Устройство для измерения влажности почвы

 

ОПИСАНИЕ 4 7

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 14 ° 10.81 (21) 3347063/18-.25 И) И.ка.

G .01 К 27/22 с присоединением заявки ¹Государственны Я «оиитет

СССР ио делан изобретениЯ и от«рытиЯ

{23) Приоритет (33) УДК 551 ° 508.

«7{088.8) Опубликовано 1501ВЗ. Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания 1501ВЗ (72) Автор изобретения

В.Г.Хлыстун

Специальное опытное проектно-конструкторс технологическое бюро Сибирского отделения

Всесоюзной ордена Ленина академии ь..

-- - -"

1 4 (71) Заявитель (54) УСТРОЯСТВО - ДЯИ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ПОЧВЫ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к диэлькожетрии сыпучих материалов.

Известно устройство для измерения влажности почвы, содержащее емкостный датчик и измерительное устройство <1l.

Однако показания данного устройства зависят от плотности почвы;

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения влажности почвы, содержащее емкост-; ный датчик, выполненный в виде набора пустотелых штанг с расположенными в нижней части последней штанги измерительным и компенсационным конденсаторами, коаксиальным кабелем, расположеннйм внутри штанг и соединяющим датчик с измерительным устройством 2 l

Известное устройство не позволяет одновременно измерять плотность почвы, хотя и содержит компенсационный койденсатор, емкость которого пропор,циональна плотности, Кроме того, в известном устройстве не предусмотре.на.регистрация температуры почвы для введения температурной поправки, а соединение датчика с измерительным устройством через коаксиальный кабель (в связи с тем, что измерение производится на высокой частоте), который располагается внутри пустотелых штанг с использованием разъемных высокочастотных соединений, не позво-. ляет использовать дополнительное количество кабелей беэ существенного усложнения конструкции.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей без существенного усложнения конструкции, а именно дополнительной регистрации температуры и. плотности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения влажности почвы, .содержащее емкостнйй датчик, выполненный в виде набора пустотелых штанг с расположенными в нижней части последней штанги измерительным и компенсационным кон.20 денсаторами, коаксиальным кабелем, расположенным внутри штанг и соединяющим датчик с измерительным устройством, в емкостный датчик введены четыре диода,два дросселя, причем

25 все диоды включены последовательно, к катоду первого и аноду четвертого диодов подсоединены один из выводов дросселей, анод первого и катод второго диодов соединены с одним нз

30.электродов компенсационного конденса989437 тора, анод второго и катод третьего диодов соединены с центральной жилой коаксиального кабеля, анод третьего ,и катод четвертого диодов соединены с одним из электродов измерительного конденсатора, вторые электроды измерительного и компенсационного конденсаторов и выводы дросселей соединены с экраном коаксиального кабеля.

Входная цепь измерительного устройства, содержащего схему управления, схему регистрации емкости, схему регистрации напряжения, выполнена в виде дросселя, разделительного конденсатора,управляемого стабилйзатора тока, причем управляющий вход стабилизатора тока соединен со схемой управления, выход управляемого стабилиза". тора тока соединен с одним из выводов дросселя и схемой регистрации напряжения, другой вывод дросселя соединен с одним из выводов разделительного конденсатора и центральной жилой коаксиального кабеля, второй вывод конденсатора соединен co c>.çìîé регистрации емкости.

Введение в известный емкостный датчик для измерения влажности почвы четырех диодов (р - i - n-диодов), двух дросселей и выполнение входной цепи измерительного устройства,содер-ЗО жащего схему управления, схему регистрации емкости, схему регистрации напряжения, в виде дросселя, разде.лительного конденсатора, управляемого стабилизатора тока с соответствующи- 3$ ми .связями позволяет расширить функциональные возможности,аименно дополнительно регистрировать температуру путем регистрации падения напряжения на диодах в прямом включении и 4О ! плотность путем измерения емкости компенсационного конденсатора °

Применение р - i - и-диодов обусловлено тем, что эти диоды выполняют функцию электронного коммутатора и обладают лучшими частотными характеристиками в режиме переключения ВЧ сигналов вотличие отдиодов с р — п -переходами.

На фиг. 1 приведено конструктивное выполнение устройства для измерения влажности почвы; на фиг. 2 — электрическая схема устройства.

Устройство содержит набор пустотелых штанг 1 и 2, с расположенными в нижней части последней штанги 2 дат- 55 чиком, состоящим из измерительного конденсатора, выполненного в виде шнеков 3, компенсационного конденсатора, выполненного в виде двух электродов 4.и 5,упругого элемента,выпол 60 ненного в виде пружины б конуоного наконечника 7, дросселя 8, р-i-n-диодов 9, коаксиального кабеля 10 и кабеля 11, расположенного внутри пусто- . телых штанг 1 и 2, коаксиальных 65 разъемов 12 и измерительного устрой ства 13 °

Электрическая схема устройства (фиг. 2) состоит из датчика 14,содержащего четыре последовательйо соединенных р - i - n-диода VD1-VD4, два дросселя L1, L2, измерительный конденсатор С,, компенсационный конденсатор Ср, коаксиальный кабель 10, коаксиальные разъемы 12, измерительного устройства 13, содержащего вход-. ную цепь 15, выполненную в виде управляемого стабилизатора тока 1б, дросселя ЬЗ, разделительного конденсатора С1, а также схему управления

17, схему регистрации напряжения 18, схему регистрации емкости 19.

Коаксиальный кабель 10, расположенный внутри штанг, образован из центральной жилы, зафиксированной посредством шайб и внутренней стенкой штанг, выполняющих функцию экрана коаксиального кабеля.

