УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА Российский патент 1995 года по МПК A01G31/02 A01G27/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к приготовлению растворов минеральных удобрений для подкормки растений.

Известно устройство для автоматического дозирования питательных веществ, содержащее три резервуара с концентрированными растворами удобрений, первый из которых является щелочным и содержит одну часть питательных веществ, второй - кислотный и содержит вторую часть питательных веществ, а третий содержит остальные питательные вещества, соединенные через дозаторы и трубопроводы со смесительной емкостью, где установлены первичные преобразователи рН-метра и кондуктометра, каждый из которых связан через гавальнометрический регулятор с соответствующими дозаторами баков с концентрированными растворами удобрений (Патент США N 3578431, кл. А 01 G 31/00).

Недостатком известного устройства является то, что оно не содержит элементов и связей, учитывающих соотношение между основными элементами минерального питания растений, что приводит к недобору урожая и снижению качества продукции.

Известно устройство для автоматического приготовления питательного раствора, содержащее резервуары для кислоты и концентрированных растворов минеральных удобрений, соединенные через дозаторы и трубопроводы со смесительной емкостью, в которой установлены первичные преобразователи рН-метра и кондуктометра, причем рН-метр связан через регулятор с дозатором кислоты (Лузик А.И., Шейнкин Ю.Г., Пилюгина В.В., Житнухин Н.И. Автоматизация гидропонной установки. - Техника в сельском хозяйстве, 1986, N 4, с. 35-37).

Это устройство является наиболее близким к предложенному по технической сущности и поэтому принято в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является то, что питательный раствор поддерживается с его помощью постоянным по концентрации и составу вне зависимости от освещенности растений, тогда как потребление элементов значительно изменяется в зависимости от освещенности растений. Это приводит к снижению урожайности и ухудшению качества сельскохозяйственной продукции из-за накопления в ней нитратов.

Задача изобретения - повышение урожайности культур и качества растительной продукции путем автоматического регулирования общей концентрации и соотношения между калием и азотом в питательном растворе в зависимости от освещенности растений.

Поставленная задача решается тем, что устройство для автоматического приготовления питательного раствора, содержащее резервуары для кислоты и концентрированных растворов минеральных удобрений, соединенные через дозаторы кислоты и растворов минеральных удобрений и соответственно трубопроводы со смесительной емкостью, в которой установлены первичные преобразователи концентратомера и рН-метра, причем выход последнего через регулятор кислотности блока управления связан с управляющим входом исполнительного механизма дозатора кислоты, отличается тем, что оно снабжено резервуаром для раствора сернокислого калия, дозатором раствора сернокислого калия, датчиком освещенности растений, рН-метром и рNO₃-метром, первичные преобразователи которых установлены в смесительной емкости, которая посредством дозатора раствора сернокислого калия и трубопровода сообщена с резервуаром для раствора сернокислого калия, а блок управления снабжен двумя дифференциальными усилителями, преобразователем с антилогарифмической характеристикой и сумматором, входы которого соединены с выходами рK-метра и рNO₃-метра, а выход через преобразователь связан с первым входом первого дифференциального усилителя, причем второй вход последнего объединен с первым входом второго дифференциального усилителя и подключен к выходу датчика освещенности растений, при этом выход первого дифференциального усилителя соединен с управляющим входом исполнительного механизма дозатора сернокислого калия, а выход второго дифференциального усилителя подключен к управляющим входам исполнительных механизмов дозаторов концентрированных растворов минеральных удобрений.

Благодаря такому выполнению устройства при изменении освещенности растений автоматически изменяется соотношение между концентрацией калия и нитратного азота, а также изменяется общая концентрация питательного раствора, что благоприятно сказывается на жизнедеятельности растений, а также предотвращает накопление в них нитратов.

Аналогов отличительных признаков заявляемого устройства не выявлено.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Устройство для осуществления способа содержит резервуар 1 для ортофосфорной кислоты, связанный через дозатор 2 и трубопровод со смесительной емкостью 3, резервуары 4 и 5 для растворов А и Б минеральных удобрений. Раствор А содержит аммоний азотнокислый, кальций азотнокислый четырехводный, калий азотнокислый, хелат железа, раствор Б - калий фосфорнокислый однозамещенный, магний сернокислый, марганец сернокислый, цинк сернокислый, борную кислоту, медь сернокислую. Эти резервуары связаны через дозаторы 6 и 7 и трубопроводы со смесительной емкостью 3. Устройство включает и резервуар 8 для сернокислого калия, также связанный через дозатор 9 и трубопровод со смесительной емкостью 3. В смесительной емкости имеется подвод водопроводной воды. В смесительной емкости 3 установлены первичные преобразователи рН-метра 10, концентратомера 11, рK-метра 12 и рNO₃-метра 13. рН-метр 10 соединен через регулятор 14 кислотности с управляющим входом исполнительного механизма дозатора 2 кислоты. Концентратомер 11 связан с одним из входов дифференциального усилителя 15, второй вход которого связан с датчиком 16 освещенности растений, а выход соединен с управляющим входом исполнительных механизмов дозаторов 6, 7 растворов удобрений. Выходы рК-метра 12 и рNO₃-метра 13 связаны через сумматор 17 и преобразователь 18 с антилогарифмической характеристикой с одним из входов дифференциального усилителя 19, выход которого соединен с дозатором 9 раствора сернокислого калия, а второй вход - с датчиком 16 освещенности растений. Смесительная емкость 3 связана с системой капельного полива.

Устройство для автоматического приготовления питательного раствора работает следующим образом.

