ПОЧВЕННЫЙ ВЛАГОМЕР Российский патент 1994 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к устройствам для экспресс-определения влажности почв в полевых условиях при агрохимической оценке состояния почвы.

Известен прибор для определения влажности почв, содержащий корпус с размещенными в нем дисковым штампом и динамометрическим устройством .

Однако данный прибор имеет небольшой диапазон измерений и большие габариты.

Известен прибор для определения влажности почв, в котором динамометрическое устройство выполнено в виде двух кольцевых пружин, установленных коаксиально дисковому штампу и закрепленных одними концами на внутренней поверхности дискового штампа, а другими соединенных посредством подвижных секторных выступов с внутренней поверхностью корпуса с возможностью отсоединения верхних концов пружин от корпуса .

Однако данный прибор имеет недостаточную стабильность и точность показаний.

Цель изобретения - устранение указанных выше недостатков, а также упрощение обслуживания.

Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, дисковый штамп и динамометрическое устройство, выполненное в виде двух кольцевых пружин, установленных коаксиально дисковому штампу и закрепленных одними концами на внутренней поверхности дискового штампа, а другими - на внутренней поверхности корпуса, дисковый штамп выполнен с выступающим по его оси заостренным конусом длиной 25-40 мм с диаметром основания 2-4 мм, кроме того, размер цилиндрического штока больше осевого размера корпуса и с внешней стороны торцовой стенки корпуса на цилиндрическом штоке установлена рукоятка, корпус может быть выполнен с прорезью и цифровыми указателями, а на штоке может быть установлена муфта-указатель.

В технике широко известны приборы с динамометрическими устройствами с дисковыми штампами. Однако авторами было получено, что точность и стабильность измерений повышаются при выполнении на дисковом штампе заостренного конуса с диаметром основания d= 2-4 мм и длиной l= 25-40 мм. Диаметр d выбирается из условий прочности и минимального влияния на показания измерений. Длина выбирается исходя из того, чтобы компенсировать момент от неконтролируемого нажатия от руки на рукоятку прибора.

На основании выше изложенного авторы считают, что заявка на предлагаемое изобретение обладает существенными отличиями и "новизной".

На фиг. 1 представлен почвенный влагомер, общий вид; на фиг. 2 - вариант прибора; на фиг. 3 - схема установки прибора для замера влажности на почву.

Прибор содержит корпус 1, дисковый штамп 2 с цилиндрическим штоком 3 и динамометрическим устройством в виде двух кольцевых пружин 4 и 5, установленных коаксиально дисковому штампу 2 и закрепленных одними концами на внутренней поверхности дискового штампа 2, а другими закрепленных с внутренней поверхностью корпуса с направляющей поверхностью 6, которая может быть выполнена с возможностью отсоединения от цилиндрической поверхности корпуса 7, дополнительную опорную поверхность 8, которая может быть установлена на стержнях 9 или на дополнительной цилиндрической поверхности 10 (фиг. 2). На штоке выполнена шкала 11, установлена рукоятка 12 и муфта-указатель 19. На дополнительной цилиндрической поверхности 10 могут быть выполнены прорези 13 и 14 с установленными в них цифровыми указателями 15 и местом под шкалы 16, на муфте указателя могут быть установлены манжеты 17. На дисковом штампе 2 выполнен центрирующий конус 18.

Работа прибора происходит следующим образом. Дисковый штамп 2 приводится в соприкосновение с почвой на выбранном участке поля. Центрирующий конус 18 полностью погружается в почву. Дисковый штамп слегка притирается к почве поворотом диска влево-вправо.

На корпусе 7 создается (от руки) усилие прижатия на дисковый штамп. Сила прижатия рабочего диска прибора автоматически устанавливается предельным сжатием пружины 5 (до упора корпуса 7 в дисковый штамп 2).

После выдержки (в течение ≈ 30 с) давление от руки снимается и с помощью рукоятки 12 производится плавное перемещение корпуса до отрыва рабочего диска от почвы. В момент отрыва дискового штампа 2 показание влажности фиксируется муфтой-указателем 19, на шкале 11. Измерения повторяют 3-5 раз и принимают среднее значение. После каждого замера поверхность диска-штампа очищается от почвы, а муфта-указатель возвращается в исходное положение (до соприкосновения с торцовой поверхностью корпуса).

