Система автоматического регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе

 

Использование: сельское хозяйство, а именно средства получения питательного раствора. Сущность: на выходе смесительного эжектора установлен датчик электропроводимости раствора. Сигнал с последнего сравнивается с уставкой и разностный сигнал управляет работой электродвигателя, изменяющего положение поршня переменного сечения в воздухозаборном патрубке эжектора. В результате чего происходит изменение расхода и, следовательно, изменение величины концентрации раствора на выходе эжектора. 2 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству тепличному производству овощной продукции, а именно к системам автоматического регулирования концентрации поливочного раствора по принципу контроля электропроводимости раствора.

Известны системы приготовления питательного поливочного раствора, содержащего растворенные минеральные удобрения заданной концентрации, путем смешения поливочной воды и высококонцентрированного раствора минеральных удобрений. Широко применяются системы приготовления питательного раствора в баке готового поливочного раствора путем подачи центробежным насосом поливочной воды из магистрального трубопровода и подачи насосом-дозатором концентрированного раствора минеральных удобрений из емкости маточного раствора, последующего их смешения в баке готового поливочного раствора и изменения подачи концентрированного раствора при отклонениях текущей электропроводимости поливочного раствора в баке готового поливочного раствора от заданной установки.

Недостатками данных систем является неточное регулирование величины электропроводимости в баке готового поливочного раствора, вызванное нестабильностью давлений в гидросетях, изменением характеристик дозирующих устройств, изменением уровня маточного раствора в соответствующей емкости в основном контуре регулирования, а также двухпозиционным характером регулирования электропроводимости и инерционностью процесса по дополнительному контуру регулирования.

Известны также инжекторы, обеспечивающие объемное смешение жидких или газообразных фракций в определенном соотношении, определяемом геометрическими размерами и конструкцией инжектора, давлениями на входе и выходе инжектора, геометрическими размерами подающего трубопровода, по которому поступает подмешиваемая фракция в основной поток.

Недостатком инжекторов при использовании их в качестве дозирующих устройств при приготовлении поливочного раствора с заданной электропроводимостью является то, что они не обеспечивают точное поддержание заданной уставки, так как с течением времени из-за засоления поверхностей инжектора меняются его гидродинамические характеристики, изменяется уровень раствора в баке маточного раствора, подсасываемого в смесительную камеру инжектора а также присутствует нестабильность давлений на входе и выходе инжектора.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является выбранная в качестве прототипа система автоматического регулирования электропроводимости готового питательного раствора в соответствующем баке, содержащая подающий воду насос, встроенный в магистральный трубопровод поливочной сети, емкость для маточного раствора минеральных удобрений, дозирующий насос, встроенный в подающий трубопровод, соединяющий емкость для маточного раствора с баком готового поливочного раствора, регистрирующий датчик электропроводимости готового поливочного раствора, помещенный в бак готового поливочного раствора, блок задатчика уставок минимального и максимального предела электропроводимости готового поливочного раствора, блок сравнения текущей электропроводимости готового поливочного раствора с максимальной и минимальной уставками, блок управления дозирующим насосом, причем регистрирующий датчик электропроводимости готового поливочного раствора и задатчик уставок подключены к соответствующим входам блока сравнения, а выход блока сравнения соединен с блоком управления дозирующим насосом. Система производит по основному каналу регулирования смешение воды из магистрального трубопровода и концентрированного маточного раствора в баке готового поливочного раствора в определенном объемном соотношении по основному каналу регулирования. По дополнительному каналу регулирования при превышении текущей электропроводимости готового поливочного раствора максимальной заданной уставки блок сравнения вырабатывает сигнал на блок управления дозирующего насоса, который отключает насос на подающем трубопроводе и прекращает подачу концентрированного раствора в бак готового поливочного раствора, а при снижении текущей электропроводимости величины минимальной заданной уставки, блок сравнения формирует сигнал на блок управления насосом, который открывается и обеспечивает подачу концентрированного раствора из емкости маточного раствора в бак готового поливочного раствора.