В процессе приготовления питательного раствора в смесительной емкости 3 происходит смешивание концентрированных растворов удобрений и кислоты с водой для последующей подачи питательного раствора к растениям.

Сигнал о значении общей концентрации раствора поступает с концентратомера 11 на один из входов дифференциального усилителя 15, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 16 освещенности растений, которому соответствует номинальное значение общей концентрации раствора. При рассогласовании этих сигналов на выходе дифференциального усилителя 15 формируется команда на включение до заторов 6, 7 концентрированных растворов удобрений. Подача растворов из резервуаров 4 и 5 в смесительную емкость 3 приводит к увеличению общей концентрации раствора, причем изменяется и соотношение между концентрациями калия и нитратного азота, так как нитратный азот подается в большем количестве, чем калий.

Концентрация ионов калия в смесительной емкости 3 измеряется рК-метром 12, статическая характеристика которого имеет вид
lg C_к= где E_к - ЭДС электродной пары;
Е_ок - стандартный потенциал;
S_к - крутизна электродной функции;
С_к - концентрация ионов калия.

Концентрация нитрат-ионов в смесительной емкости 3 измеряется рNO₃-метром 13, статическая характеристика которого имеет вид
-lg C= где C - концентрация нитрат-ионов.

Тогда сумма сигналов рН-метра и рNO₃-метра
+ = lg C_к - lg C= lg C_к/C
т.е. пропорциональна логарифму отношения концентраций измеряемых ионов.

Сигналы рK-метра 12 и рNO₃-метра 13 поступают в сумматор 17 и преобразователь 18 с антилогарифмической характеристикой 18, откуда сигнал об измеренном соотношении концентраций калия и нитратного азота поступает на один из входов дифференциального усилителя 19, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 16 освещенности растений, которому соответствует номинальное значение соотношения концентрации калия и нитратного азота. При рассогласовании этих сигналов на выходе дифференциального усилителя 19 формируется команда управления дозатором 9 раствора сернокислого калия. При этом увеличивается концентрация ионов калия, обеспечивая установление требуемого соотношения концентраций калия и нитратного азота в питательном растворе.

При автоматическом регулировании кислотности поступающий с рН-метра сигнал о значении величины рН в смесительной емкости 3 сравнивается в регуляторе 14 кислотности с заданным. При рассогласовании заданного значения рН с измеренным регулятор 14 дает команду на включение дозатора 2 кислоты до достижения заданного значения рН в смесительной емкости 3.

По сравнению с прототипом использование устройства для автоматического приготовления питательного раствора позволило повысить урожайность овощей на 8,3%. Содержание нитратов в овощах не превышало 200 мг/кг.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении в частности в устройствах для автоматического приготовления питательного раствора при выращивании растений методом гидропоники. Сущность изобретения: устройство предусматривает регулирование состава и концентрации раствора в зависимости от освещенности растений. Для этого устройство снабжено резервуарами для кислоты, для растворов минеральных удобрений, в которых разделены кальций с сульфат- и фосфат-ионами, для раствора сернокислого калия, связанными через соответствующие дозаторы и трубопроводы со смесительной емкостью. Последняя имеет подвод для водопроводной воды и связана с системой капельного полива растений, и в емкости установлены первичные преобразователи рН-метра, концентраторометра, рК-метра и pNO₃ -метра. Сигнал с концентраторометра поступает на один из входов дифференциального усилителя, на второй вход которого поступает сигнал от датчика освещенности растений. При отклонении концентрации от номинального значения на выходе усилителя формируется команда управления исполнительным механизмом дозаторов растворов удобрений, которые поступают в емкость. При этом сигналы с рК-метра и pNO₃ -метра через сумматор и преобразователь с антилогарифмической характеристикой поступают на один из входов дифференциального усилителя, на второй вход которого поступает сигнал от датчика освещенности растений. При отклонении соотношения концентраций калия и нитратного азота от номинального на выходе усилителя формируется команда управления исполнительным механизмом дозатора раствора сернокислого калия. Сигнал с рН-метра поступает в регулятор, где сравнивается с заданным значением рН. При отклонении последнего от измеренного регулятор дает команду на включение дозатора кислоты для достижения номинального значения рН в емкости. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА, содержащее резервуары для кислоты и концентрированных растворов минеральных удобрений, соединенные через дозаторы соответственно кислоты и растворов минеральных удобрений и трубопроводы со смесительной емкостью, в которой установлены первичные преобразователи концентратометра и pH-метра, причем выход последнего через регулятор кислотности блока управления связан с управляющим входом исполнительного механизма дозатора кислоты, отличающееся тем, что оно снабжено резервуаром для раствора сернокислого калия, дозатором раствора сернокислого калия, датчиком освещенности растений, pK-метром и pNO₃-метром, первичные преобразователи которых установлены в смесительной емкости, которая посредством дозатора раствора сернокислого калия и трубопровода сообщена с резервуаром для раствора сернокислого калия, а блок управления снабжен двумя дифференциальными усилителями, преобразователем с антилогарифмической передаточной характеристикой и сумматором, входы которого соединены с выходами pK-метра и pNO₃-метров, а выход через преобразователь с антилогарифмической передаточной характеристикой связан с первым входом первого дифференциального усилителя, причем второй вход последнего объединен с первым входом второго дифференциального усилителя и подключен к выходу датчика освещенности растений, при этом выход первого дифференциального усилителя соединен с управляющим входом исполнительного механизма дозатора сернокислого калия, а выход второго дифференциального усилителя подключен к управляющим входам исполнительных механизмов дозаторов концентрированных растворов минеральных удобрений.