Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине

 

Своа Советскмн

Соцналнстммескнн тнеспублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

И АВТОРСКОМУ СВЙДВЯДЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 04.01.76(2е) 2309380/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (и) 573743 (5)) М. Кл.

G 01N 27/22

Гасударстееннмй накнтет

Соната Мнннстраа СССР на делам нзобретеннй н атнрмтнй (43) Ооубллковавоаб.09.77.6ккллеаееь № 35 (45) Дата опубликования описания 02.11.77 рз удк 820.1Ы..33 (0888 ) (72) Авторы изобретении

Р. М. Долгопятов, Л. И. Кап и В. В. Беликеев

1 а

l в б !

С аратовский филиал Научно-производственного объединения

"Ar p оприбор» (71) Заявитель

J (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ

ПО ГЛУБИНЕ

Изобретение относится к области измерения влажности электрическими методами, о нованными на зависимостн электрическихпараметров (диэлектрической проницаемости, сопротивления и т.п.) яа:следуемого объекта от величины -одержашейся в нем влаги, и может быть использовано для определения влажности почвы в естественных условиях, Известен датчик для измерения влагопроводности влажных сыпучих материалове Йат:. к представляет собой два коаксиальных ,:илиндра, набранных из чередуюшихся контактных и изоляционных колец, расположенных одно против другого и образуюших пары электродов, между которыми помешается спрессованный исследуемый материал.

При помоши такого датчика можно измерять влагопроводность только налабораторных образцах, специально запрессованных в датчик, которые часто не соответствуют по сво >О ей структуре реальному объекту, Кроме того, датчики такого типа неприменимы для измерения распределения влажности по глубинок обладают большой погрел- д ностью и не обеспечивают достаточной воспроизводимости.

Ближайшим к изобретению техническим решением является датчик рассеянного пола.

Его характерной особенностью является односторонний контакт с исследуемым материалом и наличие поля в тонкой приэлектродной области., л акой датчик обычно представляет собой ячейку с плоскими электрически изолированными друг от друга концентрическими колтиевыми электродами, расположенными на дне ячейки, причем ширина электродов приблизительно равна расстоянию между ними.

Этот датчик позволяет измерять суммарный эффект в приэлектродной области практически независимо от уплотнения язмеряемой среды. Однако он не позволяет проводить локальные измерения влажности с доо таточной точностью, так как дает усреднен ную величину измеряемого параметра по плошади датчика.

Мелью изобретения является разработка конструкций датчика для измерения распределения влажности почвы по глубине, кот<

573743 рый обладал бы более высокой точностью локальных измерений.

Эта цель достигается тем, что датчик согласно изобретению выполнен в виде набора соосно расположенных идентичных цилиидрических электродов, разделенных д??эпект риком, причем. где E .длина цилиндрического электрода;

r„- его внешний радиус.

На фиг, Х изображен предлагаемый дат чик, развез; на фиг. 2 - упрощенная электрическая схема датчика„

Датчик включает стержень 3 с конической насадкой 2, играющий роль крепежного элемента, цилиндрические электроды 3, диэлектрические шайбы 4 с отверстиями 5 для электрического соединения с измерительной схемой, рукоятку 6, изоляционное покрытие

7, переключатель 8, Датчик работает следующим образом.

C помощью переключателя 8 s копебательный контур основного генератора включается конденсатор, образованный двумя соседними цилиндрическими электродами датчика. Благодаря укаэанному подбору геометрических размеров электродов поле такого конденсатОра оказывается локализованным в горизонтальной плоскости, проходящей через диэлектрическую шайбу, разделяющую два данны? соседних цилиндра.

Изменение влажности почвы вызывает изменение ее эффективной диэцектрической проницаемости, что приводит к пропорциональному изменению емкости конденсатора. Этот процесс в свою очередь вызывает расстройку контура и появление биений при сложении колебаний данного контура с колебаниями контура гетеродина. Далее проводят расстройку эталонного конденсатора контура ? етеродина до устранения биений и по величине расстройки эталонного конденсатора определяют величину изменения влажности.

Электрическая схема датчика, приведе»ная на фиг. 2, поясняет принцип его работы.

Датчик включен в контур ИЧ -генератора, диапазон которого характеризуется малыми диэлектрическими потерями для почвы. Па датчик подается электромагнитный сигнал высокой частоты, ДиэлеКтрическое покрытие цилиндрических электродов позволяет снизить эф к.кт проводимости и увеличить чисто емкостпый эффект.

Схема работает по методу измерения ?àñтоты биений. Датчик подключается параллельно перестраиваемому эталонному коцдецсатору, Пере?ц?ючатель позволяет подключать х контуру генератора лкЖую пару цилиндрических электродов, что дает воэможность иэ мерять Я1 и ?.-„, соответственно в гориэо?стальных плоскостях Х и Й.

