Устройство для определения влажности почвы

 

Использование: сельское хозяйство, мелиорация, может быть применено для определения влажности почв, засоленных при орошении минерализованными водами. Сущность изобретения: изобретение позволяет повысить точность измерения влажности засоленных почв. Это достигается тем, что устройство для определения влажности почв содержит блок 1 датчиков, состоящий из датчиков 2, 3, 4 соответственно осмотического давления, капиллярного давления и температуры почвенного раствора, блоки 5, 6 связи, блоки 7, 8, 9 преобразования сигналов соответственно осмотического давления, температуры и капиллярного давления, блоки 10, 11 температурной коррекции, блок 12 компенсации осмотического давления и блок 15 регистрации сигналов. Датчик 2 осмотического давления состоит из корпуса 14, выполненного в виде штуцера из диэлектрического материала, насаженного на керамическую капсулу 16. Один конец штуцера, находящегося внутри капсулы 16, закрывается недеформируемой осмотической мембраной 15, проницаемой для воды и непроницаемой для ионов солей почвенного раствора. Второй конец штуцера посредством блока 5 связи соединен с блоком 7 преобразования сигналов. В корпусе штуцера выполнено боковое вертикальное отверстие, которое одним концом сообщается с внутренней полостью керамической капсулы 16, а другим с помощью блока 6 связи соединяется с блоком 9 преобразования сигналов. В полости керамической капсулы 16 размещен датчик 3 температуры, представляющий собой терморезистор 17. Блок 6 связи содержит сильфон 18. Устройство позволяет отдельно получать информацию о температуре почвенного раствора, о полном давлении почвенной влаги, а также о капиллярном и осмотическом давлении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к мелиорации, и может быть использовано для определения влажности почв, засоленных при орошении минерализованными водами.

Известны устройства для определения влажности почвы, основанные на измерении электрического сопротивления почвы. В этих устройствах в качестве датчиков влажности используются небольшие блоки из гипса, нейлонового или стеклянного волокна. По величине измеряемого электросопротивления с помощью тарировочной кривой определяют влажность почвы.

Недостатками этих устройств являются: относительно большие погрешности в определении влажности; большая чувствительность датчиков к наличию растворенных веществ в почвенной влаге.

Наиболее близким по технической сущности является тензиометр для определения влажности. Устройство содержит керамический датчик, который помещают в почву на глубину, соответствующую измеряемой влажности почвы. Датчик связан с ртутным манометром, с помощью которого измеряется полный водный потенциал почвы. Влажность почвы определяют по тарировочной кривой. Однако определение влажности этим устройством в случае полива минерализованной водой или в засоленных почвах приводит к искаженным показаниям влажности из-за возникновения осмотического потенциала, на величину которого изменяются показания ртутного манометра.

Цель изобретения - повышение точности определения влажности засоленных почв.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения влажности почвы, содержащем блок датчиков, подключенный через измерительную схему к блоку регистрации, блок датчиков снабжен датчиками осмотического и капиллярного давления и температуры почвенного раствора, а измерительная схема оснащена двумя блоками связи, тремя блоками преобразования, двумя блоками температурной коррекции и блоком компенсации осмотического давления, при этом выход датчика температуры почвенного раствора через первый блок преобразования связан с первыми входами блока регистрации и первого и второго блоков температурной коррекции, вторые входы которых соединены с выходами соответственно, второго и третьего блоков преобразования, а входы последних через, соответственно, первый и второй блоки связи подключены к выходам датчика осмотического и капиллярного давления, причем, выходы первого и второго блоков температурной коррекции связаны с входами блока компенсации осмотического давления и вторым и третьим входами блока регистрации, четвертый вход которого связан с выходом блока компенсации осмотического давления, при этом, датчик осмотического давления выполнен в виде штуцера, герметично соединенного с датчиком капиллярного давления, нижний конец которого закрыт полунепроницаемой осмотической мембраной и выполнен наклонным.

Сущность изобретения заключается в следующем: в схему устройства вводится датчик осмотического давления, что дает возможность определить только компоненту осмотического потенциала влажности.

Полый потенциал влаги складывается из 3-х компонентов Ψ_t= Ψ_д + Ψ_o + Ψ_p где Ψ_t - полный потенциал влажности; Ψ_д - гравитационный потенциал влажности; Ψ_o - осмотический потенциал влажности; Ψ_p - тензиометрический потенциал влажности.

Осмотический потенциал влажности, вызванный наличием солей в орошаемой воде определяется с помощью датчика осмотического давления, а вычитанием этого измеренного осмотического потенциала влажности из полного потенциала влажности, мы получаем тензиометрический потенциал влажности, соответствующий истинному содержанию влаги в почве Ψ_p=Ψ_t+Ψ_o.

Таким образом, отличительный признак - блок датчиков с датчиками осмотического давления, герметично соединенные с датчиком капиллярного давления, устройством связи и блоком преобразования сигналов давления датчиком температуры, который посредством блоков температурной коррекции связан с блоком компенсации осмотического давления - существенен.

На фиг.1 представлена схема устройства для определения влажности почвы; на фиг. 2 - конструкция блока датчиков; на фиг.3 - вид тарировочной кривой Р_к = f(w).

Устройство для определения влажности почвы содержит блок датчиков 1, состоящий из датчиков 2, 3, 4 соответственно осмотического давления, температуры почвенного раствора и капиллярного давления, блоки 5, 6 и блоки 7, 8, 9 соответственно преобразования сигналов осмотического давления, температуры и капиллярного давления, блоки 10, 11 температурной коррекции, блок 12 компенсации осмотического давления и блок 13 регистрации сигналов.