Недостатком известной системы является следующее. При регулировании электропроводимости готового питательного раствора требуемой точности, согласно агротехническим требованиям для данного технологического процесса ± 2 мСм/см, добиться не удается в силу того, что в основном контуре регулирования объемного дозирования на подачу маточного раствора в бак готового поливочного раствора существенно влияют засоление поверхностей дозирующего насоса, что вызывает изменение его характеристик, нестабильность давлений в гидросетях, что вызывает изменение подачи воды и концентрированного раствоpа в бак готового поливочного раствора, изменения уровня в емкости маточного раствора, коррекция электропроводимости готового поливочного раствора по дополнительному контуру регулирования производится в диапазоне минимальной и максимальной уставками с запаздыванием и изменение подачи маточного раствора производится дозирующим насосом не пропорционально отклонению текущей электропроводимости от заданной уставки, а только при выходе текущей электропроводимости за границы заданного диапазона уставок.

Цель изобретения повышение точности поддержания концентрации минеральных удобрений в готовом поливочном растворе и повышение за счет этого качества приготовления готового поливочного раствора для внесения минеральных удобрений в корневую зону растения.

Относительно системы автоматического регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе указанная цель достигается тем, что система, содержащая подающий воду насос, встроенный в магистральный трубопровод поливочной сети, емкость для маточного раствора минеральных удобрений, дозирующий насос, встроенный в подающий трубопровод, соединяющий емкость маточного раствора с баком готового поливочного раствора, регистрирующий датчик электропроводимости поливочного раствора, расположенного в емкости готового поливочного раствора, блок задатчика уставок максимального и минимального уровня изменения электропроводимости поливочного раствора, блок сравнения текущей электропроводимости поливочного раствора с заданными уставками, блок управления насосом-дозатором, причем выходы регистрирующего датчика электропроводимости готового поливочного раствора и задатчика уставок подключены к соответствующим входам блока сравнения, а выход блока сравнения соединен с блоком управления насосом-дозатором, встроенным в подающий трубопровод, дополнительно снабжена блоком изменения механических и гидравлических параметров инжектора, выполненного в виде дополнительного воздухозаборного патрубка с встроенным поршнем переменного сечения, кинематически связанного с выходом блока управления электропривода поршня, при этом смесительная камера инжектора сообщена с воздухозаборным патрубком и подающим трубопpоводом маточного раствора, а датчик регистрации текущей электропроводимости поливочного раствора установлен на выходе инжектора в магистральном трубопроводе.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система отличается наличием новых блоков: инжектор для объемного смешения растворенного концентрированного минерального удобрения и воды в смесительной камере инжектора, блок изменения механических и гидравлических параметров инжектора, в виде дополнительного воздухозаборного патрубка с поршнем переменного сечения, кинематически связанного с выходом блока управления электроприводом поршня и их связями с остальными элементами системы.

Таким образом, научно-технический поиск показал, что заявляемые совокупности не известны из научно-технической и патентной литературы, т.е. соответствуют критерию "новизна".

Введение в дополнительном контуре регулирования блока изменения механических и гидравлических параметров инжектора позволяет существенно изменить схему приготовления готового поливочного раствора, приготовляя его непосредственно в магистральном трубопроводе и обеспечивая при этом заданную точность электропроводимости на выходе инжектора, причем из схемы исключаются бак готового поливочного раствора и насос-дозатор, а датчик регистрации электропроводимости готового поливочного размещен в магистральном трубопроводе на выходе инжектора.

Таким образом, это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень", а выполнение системы из известных деталей критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена функциональная схема автоматической системы регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе, где приняты следующие обозначения: 1 блок задатчика уставки электропроводимости готового поливочного раствора, 2 блок сравнения текущего значения электропроводимости и величины уставки, 3 блок управления электроприводом поршня, 4 датчик регистрации электропроводимости поливочного раствора, 5 поршень переменного сечения, 6 инжектор, 7 воздухозаборный патрубок, 8 магистральный трубопровод, 9 подающий воду циркуляционный насос, 10 смесительная камера инжектора, 11 подающий трубопровод, 12 емкость маточного раствора.