Конусный наконечник 7 (фиг. 1) через стержень 2 соединен с электродом 4 компенсационного конденсатора.

Между конусным наконечником 7 и элект ° .родом 4 расположен упругий элемент (пружина) б. На внешней стороне штанги 1 расположены р - i - n-диоды 9, выполняющие одновременно функцию датчика температуры.

Устройство работает следующим образом.

При введении датчика в почву путем вращения штанг 1 и 2 конусный наконечник 7 под действием реакции давления почвы перемещается вдоль штанги. 2 и перемещает электрод 4 относительно электрода 5, изменяя емкость компенсационного конденсатора, образованного электродами 4 и 5.

При перемещении конусного наконечника сжимается пружина б. Сила реакции пружины б на конусный наконечник

7, а следовательно, и емкость компенсационного конденсатора 4 и 5 пропорциональна плотности. Емкость измерительного конденсатора, образованного шнековыми электродами 3, пропорциональна влажности почвы, находящ8йся между шнековыми .электродами ° Температура р — i - n-диодов 9, а следовательно, и падение прямого напряжения на р - i - -n-диодах 9 пропорциональна температуре почвы. Значения температуры, влажности и плотности регистрируются устройством 13, подключенным через коаксиальный кабель 10.

При подаче сигнала "Лог. 1" на управляющий вход управляемого стаби-. лизатора тока 1б (фиг. 2) последний формирует ток положительной полярности, стабилизированный по величине.

При этом диоды VD1 и 702 оказываются в прямом смещении (внутреннее сопротивление р - i — n-диоцов является

989437 минимальным) и компенсационный конденсатор С р подключается к схеме регистрации емкости 19 через разделительный конденсатор С1.

Разделительный конденсатор С1 предназначен для устранения влияния прямого падения напряжения на диодах при протекании через них постоянного тока. Компенсационный конденсатор С и разделительный конденсатор С1 включены последовательно. Учитывая, что

С1 >77 С р н диоды VD3 и VD4 включены в обратном смещении (сопротивление диодов велико и измерительный.конденсатор Сщ отключен), схема регистрации емкости 19 регйстрирует величину 15 емкости С Р, т. е. значение плотности.

При подаче на управляющий вход управляемого стабилизатора тока 16 сигнала "Лог. 0", последний формирует ток отрицательной полярности,стаби- 20 лизированный по величине. При этом диоды VD1 и VD2 оказываются включенными в обратном смещении, а диоды

YD3 и VD4 в прямом и к схеме регистрации емкости 19 через разделитель- 25 ный конденсатор С1 подключается измерительный конденсатор C . Учитывая, что С. )Л С д, схема регистрации емкости регистрирует величину емкости С®, т.е, значение влажности. 30

Дроссель L3 предназначен для фильтрации высокочастотного напряжения, появляющегося на конденсаторе С1 при работе схемы регистрации емкости.

Прямое падение напряжения на диодах при стабилизированной величине протекающего тока, пропорциональное температуре диодов (т.е ° почвы), поступает на вход схемы регистрации напряжения 18.

Таким образом

Формула изобретения

1. Устройство для измерения влажности почвы, содержащее емкостный датчик, выполненный в виде набора пустотелых штанг с расположенными в нижней части последней штанги измерительным и компенсационным конденсаторами, коаксиальиым кабелем, рас-. положенным внутри штаиг и соедйняющим датчик с измерительным устройством, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональ ных возможностей, в емкостный датчик введены четыре дйода, два дросселя, причем все диоды включены последовательно, к катоду первого и аноду четвертого диодов подсоединены один иэ выводов дросселей, анод первого и катод второго диодов соединены с одним иэ электродов, компенсационного конденсатора, анод второго и катод третьего диодов соединены с центральной жилой коаксиального кабеля, анод третьего и катод четвертого диодов соединены с одним из электродов измерительного конденсатора, вторые электроды измерительного и компенсационного конденсаторов и выводы дросселей соединены с экранам коаксиального кабеля.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что входная цепь измерительного устройства, содержащего схему управления, схему регистрации емкости, .схему регистрации напряжения, выполнена в виде дросселя, разделительного конденсатора, управляемого стабилизатора тока, причем управляющий вход стабилизатора тока соединен со схемой управления, выход управляемого стабилизатора тока соединен с одним иэ выводов дросселя и схемой регистрации напряжения, другой вывод дросселя соединен с одним из

:выводов разделительного конденсатора и центральной жилой коаксиального кабеля, второй вывод конденсатора соединен со схемой регистрации емкости °

С = f(P) при1) 0

С = f(W) при 1 (0

U = f(tC) где С - емкость, регистрируемая схемой регистрации емкости;

P - плотность почвы;

W - влажность почвы; 50

U — - напряжение, регистрируемое ахеей регистрации напряжения;

t o,C — - температура почвы. ,применение предлагаемого устройст- 55 ва позволяет испольэовать получаемые данные о температуре и плотности почвы как для введения поправки при более точном определении влажности почвы, достичь более высокой скорости измерения, уменьшить энергопотребление, уменьшить трудоемкость измерения, так и использовать значение темпера= туры и плотности почвы как самостоятельные параметры, необходимые при проведении различных агротехнических работ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 518707 кл. G 01 N 27/22, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3235935/18-25, кл. Г 01 N 27/22, 14.01.81 (прототип)..

989437

Составитель А. Платова

Н ь Корректор Л. Вокшан

Редактор Т. Веселова Техред М. адь

Заказ 11115/62 Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

4 5

113035, Москва, й«35, Рау аская наб., д. /

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4