СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ СЧИСЛЕНКА Российский патент 1995 года по МПК G01N5/02 G01N27/26 

Изобретение касается измерения влажности электрическими методами и может быть использовано для определения влажности почвы в естественных условиях.

Известны электрические способы определения влажности почвы, при которых используются электрические параметры (диэлектрическая проницаемость, сопротивление и т. п. ), определенные при пропускании электрического тока через электроды, установленные в почве [1-4]
Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения влажности почвы, реализуемый посредством влагомера [4] включающего в себя электроды, соприкасающиеся с образцом испытуемой почвы и включенные в цепь источника постоянного тока и измерительного прибора.

Недостатком известных способов является применение электрического параметра тока, значение которого может изменяться от нуля до бесконечности и на значение которого существенно влияют такие факторы, как содержание в почве растворов солей, температура и неоднородность почвы, электрическое сопротивление, расстояние между электродами и др. При таких способах определения влажности используются различные уравнения и графические зависимости, методика определения влажности громоздка и сложна, существует сложность в изготовлении устройства. При использовании известных способов не достигается необходимая точность по определению влажности, поэтому такие способы применения не нашли.

Технический результат изобретения состоит в упрощении приемов при определении влажности почвы с достаточно высокой точностью и упрощении изготовления устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что в качестве измеряемого параметра используется напряжение, измеряемое вольтметром с пределами измерений, соответствующими напряжению применяемой электрической батареи, включенным последовательно с источником постоянного тока и переносными электродами, заглубленными на заданную глубину.

Фиг.1-6 поясняют предлагаемый способ.

На фиг. 1 показаны переносные электроды 1 и 2, источник 3 постоянного тока, вольтметр 4 и выключатель 5.

Напряжение определяется как среднее из трех значений (фиг.2), причем расстояние между электродами не регламентируется и может быть, например, 20-50 см. При применении трех электродов выключатель 5 может быть двухконтактным с целью упрощения измерения напряжения. При использовании способа, например, в парниках электроды могут быть заменены постоянным устройством, состоящим из одного стержня (фиг.3) с контактными кольцами (пластинками), которое может быть автоматически связано с исполнительными органами, осуществляющими поливку почвы.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

На определенном участке поля, где определяется влажность почвы, проводятся измерения напряжения батареи постоянного источника тока через переносные электроды на нужных глубинах. Параллельно на этом же участке поля определяется влажность по глубинам термостатно-весовым способом. Строятся графики зависимости величины напряжения от влажности почвы. Исходными данными для построения графика является отметка 100% влажности и максимальное значение напряжения применяемой батареи (например, 4,5 В), на пересечении которых ставится базовая точка. Другой базовой точкой является начало осей графика, т. е. точка 0. После определения влажности термостатно-весовым способом и значения напряжения на заданной глубине в поле графика наносится точка на пересечении значений влажности и напряжения, через которую проводится плавная кривая к базовым точкам. В дальнейшем бурение почвы исключается, влажность определяется с помощью графиков по значениям напряжения.

На фиг. 4 показано построение градуировочных зависимостей. Например, на глубине 10 см влажность составила 9% при показании вольтметра 2,0 В; на глубине 30 см соответственно 13% и 2,5 В; на глубине 50 см соответственно 12% и 2,7 В; на глубине 70 см соответственно 15% и 3,3 В; на глубине 100 см соответственно 10% и 2,7 В. Проведенные кривые зависимостей обозначат: кривая 7 соответствует глубинам 10 и 30 см, кривая 8 глубине 50 см, кривая 6 глубинам 70 и 100 см.

Для упрощения построения графиков можно применять базовую точку на пересечении 55% и 4,4 В (или 8,8 В при использовании электрической батареи с максимальным напряжением 9,0 В), что обеспечивает практически ту же точность определения влажности почвы (фиг.5).

Эксперименты на различных почвах показали, что на большей глубине кривые графика имеют более изогнутый вид почва более насыщена солями и наоборот (фиг. 6), причем при определении влажности почвы на песчаных почвах кривые графиков имеют меньшую "разбежку" (меньшее расстояние между кривыми) в отличие от глинистых почв. Внесение удобрений и тому подобного не влияет на кривые графиков на больших глубинах (40-100 см), следовательно, однажды построенным графиком на определенном участке поля можно пользоваться бесконечно долго. После внесения удобрений можно откорректировать графики (обычно на глубинах 5-20 см). Даже без такой корректировки расхождения с термостатно-весовым обычно не превышают 5% Экспериментально установлено, что при таком способе определения влажности влияние температуры почвы незначительное: с повышением (понижением) температуры на 1^оС значение напряжения увеличивается (уменьшается) в 1,007 раза до значений влажности почвы 15-20% при большей влажности указанный коэффициент уменьшается. Такое влияние температуры не вызывает большой погрешности, поэтому необязательно построение дополнительных графиков, соответствующих разным температурам почвы.

Контроль предлагаемого способа определения влажности почвы заключается в проверке напряжения применяемой электрической батареи постоянного тока перед осуществлением измерений путем замыкания зажимов проводов, идущих к электродам. Напряжение должно соответствовать максимальному значению выбранной батареи (4,5 и 9,0 В). Потеря мощности электрической батареи (произведения величины напряжения на величину силы тока) не влияет на качество определения влажности почвы, так как при предлагаемом способе играет роль напряжение. Именно это позволило осуществить построение универсальных графиков единственной зависимости напряжения от влажности почвы, так как электрическая батарея имеет определенное максимальное значение напряжения в отличие от электрического тока. Срок службы электрической батареи практически такой же, какой у неиспользуемой, теряющей мощность со временем. С целью учета естественного падения напряжения батареи можно использовать реостат, включенный последовательно в схеме, и устанавливать контрольное напряжение, несколько меньшее максимального значения напряжения применяемой электрической батареи постоянного тока.

Экспериментальные исследования способа определения влажности почвы показали значительные преимущества по сравнению с известными способами аналогичного назначения. Способ прост, для его осуществления не требуется сложное оборудование. Предлагаемое техническое решение универсально для всех видов почв, обладает большей точностью определения влажности почвы (единичные максимальные расхождения с термостатно-весовым способом обычно не превышают 3-5% ). Использование изобретения позволит устранить дальнейшие расходы на разработку и совершенствование подобных и других устройств для определения влажности почвы.

Способ испытан с участием представителей Могилевского центра по гидрометеорологии и радиационному контролю.

Использование: для определения влажности почвы по глубинам. Сущность изобретения: изменяют параметры цепи постоянного тока, в которую включены погруженные на заданную глубину электроды, определяют влажность почвы термостатно-весовым способом в диапазоне измерения влажности для построения градуировочной зависимости измеряемого параметра от влажности почвы, которая используется в дальнейшем при определении влажности почвы. В качестве измеряемого параметра используют напряжение, измеряемое посредством вольтметра, включенного последовательно в цепь постоянного тока с электродами, заглубленными на заданную глубину. 6 ил.

Способ определения влажности почвы, включающий измерение параметра цепи постоянного тока, в которую включены электроды, соприкасающиеся с почвой, измерение влажности образцов почвы термостатно-весовым способом в диапазоне изменения влажности, построение градуировочной зависимости измеряемого параметра от влажности почвы и определение влажности исследуемой почвы путем сопоставления значения измеряемого параметра с его значением на градуировочной зависимости, отличающийся тем, что электроды заглубляют в почву на заданную глубину и включают их в цепь постоянного тока последовательно с вольтметром, показания которого используют в качестве измеряемого параметра.