Выход датчика 2 осмотического давления связан с блоком 7 преобразования сигналов, выход которого соединен со вторым входом блока 10 температурной коррекции. Выход блока 10 температурной коррекции соединен с первым входом блока 12 компенсации осмотического давления и со вторым входом блок 13 регистрации сигналов. Выход датчика 3 температуры почвенного раствора связан с блоком 8 преобразования сигналов, выход которого соединен с первыми входами блоков 10, 11 температурной коррекции, а также с первым входом блока 13 регистрации сигналов. Выход блока 11 температурной коррекции связан со вторым входом блока компенсации осмотического давления и с четвертым входом блока 13 регистрации сигналов. Выход блока 12 компенсации осмотического давления соединен с третьим входом блока 13 регистрации сигналов. Датчик 2 осмотического давления (фиг.2) состоит из корпуса 14, выполненного в виде штуцера из диэлектрического материала, насаженного на снабженную мембраной 15 керамическую капсулу 16, служащую и как датчик 4 капиллярного давления. Один конец штуцера, находящегося внутри капсулы 16, закрывается недеформируемой осмотической мембраной 15 (проницаемая для воды и непроницаемая для ионов солей почвенного раствора), причем поверхность внутреннего конца штуцера выполнена наклонно для предотвращения возможность накопления пузырьков воздуха на поверхности мембраны 15. Второй конец штуцера посредством блока 5 связи соединен с блоком 7 преобразования сигналов. В корпусе 14 штуцера выполнено боковое вертикальное отверстие, которое одним концом сообщается с внутренней полостью керамической капсулы 16, а другим с помощью блока 6 связи связано с блоком 9 преобразования сигналов. В полости керамической капсулы 16 размещен датчик температуры представляющий собой терморезистор 17. Блок 6 связи содержит сильфон 18.

Устройство для определения влажности почвы работает следующим образом.

Керамическая капсула 16, герметично соединенная с блоками 5, 6 связи посредством штуцера, заполняется дистиллированной водой через боковое вертикальное отверстие путем погружения капсулы 16 в сосуд и созданием разряжения при помощи сильфона 18. Пространство между полупроницаемой осмотической мембраной 15, герметично соединенной с блоком 5 связи, заполняют дистиллированной водой. Затем керамическая капсула 16 с датчиками устанавливается в почву на требуемую глубину. В полевых условиях это осуществляют путем его погружения в предварительно пробуренную скважину или вдавливанием в стенку шурфа. Для более быстрого достижения полного равновесия между жидкостью в полости керамической капсулы 16 и почвенным раствором, при помощи сильфона 18 отсасывают объем жидкости, равный объему системы: датчик 4 капиллярного давления - блок 6 связи. При заполнении полости керамической капсулы 16 почвенным раствором, представляющим собой раствор солей, вследствие возникновения разности химического потенциала между почвенным раствором и дистиллированной водой, разделенными полупроницаемой мембраной 15, появляется осмотическое давление регистрируемое посредством блока 5 связи и преобразуемое блоком 7 в сигнал, корректируемый блоком 10 в зависимости от температуры почвенного раствора, контролируемой датчиком 3 сигнал от блока 10 поступает в блок 12 компенсации вычитается из величины сигнала, поступающего от датчика 4 капиллярного давления через блок 9 преобразования сигналов и блока 11 температурной коррекции. Выходной сигнал блока 12 передается в блок 13 регистрации сигналов. Откорректированный блоком 11 сигнал от датчика 4 капиллярного давления поступает и в блок 13 регистрации сигналов. Таким образом, в зависимости от потребностей можно отдельно получить информацию о температуре почвенного раствора, о полном давлении почвенной влаги, а также о капиллярном и осмотическом давлении. С помощью тарировочной кривой по величине капиллярного давления определяют истинную влажность почвы.

Был поставлен опыт: взятые образцы проб почвы поливали водой мин реализации - 4,8 г/л. Влажность измерялась одновременно тензиометром АМ-20-11 и данным устройством. Результаты приведены в таблице.

Из таблицы видно, что известный тензиометр уменьшает показания влажности на величину 4,5-10,3% , что в свою очередь приводит к перерасходу поливной воды на 30-40 м3/га. А данное устройство позволяет избежать этого недостатка.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ, содержащее блок датчиков, подключенный через измерительную схему к блоку регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения влажности засоленных почв, блок датчиков снабжен датчиками осмотического и капиллярного давления и температуры почвенного раствора, а измерительная схема оснащена двумя блоками связи, тремя блоками преобразования, двумя блоками температурной коррекции и блоком компенсации осмотического давления, при этом выход датчика температуры почвенного раствора через первый блок преобразования связан с первыми входами блока регистрации и первого и второго блоков температурной коррекции, вторые входы которых соединены с выходами соответственно второго и третьего блоков преобразования, а входы последних через соответственно первый и второй блоки связи подключены к выходам датчиков осмотичекого и капиллярного давления, причем выходы первого и второго блоков температурной коррекции связаны с входами блока компенсации осмотического давления и вторым и третьим входами блока регистрации, четвертый вход которого связан с выходом блока компенсации осмотического давления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик осмотического давления выполнен в виде штуцера, герметично соединенного с датчиком капиллярного давления, нижний конец которого закрыт полупроницаемой осмотической мембраной и выполнен наклонным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4