Способ измерения влажности почвы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано , например для исследования физических свойств почвы на полях с искусственным орошением Целью изобретения является сокращение времени анализа В корпус 1 устройства для осуществле ния способа измерения влажности почвы помещают образец почвы 2 с объемом 6 см Перемещением поршня 3 образец почвы 2 сжимается При этом воздух стравливается с помощью воздушного клапана укрепленного на стенке корпуса 1 Механизм перемещения поршня 3 выполнен в виде вала 21 подшипников 22 23 ползунов 24 25 и тяг 26 27 соединенных с приводом 28 Мембрана 8 с тензопреобразователем 9 для из мерения давления внутри корпуса 1 устройства закреплена на сьемной крышке 7 Давление сжатия образца почвы измеря ют дважды при достижении им двух заданных объемов 5 см и 4 см а о влажности почвы судят по отношению измеренных значений давления 2 с п ф-лы 2 ил 1 табл Ё

COIO3 СОВЕТСКИХ

COl 1ИАЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСГ1УБЛИК

gsI)s G 01 N 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,.

Ф

О (с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4339927/26 (22) 08,12,87 (46) 07.04.91, Бюл, N 13 (71) Специальное опытное проектноконструкторско-технологическое бюро

СО ВАСХНИЛ (72) А,Ф. Алейников (53) 543.712(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1ч". 1268123, кл, А 01 С 1/00, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ПОЧВЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано, например, для исследования физических свойств почвы на полях с искусственным орошением. Целью изобре„.,5U„„1640612 А1 тения является сокращение времени анализа. B корпус 1 устройства для осуществления способа измерения влажности почвы помещают образец почвы 2 с объемом 6 см .

3.

Перемещением поршня 3 образец почвы 2 сжимается. При этом воздух стравливается с помощью воздушного клапана, укрепленного на стенке корпуса 1. Механизм перемещения поршня 3 выполнен в виде вала 21, подшипников 22, 23, ползунов 24, 25 и тяг

26, 27, соединенных с приводом 28. Мембрана 8 с тензопреобразователем 9 для измерения давления внутри корпуса 1 устройства закреплена на съемной крышке

7. Давление сжатия образца почвы измеряют дважды при достижении им двух заданных объемов 5 см и 4 см, а о влажности з з почвы судят по отношению измеренных значений давления. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1640612

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано, например, при исследовании физических свойств почвы на полях с искусственным орошением.

Цель изобретения — сокращение времени анализа после помещения образца почвы в камеру.

На фиг. 1 приведено устройство для измерения влажности почвы; на фиг, 2 — структурная схема измерительного блока устройства.

Пример. Образцы почв с большим значением влажности приготавливаются путем увлажнения сухих почв. Искусственное увлажнение почв осуществляется путем механического введения воды и тщательного перемешивания почвы. Количество воды, необходимое для введения в почву, рассчитывается по формуле: где m — масса добавления воды, г;

mo — исходная масса образца, г;

wo — исходная влажность, мас,7;;

w — требуемая влажность, мас. 7;, Пробы малых значений влажности приготавливают посредством сушки сырых проб. Для более равномерного распределения влаги по объему образца каждый образец помещает в герметичный бюкс и выдерживается в течение 3 сут, Равномерность распределения влаги в почве определяют путем взятия трех контрольных проб.

Расхождение результатов трех параллельных определений не превышает 0,5%. Определение массовой влажности проб осуществляют лабораторным методом.

После отбора пробы образца почвы его помещают в замкнутую камеру объемом

6см, затем образец почвы сжимают и дважды измеряют давление в камере при достижении образцом почвы двух заданных объемов 5 и 4 см . О влажности почвы судят з по отношению измеренных значений давления в камере. Результаты испытаний представлены в таблице.

Устройство для реализации предлагаемого способа измерения влажности почвы содержит датчик влажности почвы и измерительный блок, Устройство (фиг. 1) содержит корпус 1 с образцом 2 почвы. поршень 3 с уплотнительными кольцами 4 и 5 и ушками 6, съемную крышку 7 с мембраной 8, тенэопреобразователем 9 и его выводами 10. подшипником 11, втулкой 12, электрическим кабелем 13 и уплотнительным кольцом 14, клапан, состоящий, например, из винта 15 с

20 при закручивании крышки 7, и два сопря25 женных отверстия с разными диаметрами для установки винта 15 клапана. Для этого

t отверстием 16 и микроотверстия 17 корпуса

1. основание 18 с отверстиями 19 и 20, механизм перемещения поршня, выполненный, например, в виде вала 21 подшипников

22 и 23, ползунов 24 и 25 и тяг 26 и 27, электрический или ручной привод 28 и крепежные болты 29 и 30.