На фиг.2, а,б,в,г представлены диаграммы изменений давления в смесительной камере инжектора от хода поршня в воздухозаборном патрубке, где а) изменение положения поршня в воздухозаборном патрубке; б) изменение площади воздухозаборного отверстия и длины поршня в патрубке; в) изменение давления в смесительной камере инжектора от хода поршня; г) изменение текущей электропроводимости на выходе инжектора.

П р и м е р конкретной работы системы автоматического регулирования концентрации минеральных удобрений поливочного раствора.

Система, функциональная схема которой представлена на фиг.1, работает следующим образом. Циркуляционный насос 9, встроенный в магистральный трубопровод 8, подает на вход инжектора 6 под давлением воду для последующего объемного смешения воды и маточного раствора в смесительной камере 10 инжектора, причем объемное смешение определяется геометрическими характеристиками инжектора и подающего трубопровода. На соответствующие входы блока сравнения 2 поступают сигналы от датчика регистрации текущей электропроводимости 4 поливочного раствора, установленного в магистральном трубопроводе 8 поливочной сети на выходе инжектора 6, и сигнал с блока задатчика уставки электропроводимости 1. При отклонении текущего значения электропроводимости от заданной уставки в блоке сравнения 2 вырабатывается сигнал рассогласования, который поступает на вход блока управления 3 электроприводом поршня. В блоке управления 3 электроприводом поршня формируется полярный импульс, длительность которого пропорциональна времени отклонения текущей электропроводимости поливочного раствора от заданной уставки, а полярность соответствует знаку рассогласования. Полярный импульс подается на электропривод 13 и вызывает направленное поступательное движение поршня 5 в воздухозаборном патрубке 7, при этом направление движения поршня 5 определяется полярностью импульса. Перемещение поршня 5 в воздухозаборном патрубке 7 изменяет площадь воздухозаборного отверстия патрубка 7 и геометрические размеры смесительной камеры 10 инжектора, что вызывает в совокупности изменение давления в смесительной камере 10 инжектора 6. Изменение давления в инжекторе 6 приводит к изменению подачи концентрированного маточного раствора в подающем трубопроводе 11 из емкости маточного раствора 12 (фиг.2).

Экспериментальные исследования заявляемой системы автоматического регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе показали, что по сравнению с существующим устройством регулирования концентрации точность регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе существенно повышается во всем диапазоне допустимых заданий уставок согласно агротехническим требованиям. При этом наблюдается снижение расхода минеральных удобрений и увеличение урожайности овощных культур.

Формула изобретения

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В ПОЛИВОЧНОМ РАСТВОРЕ, содержащая подающий воду насос, встроенный в магистральный трубопровод поливочной сети, емкость для маточного раствора минеральных удобрений, дозирующий насос, встроенный в подающий трубопровод, соединяющий емкость маточного раствора с баком готового поливочного раствора, регистрирующий датчик электропроводимости поливочного раствора, расположенного в емкости готового поливочного раствора, блок задатчика уставок максимального и минимального уровня изменения электропроводимости поливочного раствора с заданными уставками, блок управления насосом-дозатором, причем выходы регистрирующего датчика электропроводимости готового поливочного раствора и задатчика уставок подключены к соответствующим входам блока сравнения, а выход блока сравнения соединен с блоком управления насосом-дозатором, встроенным в подающий трубопровод, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена блоком изменения механических и гидравлических параметров инжектора, выполненным в виде дополнительного воздухозаборного патрубка с встроенным поршнем переменного сечения, кинематически связанным с выходом блока управления электропривода поршня, при этом смесительная камера инжектора сообщена с воздухозаборным патрубком и подающим трубопроводом маточного раствора, а датчик регистрации текущей электропроводимости поливочного раствора установлен на выходе инжектора в магистральном трубопроводе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2