供水裝置

　　由1-通氣電磁閥，2-馬氏瓶， 3-供水液位傳感器，4-供水電磁閥組成。

　　馬氏瓶直徑200mm，高600mm，用于存放實驗用水，其底部設(shè)有通氣孔與大氣相通，從而保證瓶底出水口處的壓力恒定，形成穩(wěn)定壓力的供水水頭。頂部連接通氣電磁閥，底部進水口與水路連接，中間連接供水電磁閥。瓶內(nèi)安裝有液位傳感器。

　　1.2降雨裝置

　　由5-調(diào)節(jié)閥與6-針盤式降雨器組成。

　　針盤式降雨器直徑200mm，由上下兩部分組成，其下端部分高50mm，底部均勻鉆有小孔，用來安裝醫(yī)用膠塞，然后垂直將醫(yī)用針頭插入膠塞中，從而形成降雨陣;其上端部分高50mm，并設(shè)有注水口，通過管路與馬氏瓶出水口連接，并在連接管路中加入調(diào)節(jié)閥;其上下兩部分通過法蘭方式連接，法蘭中間墊有橡膠片，這樣即可以方便更換清洗針頭，同時通過法蘭止水，形成馬氏瓶-管路-降雨器的密封連接，從而保證降雨的穩(wěn)定均勻。

　　1.3 入滲裝置

　　由7-土柱， 8-徑流瓶，9-徑流液位傳感器組成。

　　土柱直徑200mm，高1000mm，用來盛放實驗土樣。土柱通過套筒與針盤式降雨器連接，底部設(shè)有排水孔;上部設(shè)有徑流口，通過管路與徑流瓶底部的入流口連接。徑流瓶直徑150mm，高1000mm，瓶中安裝有液位傳感器。

　　1.4 控制裝置

　　由10-PLC與11-觸摸屏組成。

　　實驗時通氣電磁閥、供水液位傳感器、供水電磁閥、調(diào)節(jié)閥、 徑流液位傳感器均通過電纜接入到PLC中，PLC通過MPI/PPI通訊電纜與觸摸屏連接。

　　系統(tǒng)上電后，液位傳感器開始工作，將水位這一物理信號轉(zhuǎn)換成為4～20mA電流信號輸出; PLC對供水液位傳感器的輸出電流的進行實時檢測，并通過模擬量到數(shù)字量的計算轉(zhuǎn)換，獲得馬氏瓶中的水位情況;當(dāng)馬氏瓶中水位降低到下限值即開閥液位時，PLC控制通氣電磁閥與供水電磁閥同時打開，對馬氏瓶進行補水;當(dāng)水位上升到上限值即關(guān)閥液位時， PLC控制通氣電磁閥門與供水電磁閥同時關(guān)閉，并自動記錄補水次數(shù)，從而實現(xiàn)對馬氏瓶的自動補水及降雨量的實時采集記錄。

　　PLC通過改變調(diào)節(jié)閥輸入電流大小來實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥開度的自動控制，控制開度范圍為0~100%，從而改變馬氏瓶出水口出流速度，實現(xiàn)降雨強度的自動調(diào)節(jié)功能,雨強范圍為0~2250mm/h。

　　PLC通過對徑流液位傳感器輸出電流的實時檢測，并通過模擬量到數(shù)字量的計算轉(zhuǎn)換，獲得徑流瓶中的水位情況，從而實現(xiàn)對徑流量的實時采集記錄。

　　PLC與觸摸屏通過變量鏈接，實現(xiàn)同步操作。通過觸摸屏軟件的設(shè)計開發(fā)，可在觸摸屏上對馬氏瓶供水裝置的控制液位即開閥液位與關(guān)閥液位、調(diào)節(jié)閥的開度大小進行手自動設(shè)定;手自動控制通氣電磁閥與供水電磁閥的開關(guān)及整個實驗的啟停;對累計降雨量、累計徑流量、累計入滲量、雨強、入滲率等實驗數(shù)據(jù)進行實時顯示、存儲及查詢。

　　二、 土層給水度自動測定系統(tǒng)

　　如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(具體見“設(shè)備照片”中，“設(shè)計圖中，系統(tǒng)2”)，在底座10上分別固定水柱2、位移傳感器4的固定端、升降電機7、鐵架11和絲杠12底端;絲杠12的頂端固定在鐵架11頂梁上;升降電機7通過聯(lián)軸器、齒輪與絲杠12連接;土柱1分為上下兩段，下段的下端通過法蘭與水柱2連接;升降臺14與絲杠12通過螺紋連接;位移傳感器4的移動端與升降臺14連接;三通補溢水器3包括內(nèi)筒與外筒兩部分，固定在升降臺14上;三通補溢水器3內(nèi)筒頂部設(shè)有通氣孔13，底部通過軟管接入進出水電磁閥8，并與水柱2下部連接;外筒下部安裝有溢水液位傳感器5，底部安裝有排水電磁閥6;水柱2下部安裝水柱液位傳感器9;PLC可編程控制器15和觸摸屏16安裝于焊接在鐵架11側(cè)面上的控制機箱17中。

　　位移傳感器4、溢水液位傳感器5、排水電磁閥6、升降電機7、進出水電磁閥8和水柱液位傳感器9均通過電纜線與PLC可編程控制器15連接。

　　位移傳感器4的移動端與升降臺14連接，隨著升降臺的移動，輸出4-20mA電流信號，4mA與20mA對應(yīng)升降臺14移動的最低及最高位置，PLC可編程控制器15對位移傳感器4的輸出電流的進行實時檢測，并通過模擬量到數(shù)字量的計算轉(zhuǎn)換，獲得升降臺14的高度位置。

　　PLC可編程控制器15對溢水液位傳感器5的輸出電流進行實時檢測，并通過模擬量到數(shù)字量的計算轉(zhuǎn)換，獲得三通補溢水器3外筒中水位情況。

　　PLC可編程控制器15對水柱液位傳感器9的輸出電流的進行實時檢測，并通過模擬量到數(shù)字量的計算轉(zhuǎn)換，獲得水柱2中形成水壓的情況。

　　PLC可編程控制器15通過MPI/PPI通訊電纜與觸摸屏16連接，二者通過變量鏈接，實現(xiàn)同步操作顯示。

　　通過觸摸屏16人機界面軟件的開發(fā)，可在觸摸屏16上對每次飽和高度h0、每次釋水高度h1、穩(wěn)定時間t、開閥液位H0、關(guān)閥液位H1等參變量進行手自動設(shè)定;手自動控制排水電磁閥6、進出水電磁閥8的開關(guān)及升降電機7的啟停升降;對升降高度、水柱壓力、累計釋水量、給水度等實驗數(shù)據(jù)進行實時顯示;還可形成實驗數(shù)據(jù)的趨勢曲線，進行歷史數(shù)據(jù)的查詢等。

　　作品名稱：土壤入滲及土層給水度自動測定系統(tǒng)

　　完成單位：清華大學(xué)水利系