Датчик влажности почвы

 

Сеюз Советскнк

Соцналнстнчесннк

Реслублнн

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРОЮМУ СВИ ВТЕЛЬСТВУ ц300852 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 0509.77 (21) 2523232/18 25 с присоединением заявки H9 (23) Приоритет—

Опубликовано 3001,81. Бюллетень Й9 4 (51)м. к„.з

6 01 и 27/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 551. 508 ° 7 (088.8) Дата опубликования описания 30.01,81 (72) Авторы изобретения

Н. С. Рустамов, И.A. Набиев, P.A. Кулиев

ЪМюв =---.!

ВЗЕАЯ

Азербайджанский институт нефти и хими (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ВЛИКНОСТИ ПОЧВЫ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к бипараметрическим датчикам, предназ начен ным для измерения влажности почвы. 5

Известен датчик влажности, реагирующий на влагу, сконцентрированную на листе электроизоляционного материала, например, стекла. Датчик содержит пару вилкообразных, входящих друг в друга электродов, напечатанных на стекле. Электроды выполнены из вязкой проводящей смеси стекловатого шлака и золота, палладия, платины или окиси металла, например, рутения. Датчик сохраняет постоянным свое сопротивление в течении долгого срока работы и м< жет быть использован в устройстве, которое препятствует запотеванию стекол, или в вентиляторе (1) .

Однако устройство сложно в изготовлении.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому является датчик влаж- 25 ности почвы сорбционного типа, содержащий чувствительный элемент в виде многовитковой спирали, подключенной к автогенератору и формирователь выходного сигнала t2j . 30

Недостатками данного датчика яв;ляется сложность схемы и конструкции.

Кроме того, существование ряда факторов (неравномерное распределение влаги в контролируемой. среде, наличие поверхностной влаги на чувствительном элементе и др,) сильно затрудняют или даже делают невозможным применение этих влагомеров для измерения среднего значения влажности почвы.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и точности измерения.

Для этого чувствительный элемент выполнен в виде печатной многовитковой спирали, гальванически изолированной от контролируемой среды тонким слоем диэлектрика с диэлектрической проницаемостью близкой нли равной к диэлектрической проницаемости почвы -с низким содержанием влаги и обладающим большим tgd .

На чертеже приведена схема датчика влажности почвы.

Устройство содержит бипараметрический чувствительный элемент (ЧЭ) в виде ассиметричной относительного горизонтальной оси плоской многовнтковой однослойной спирали (например, с грушевидной конфигурацией) 1,изо800852 нека ассиметричной (например, грушевидной).

ЧЭ включен в колебательный контур автогенератора 3, построенного на операционном усилителе интегрального исполнения. При этом в цепь отрицательной обратной связи усилителя,с целью функционального изменения его коэффициента усиления, включен резистивный оптрон, управляемый генератором 4 пилообразного напряжения.

Параметры элементов схемы автогенератора 3 выбраны такими, что при начальном положении (максимальном выходном напряжении) генератора 4 пилообразного напряжения и даже при максимальной добротности ЧЭ, условия его .самовозбуждения не обеспечиваются.- На выходе формирователя, состоящего из детектора-усилителя и триггера с одним устойчивым состоянием, сигнал отсутствует, С уменьшением выходнОГО напряжения генератора 4 величина отрицательной обратной связи операционного усилителя автогенератора 3 уменьшается, т.е. коэффициент усиления операционного усилителя увеличивается и условия самовозбуждения автогенератора обеспечиваются при соответствующих (меньших) величинах добротности ЧЭ.

Таким образом, с уменьшением влажности почвы, т.е. с увеличением добротнОсти ЧЭ, самовозбуждение автогенератора 3 происходит при больших величинах выходного напряжения генератора 4. С увеличением же влажности почвы его самовозбуждение происходит при малых значениях выходного напряжения генератора 4. Время нахождения автогенератора 3 в режиме отсутствия колебаний в течение. каждого периода генератора пилообразного напряжения 4 (длительность выходного импульса формирователя 6) получается пропорциональной средней величине влажности почвы.

Добротность ЧЭ получается обратно пропорциональной величине влажности ц) почвы. Влажность почвы распределена неравномерно (с увеличением глубины влажность растет) . Причем зта закономерность сохраняется для всего

ПРОдуктивнОГО слОЯ пОчвы (дО 1 м) у и определяется структурным составом и другими свойствами почвы. Для отдельных массивов закономерность рас« пределения влажности стабильна.

С другой стороны зависимость добротности ЧЭ от влажности почвы имеет 40 также нелинейный характер. Для обеспечения однозначной зависимости добротности ЧЭ от среднего значения влажности в пределах контролируемой глубины конфигурация витков ЧЭ выпол- 65

Формула изобретения лированной от контролируемой среды тонким слоем диэлектрика (основанием)

2 (например, фторопласта или стеклолакоткани толщиной 0,1 мм), автогенератор 3, генератор пилообразного напряжения 4, усилитель 5 и формирователь б выходных импульсов.

Принцип работы ЧЭ основан на использовании суммарного эффекта от реакции наводимых в контролируемой среде токов смещения и вихревых тоkoa. Это обусловлено тем, что изме- нение влажности почвы приводит к изменению как ее электропроводности,так и диэлектрической проницаемости.При этом емкость между витками ЧЭ и границей раздела основание ЧЭ— почва, определяются разностью диэлектрических проницаемостей почвы и основания:ЧЭ.

В связи с тем, что диэлектрическая проницаемость подложки ЧЭ выб- 20 рана близкой или равной к диэлектрической проницаемости почвы с ма лым содержанием влаги, величина этой емкости при малой величине влажности контролируемой почвы, получается минимальной и межвитковая емкость определяется собственной емкостью ЧЭ. Кроме того, так как удельная электропроводность сухой почвы минимальна, то потери на вихревые токи тоже незначительны. Вследствие указанных причин добротность

ЧЭ в этом максимальна. При увеличении влажности почвы увеличивается его диэлектрическая проницаемость и удельная электропроводность, что приводит к увеличению межвитковой емкости ЧЭ и активных потерь. В результате добротность ЧЭ уменьшается. При этом с увеличением тангенса угла потерь (tg д ) подложки измене- 40 ние добротности ЧЭ от воздействия токов смещения наводимых в контролируемой среде, увеличивается. Поэтому для увеличения чувствительности датчика выбор материала подложки ЧЭ осуществлен с учетом этого фактора, т.е. с большим tg(g.

Включение в цепь отрицательной обратной связи Оу автогенератора 3 оптрона (управляемого сопротивления) позволяет линеаризировать зависимость между длительностью выходных импульсов и влажностью почвы.

Датчик влажности почвы, содержащий чувствительный элемент в виде многовитковой спирали, подключенной к автогенератару и формирователь выходного сигнала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения, многовитковая спираль выполнена ассиметричной относительно горизонтальной Оси и тонким слоем

800852

Составитель A.Ïëàòoâà

Редактор Е.Лушникова Техред Ж.Кастелевич Корректор Н. Григорук

Заказ 10409/58 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 диэлектрика с диэлектрическими свойствами, равными диэлектрическим свойством контролируемой среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании 91380б67 кл. G 1 5 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 449290, кл. С 01 М 27/22, 1972 (прототип).