Минимапьнаи СВЯЗЬ междУ соседии?»?и о пастями, т.е. пространственное разделение измеряемых значений влажности почвы (диэлектрической проницаемости) достигается путем соответствующего выбора геометри 0 ческих размеров цилиндрических электродов.

Для расчета взаимного влияния отдельных конденсаторов, образованных двумя пс парно расположенными цилиндрами, рассмот р им п ол я, с оздаваемые рассматриваемыми электродами. Потенциал в любой точке М э ?" ) определится выражением ро Здесьдс - эквивалентный точечный заряд;

p - радиус-вектор рассматриваемой точки.

Полный потенциал, создаваемый в рассматриваемой точке двумя цилиндрами (I и ll), после интегрирования по всей прверхности, 25 на которой сосредоточены заряды, будет иметь вид ц?= ц-р Arsh — -Arsh ) prsh — -Arsh

z-e zi (. Z-e-d z-2 -сб

r r г ?

30 . Для перехода к напряженностям поля воспользуемся соотношением Е= -grad>

В рассматриваемом нами приближении (цилиндрические электроды рассматриваются

35 как точечные заряды) точность полученных соотношений возрастает с увеличением р

Одновременно с этим меняется структура по1 ля.,Деиствительно, так как Er р, то на значительном расстоянии будет существовать

40 только одна компонента поля Е

Взаимное влияние двух соседних конденсаторов будем рассматривать как отношение поля Е, создаваемого одним конденсатором, и поля Eq создаваемого в этой же точке соседним конденсатором, Если иметь в виду, что нас интересует случай слабого взаимного влияния конденсаторов, то указанное соотношение имеет смысл рассматривать в приближении (— „)и (-

50 о

Если обозначить отношение - -= х, то

-?о влияние соседних электродов, выраженное че:Ех реэ соотношение -, будет функцией двух параметров X u

Зададим величину взаимного влияния: пусть

Еz

=0,03, т.е. измерение в данном

<2 горизонтальном слое проводится с точностью

»е хуже 37. Получим в этом случае квадбо ратное уравнение относительно х при выбоан57374Э

5 ном / " как параметре., Это уравнение при

cr выбранной точности будет иметь вид: р,оз z о

Йля каждого значения заданной точйости можно получить свое уравнение, связываюшее рассматриваемые параметры, Естественно, что для локализации поля

Необходимо, чтобы d(<5 . Таким образом, если считать удовлетворительной точность

3-57, то1выбранные размеры датчика оказываются связанными соотношением — )0 о

Расчет отдельной ячейки при -р- = 10 и

0 при измерении диэлектрической проницаемости почвы в пределах 6= 5-20 дает значение емкости в пределах от 100 до 220 пкф.

Так как современные методы измерения емкости по изменению .ухода частоты, поз-. воляют уверенно измерять емкость порядка

1 пкф, то точность измерения влажности почвы в точке;может быть обеспечена в пределах 1%. Это. в 7-8 раз превышает точность измерения влажности с помошью плос ких ячеек с кольцевыми или ленточными электродами .

Таким образом, предложенная конструкция датчика позволяет измерить распределение влажности по глубине с любым заданным интервалом с точностью до 1%.

ig Формула изобретения

Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине, состояший из набора металлических электродов, разделенных диэлектриком, и измерительной 5 схемы, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности локальных измерений, он выполнен в виде набора соосно расположенных идентичных цилиндрических электродов, разделенных диэлектриком, причем — 10 °

К о где - длина цилиндрического электрода, а Т, - его внешний радиус,, 25

573743

Составитель А. Волков

Текред В. Куприянов Корректор А, Лакида

Редактор Г. Котельский

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул -Проектная, 4

Закаэ 3755/34 Тираж 1101 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 35, Раушская наб„д, 4/5

Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине Электрический датчик для измерения распределения влажности почвы по глубине 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах контроля состава веществ, их идентификации, а также определения наличия в них примесей с аномальной электрической проводимостью

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах технологического контроля влажности различных многокомпонентных жидкостей (МКЖ), например, нефти на объектах нефтедобычи или молока в пищевой промышленности

Изобретение относится к производству спичек, в частности к определению влажности спичечной соломки

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности сыпучих веществ

Изобретение относится к области акустических измерений, основанных на бесконтактных методах возбуждения и приема ультразвуковых колебаний

Изобретение относится к области акустических измерений, основанных на бесконтактных методах возбуждения и приема ультразвуковых колебаний

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для наблюдения за динамикой изнашивания узла трения в процессе его приработки и (или) эксплуатации, например, в двигателе внутреннего сгорания, коробке передач, редукторе, подшипнике и т.п
Наверх