Закладной датчик влажности почв и грунтов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

GOLDA ËÈÑÒÈ×ÅÑÊÈÕ

РЕСПУБЛИК (5g G 01 N 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ строительстве, сельском хозяйстве.

Цель изобретения — повышение точности измерения влажности — достигается выполнением коаксиального датчика, внешний электрод которого образован электропроводными стержнями, расположенными по образующим цилиндра и замкнутыми по середине кольцом, диаметр которого равен 1/2 высоты стержней, а внутренний электрод выполнен в виде сетки, размещенной в плоскости кольца и подключенной к терморезистору. Полное реактивное сопротивление образованного конденсатора будет меняться при изменении диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы в зависимости от влажности. 4 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3852.151/24-25 (22) 05. 02.85 (46) 30.07.86. Бюл. У 28 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет нм. 300-летия воссоединения Украины с Россией (72) А.Ф. Ларченко (53) 551.508.7 (088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

У 220577, кл. G 01 N 27/22, 1966.

Авторское свидетельство СССР

У 558205, кл. С 01 N 27/22, 1977. (54) ЗАКЛАДНОЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ПОЧВ

И ГРУНТОВ (57) Изобретение относится к устройствам, используемым в мелиорации, „„SU„„1247737 А 1

1247737

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, используемым во влагометрии почв.

Цель изобретения — повышение точности измерения влажности.

На фиг.1 изображен датчик влажности почв и грунтов, на фиг. 2-4— распределение силовых линий электрического поля объемного и плоского датчиков, полученных путем аналогового моделирования потенциальных полей на. сплошных электромоделях.

Датчик влажности включает внешний электрод 1 из электропроводных стержней, крепежное соединительное кольцо 2, внутренний сетчатый электрод

3, покрытый диэлектрической пленкой, термокомпенсирующий элемент 4 (терморезистор в диэлектрической оболочке), подключенный к сетчатому элек- . троду, и выводы 5.

Датчик при помощи установочного шеста заглубляется в почву (ненарушенной структуры на дне скважины) до кольца 2, в плоскости которого находится сетчатый электрод З.Вторая половина датчика засыпается почвой, извлеченной из скважины. Таким образом, электроды датчика со всех сторон вступают в устойчивый контакт. с почвой, образуя две обкладки конденсатора. Одной из обкладок служит стержневая цилиндрическая оболочка с заключенной в ней почвой, а второй — сетчатый электрод.

Полное реактивное сопротивление образованного конденсатора меняется при изменении диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы в зависимости от влажности, т.е. величина полного электрического сопротивления датчика может быть .мерой влажности почвы. Однако существенные изменения.в значение электрической емкости и сопротивления вносит температура межэлектродíî"o промежутка. В данном случае компенсация температурного влияния осуществляется с помощью терморезистора, подключенного к сетчатому электроду (термокомпенсирующая ячейка 4 размещена в центральной части сетки).

Компенсация осуществляется за счет того, что терморезистор выполняет функцию реактивного опорного элемента, через который подается

30 сеткой) и ненарушенной структуры (под сеткой).

Отношение диаметра и и высоты h цилиндрического датчика определя 31

35 лось (вЂ, = -) методом аналогового мо.делирования потенциальных полей на электрических сплошных моделях.

Методом моделирования исследова40 ли распространение активной зоны электрического поля заряженного цилиндрического тела (в продольном сечении) при различных размерах внутреннего и внешнего электрода, а также различных отношениях диаметра и высоты цилиндра.

При — »1 (случай плоского датчиh ка) активная зона распространяется

50 далеко за пределами датчика (фиг.2), Й

С уменьшением величины — протяженh ность активной зоны вне датчика сокd

Ращается,например, при — 1 1 (фиг.3), за пределы внешнего электрода выходят силовые линии поля, имеющие приведенный потенциал, равный 207

1О

25 питание на электроды датчика от измерительной схемы, т.е. амплитуда измерительного сигнала на электродах (выводы 5) корректируется автоматически величиной питающего напряжения, зависящего от температуры.

Конструкция внешнего электрода из электропроводных стержней, электрически замкнутых кольцом 2 по середине, обладает достаточной прочностью, необходимой при установке датчика в грунт. Такая конструкция способствует обеспечению постоянной плотности контакта оболочки датчика со стенками скважины, а также с почвой или грунтом внутри оболочки. Через зазоры между стержнями осуществляется устойчивая влагообменная связь грунта, который заключен в оболочке датчика, с грунтом вне его. Кольцо 2 выполняет функцию ограничи-! теля заглубления датчика в грунт ненарушенной структуры (при установке в скважину) и служит ориенти-. ром положения сетчатого электрода 3..

Выполнение внутреннего электрода в виде сетки обусловливается необходимостью сохранения внутри датчика максимальной влагообменной связи между грунтом нарушенной (над

1247737

3 и ниже (за 1007 принят потенциал, имеющий максимальное значение) . При, — .1/2 (фиг.4) подавляющая часть

h силовых линий замыкается внутри обоа почки датчика. Отношение — = 1/2

h можно считать оптимальным, поскольку при большем значении активная зона поля вне оболочки существенно tp расширяется, а при меньшем образуется малоактивная эона внутри самого датчика (в верхней и нижней частях образуются протяженные участки, где потенциал. принимает малые значения, т.е. при дальнейшем увеличении h чувствительность датчика не повышается).

Конструкция предлагаемого датчика проста, надежна и при массовом производстве (даже в условиях лабораторной мастерской) не возникает трудностей изготовления большого количества датчиков, идентичных

1 по исходным электроемкостным харак- 2S теристикам.

Стержневая оболочка (внешний электрод) и сетчатая конструкция внутреннего электрода позволяет обеспечить устойчивый контакт датчика с почвой или грунтом И образовать объемный влагопроницаемый межэлектродный промежуток, что дает возможность получить постоянную во

35 времени электроемкостную характеристику и облегчить градуировочный процесс.

Кроме того, воспроизводимость результатов измерений влажности лучше по сравнению с аналогами,поскольку обеспечивается устойчивый контакт электродов с почвой, а измерение ее электрической величины полного реактивного сопротивления производится только во влагопроницаемом межэлектродном промежутке.

Укаэанные преимущества в целом позволяют удешевить. оборудование опорных влагоизмерительных пунктов, а также. повысить точность, надежность и достоверность измерений,что необходимо для улучшения контроля за режимом влажности почв на орошаемых массивах и сохранения продуктивного влагозапаса для развития растений, рационального расходования поливной воды.

Формула из обретения

Закладной датчик влажности почв и грунтов, содержащий два коаксиально расположенных электрода, один из которых снабжен термокомпенсирующим элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, внешний электрод выполнен в виде электропроводных стержней,расположенных по образующим цилиндра и .замкнутых по середине кольцом, диаметр которого равен 1/2 высоты стержней, а внутренний электрод выполнен в виде сетки, размещенной в плоскости кольца и подключенной к терморезистору.

1247737 г г

Г

/

/ г

I

1 1

l

i l /

/,г

1(/l г so

/ б/

/

/ б

f0

/

I г

/

/ 1 фцг. 3

Составитель А. Платова

Редактор В. Ковтун Техред Л.Олейник Корректор В Синицкан.

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4117/42

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4

I /

1 /

«)О .1

1! г ls

/