Измерительный блок устройства для измерения влажности почвы (фиг. 2) содержит тензопреобразователь 9, выполненный, например, в виде тензомоста 31 — 34, источник

35 стабилизированного постоянного напряжения, усилитель 36 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 37, коммутатор 38, блок 39 памяти, вычислительный блок 40, преобразователь 41 кодов, цифровой индикатор 42, блок 43 управления и исполнительный блок 44.

Корпус 1 изготовлен в виде палого цилиндра и имеет резьбу на его внешней поверхности для установки крышки 7. В корпусе 1 выполнено микроотверстие 17 для удаления воздуха из образца 2 почвы отверстие большего диаметра имеет внутреннюю резьбу, в которую вворачивается винт 15. Эти отверстия имеют пневматическую связь с микроотверстием 17 и, следовательно, с полостью корпуса 1, где помещается образец 2 почвы. Для исключения попадания частиц почвы в микроотверстие 17 корпуса 1 в нем может быть установлен спецйальный пористый фильтр, пропускающий в отверстие лишь молекулы воздуха (не показан). В торце корпуса 1 изготовлены специальные выточки в форме полуцилиндров для установки подшипников 22 и 23 механизма перемещения поршня 3. Такие же выточки с аналогичной целью изготовлены и в основании 18, Для крепления подшипников 22 и 23 с валом 21 в процессе сборки датчика в корпусе 1 изготовлено несколько реэьбовых отверстий, например четыре, расположенных симметрично относительно оси симметрии корпуса 1 (не показаны). Соосно с этими отверстиями в основании 18 под болты 29 и

30 изготовлено также четыре отверстия (не показаны). Основание 18 также имеет цилиндрическую форму и торец его оканчивается фланцем с отверстиями 19 и 20, необходимыми для крепления всего датчика к какому-либо жесткому основанию, Винт 15 клапана выполнен в виде ступенчатого цилиндра, имеет три сопряженных поверхности с разными диаметрами. На одном из торцов винта 15 изготовлена проточка под

QTRppTI: на внешней средней поверхности

1640612

10

25

50

55 винта 15.изготовлена проточка под отвертку, на внешней средней поверхности винта

15 изготовлена резьба для установки его (вворачивания) в корпус 1. На поверхности винта 15 с наименьшим диаметром изготовлено отверстие 16, диаметр которого превышает диаметр микроотверстия 17. Диаметр отверстия 16 выбран таким, чтобы при повороте винта на угол 90 от исходного обеспечивалась пневматическая связь (через микроотверстие 17) полости корпуса 1, где помещен образец 2 почвы, с окружающей средой. Поверхность винта 15, где расположено отверстие 16, и сопряженная ему поверхность корпуса 1 обработаны таким образом, чтобы в исходном состоянии, как это показано на фиг, 1, пневматической связи полости цилиндра(где расположен образец 2) с окружающей средой не было, т.е. эти поверхности притерты и обеспечивают при работе герметизацию полости поршня 3 с образцом 2.

Поршень 3 имеет цилиндрическую форму и на его поверхности выполнены углубления для установки уплотнительных колец

4 и 5. Внешняя поверхность поршня 3 и внутренняя поверхность корпуса 1 обработаны с соответствующим классом чистоты, чтобы обеспечить продольное перемещение поршня 3 относительно корпуса 1. Днище поршня 3 имеет специальные ушки с отверстиями для шарнирного крепления к нему тяг 26 и 27. На вале 21 симметрично его центру изготовлено две резьбы с разными направлениями (правая и левая резьба) для обеспечения возвратно-погтупательного перемещения полэунов 24 и 25, которые выполнены в виде цилиндров с внутренней резьбой, причем направление резьбы для полэунов 24 и 25 также выбрано различным.

Полэуны 24 и 25 имеют специальные ушки с отверстиями, предназначенные для шарнирного крепления к ним тяг 26 и 27, выполненных, например, в виде прямоугольной двухсторонней вилки с двумя сквозными отверстиями, Съемная крышка 7 выполнена в виде полого цилиндра с четырьмя сопряженными внутренними поверхностями разного диаметра. На поверхности с наибольшим диаметром крышки 7 изготовлена внутренняя резьба, предназначенная для установки крышки на корпус 1. В крышке 7 запрессован подшипник 11 с втулкой 12, предохраняющей кабель 13 от механических повреждений. В корпусе 1 и в крышке 7 выполнены выточки для установки уплотнительного кольца 14.

Устройство для измерения влажности почвы работает следующим образом.