При использовании цифровых указателей 15 (в пазах 13, 14) они фиксируют показания прибора при данном замере. Муфта-указатель 19 перемещает цифровые указатели 15 (взаимодействия с ними) по соответствующему пазу 13, 14. Установка на муфту-указатель 19 магнита позволяет осуществить взаимодействие с цифровыми указателями, без контакта, что позволяет использовать несколько указателей в одном пазу.

Возможна установка на прибор нескольких шкал 16.

Величина любой площади конуса S = (где S - площадь; d - диаметр у основания заостренного конуса; l - длина конуса) определяется из равенства момента от силы сопротивления R вдавливанию площади S в почву и момента от неконтролируемого нажатия руки Р, т. е. PH= Rl/3 , где R - сила приложения в центре тяжести площади S (конуса); Р - неконтролируемое усилие на рукоятку; Н - расстояние от контакта дискового штампа с землей до неконтролируемого усилия Р.

Величина R= KS= K·ld/2 , где К - удельное сопротивление сдвигу почвы (для влажных почв К ≈ (3-4)Р_л). Принимая нижний предел измерения липкости Р_л= 0,5 г/см² (т. е. 5% от средних значений липкости суглинков) при К= 3Р_л имеем РН= Р_лl²d/2 .

Тогда dl²= 2·P/P_лс·H; Р_лс= Р_л πD²/4 = 20 ˙0,5= 10. Исходя из глубины основного измеряемого горизонта почвы 0,25 м, конструктивно Н ≈ 300 м (площадь штампа πd²/4 = 20 см²), тогда dl²= 2 ·50/5· 300= 3000 мм³, откуда длина конического заостренного выступа l = = = 25. . . 40 мм.

По сравнение с базовым объектом предлагаемое устройство позволяет повысить точность и стабильность измерений, а также упругость обслуживания прибора.

Таким образом предлагаемый прибор по сравнению с известным позволяет повысить точность измерений за счет выполнения на дисковом штампе центрирующей поверхности в виде заостренного конуса длиной 20-40 мм и диаметром у основания 2-4 мм. В момент создания нагрузки на отрывающийся дисковый штамп и поддержания прибора в вертикальном положении при отрыве диска от поверхности почвы возникают непроизвольные боковые давления от руки Р, величина которых трудно ощутима при Р ≥40. . . 50 г. Эта сила дает момент опрокидывания, в результате чего при малой силе прилипания показания отрывающей силы (и соответствующей влажности) существенно отклоняются от фактической (в сторону снижения). Отсутствие центрирующего усилия также существенно влияет на ошибку показаний прибора.

Прибор позволяет повысить стабильность измерений за счет компенсаций непроизвольной боковой силы моментом от силы сопротивления вдавливаемой площади конуса в почву; повысить удобство эксплуатации прибора за счет того, что сила прижатия устанавливается автоматически, шкалы вынесены из зоны пружин. Муфта-указатель или цифровые указатели фиксируют показания при данном замере; расширить эксплуатационные возможности за счет возможности использования нескольких шкал, что позволяет проводить измерения в различных величинах, а также одновременно измерять липкость и влажность; упростить тарировку прибора за счет установки нескольких цифровых указателей, которые фиксируют соответствующие показания.

Использование: аналитическое приборостроение. Сущность изобретения: почвенный влагомер содержит дисковый штамп с выступом и штоком с ручкой, корпус в виде перевернутого стакана. Внутри стакана размещены две кольцевые пружины. Шток снабжен подвижным опорным элементом. Между последним и дном корпуса установлена муфта-указатель положения дна корпуса при отрыве штампа от почвы. 3 ил.

ПОЧВЕННЫЙ ВЛАГОМЕР, содержащий дисковый штамп с выступом и штоком с ручкой, закрепленной на штоке с возможностью перемещения вдоль его оси корпус в виде перевернутого стакана, внутри которого размещены две кольцевые пружины, прикрепленные ко дну стакана и верхней поверхности штампа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, шток снабжен подвижным вдоль его оси опорным элементом, расположенным между ручкой штока и дном корпуса и жестко соединенным с этим дном стержнями или цилиндром с прорезями, а между опорным элементом и дном корпуса на штоке на скользящей посадке установлена муфта-указатель положения дна корпуса при отрыве дискового штампа от почвы.