Образец почвы 2 помещается в корпус

1 датчика(фиг. 1), Винт 15 клапана устанавливается таким образом, чтобы осуществлялась пневматическая связь полости корпуса

1, где помещен образец 2, с окружающей средой (череэ отверстия 16 и 17), т.е. чтобы при наворачивании крышки 7 на корпус 1 воздух "стравливался". Естественно, что воздух первоначально удаляется через негерметичное резьбовое соединение корпус

1 — крышка 7 до тех пор, пока уплотнительное кольцо 14 крышки 7 не достигнет соответствующей выточки в корпусе 1, Контроль эа удалением избытка воздуха может осуществляться, в крайнем случае, оператором по звуковым колебаниям испускаемым воздухом в процессе прохождения его через микроотверстие 17 и отверстие 16 в винте 15 клапана. Затем с помощью блока 43 упр;вления и исполнительного блока 44 привод

28 включается, вал 21 начинает вращаться, ползуны 24 и 25 перемещаются в противоположные стороны по отношению к оси симметрии корпуса 1, поршень 3 сжимает образец 2 до известного объема V;,, задание которого может осуществляться посредством нормирования числа оборотов вала 21 (а следовательно и привода 28). Это может достигаться нормированием длительности импульса управления двигателем, поступающего с блока 43 управления (фиг. 2). В полости, где расположен образец 2, возникает избыточное давление, мембрана 8 деформируется (изгибается) и на выходе измерительной диагонали тензорезистивного моста 31-34 возникает сигнал оазбаланса, который усиливается усилителем 36 постоянного тока. Э гот усилитель может выполнять функцию нормирования и при необходимости — линеаризацию статической передаточной характеристики канала измерения давления.

Выходной сигнал усилителя 36 поступает на вход АЦП 37, где преобразовывается в цифровой код. При эгом по команде блока

43 управления с помощью коммутатора 38 выходной сигнал АЦП 37 поступает на вход блока 39 памяти. где информация о значении давления (Р ), преобразованная в цифровой вид, запоминается. Затем с помощью коммутатора 38 выход АЦП 37 подключается к входу вычислительного блока 40(по команде блока 43 управления). Блок 43 управления через исполнительный блок 44 включает привод 28, вал 21 вращается, полэуны 24 и

25 перемещаются и поршень 3 сжимает образец 2 до упругого известного обьема Vz, сигнал раэбаланса с измерительной диагонали тензорезистивного моста 31--34 (Pz) усиливается усилителем 36, преобразуется

1640612

Давление в камере

40,2

75,0

122,5

259,3

35,4

64,9

144,8

270,6

40,9

73,1

124,1

269,7

45,2

, 80,2

:124,9

258,7 в цифровой код с помощью АЦП 37 и поступает на один из входов вычислительного блока 40. Одновременно на другой вход вычислительного блока 40 поступает (считывается) цифровой код, несущий информацию 5 о ранее запоминаемом значении информационного сигнала. Вычислительный блок 40 определяет отношение этих "игналов Р /Р2 (преобразованных в цифровой вид).

Преобразователь 41 кодов в данном 10 случае необходим для отображения информации о влажности почвы в виде чисел на цифровом индикаторе 42. Он преобразует двоичный (или двоично-десятичный) выходной код вычислительного. блока 40 в семи- 15 сегментный код, необходимый для работы цифрового индикатора 42.

После проведения цикла измерения привод меняет (по команде блока 43 управления) направление вращения вала 21, пол- 20 зунов 24 и 25, э следовательно, и поршень 3 . возвращается в исходное состояние, Для ограничения движения ползунов 24 и 25 могут быть установлены в датчике конечные выключатели. Это может быть необходимо 25 для исключения возможных механических повреждений механизма перемещения поршня при возникновении неисправно сти, например, в блоке 43 управления, исполнительном блоке 44 или в электрическом приводе 28.

Формула изобретения

1. Способ измерения влажности почвы, включающий отбор пробы образца почвы, помещение его в замкнутую камеру и измерение давления s камере, о т л и ч а ю щ и йс я тем. что, с целью сокращения времени анализа после помещения образца почвы в камеру, его сжимают и дважды измеряют давление при достижении образцом почвы двух заданных объемов, а о влажности почвы судят по отношению измеренных значений давления в камере.

2. устройство для измерения влажности почвы, содержащее датчик влажности почвы, выполненный в виде полого цилиндрического корпуса со съемной крышкой и с установленным в нем поршнем и мембраной с тензопреобразователем, и измерительный блок, подключенный к тензопреобразовэтелю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени анализа, оно снабжено механизмом перемещения поршня и воздушным клапаном, укрепленным на стенке корпуса, а мембрана с тензопреобразователем закреплена на съемной крышке, 1640612

tPgz. 2

Составитель М.Серов

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор Н.Яцола

Корректор Н. Ревская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1014 Тираж 378 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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