УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2004 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик почв в полевых условиях.

Известно устройство для определения теплофизических характеристик почв в полевых условиях, содержащее датчик температуры, нагреватель постоянной мощности и аккумулятор [1].

Недостатком указанного устройства является недостаточно высокая точность как следствие субъективного контроля экспериментальных данных при измерении, приводящего к увеличению ошибки определения теплофизических характеристик.

Известно также устройство для определения теплофизических характеристик почв в полевых условиях, содержащее датчик температуры, нагреватель постоянной мощности и аккумулятор [2].

Недостатком указанного устройства является также недостаточно высокая точность как следствие субъективного контроля экспериментальных данных при измерении, приводящего к увеличению ошибки определения теплофизических характеристик.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений и уменьшение энергопотребления.

Настоящая задача достигается тем, что устройство для определения теплофизических характеристик почв в полевых условиях, содержащее датчик температуры, нагреватель постоянной мощности и аккумулятор, дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, источник стабильного тока, цифровой блок управления и индикатор, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом мультиплексора, к первому входу которого подключен датчик температуры и источник стабильного тока, вход цифрового блока управления соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с адресными входами и вторым и третьим входами мультиплексора, нагревателем и индикатором. Цифровой блок управления содержит микроконтроллер, транзисторный ключ, измерительный резистор и делитель напряжения, при этом один из выходов микроконтроллера соединен с транзисторным ключом, к которому последовательно подключены нагреватель и измерительный резистор, соединенный выводами со вторым входом мультиплексора, а делитель напряжения подключен параллельно нагревателю и соединен с третьим входом мультиплексора. При этом аккумулятор соединен с измерительным резистором и транзисторным ключом.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства.

На фиг.2 - изображена схема цифрового блока управления.

Устройство состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, вход которого соединен с выходом мультиплексора 2, к первому входу которого подключен датчик температуры 3 и источник стабильного тока 4, вход цифрового блока управления 5 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1, а выходы соединены со вторым и третьим входами мультиплексора 2, нагревателем 6, намотанного на стержне-зонде 7, и индикатором 8.

Цифровой блок управления 5 имеет микроконтроллер 9, один из выходов которого соединен с транзисторным ключом 10. К транзистору последовательно подключены нагреватель 6 и измерительный резистор 11, выводы I и II которого соединены со вторым входом мультиплексора 2. Параллельно нагревателю подключен делитель напряжения, состоящий из резисторов 12, 13, выводы III и IV которых соединены с третьим входом мультиплексора, а аккумулятор 14 соединен с измерительным резистором и транзисторным ключом.

Устройство для определения теплофизических характеристик почв работает следующим образом.

Константановый нагреватель 6 намотан на внешней поверхности металлического стержня-зонда 7, в центральной части которого размещен датчик 3 температуры. Зонд 7 вводится в исследуемую почву. Сигнал с датчика 3 температуры, запитываемого от источника 4 стабильного тока, поступает на первый вход мультиплексора 2, откуда в соответствующие моменты времени τ_i, формируемые цифровым блоком управления 5, передается на вход аналого-цифрового преобразователя 1. Полученный двоичный код передается в цифровой блок управления 5, сигнал, с выхода которого включает нагреватель 6 после того, как температура зонда примет температуру почвы.

После включения нагревателя кроме сигнала с датчика температуры на соответствующие информационные входы мультиплексора начинают поступать сигналы с цифрового блока управления для определения мощности нагревателя. Используя код, полученный аналого-цифровым преобразователем, в цифровом блоке управления вычисляется температура почвы Т и мощность нагревателя W, а по полученным значениям T_i, τ_i и W теплопроводность (λ), температуропроводность (а) и объемная теплоемкость (с) по соответствующим формулам [1] и выводит на индикатор 8.

Заявляемое устройство реализовано следующим образом.

В качестве датчика температуры использован точечный полупроводниковый диод, размещенный в центральной части зонда.

В качестве преобразователя напряжения в код использован 16-разрядный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь со встроенным программно-управляемым усилителем.

Цифровой блок управления содержит (см.фиг.2) микроконтроллер 9, один из выходов которого соединен с транзисторным ключом 10. К транзистору последовательно подключены нагреватель 6 и измерительный резистор 11, имеющий малое сопротивление R_и, с выводов которого на второй вход мультиплексора подается напряжение U_и, пропорциональное силе тока протекающего через нагреватель. Параллельно нагревателю подключен делитель, состоящий из резисторов 12, 13, имеющих большое сопротивление. Напряжение U_н, снимаемое с резистора 13, подается на третий вход мультиплексора. Мощность нагревателя W вычисляется в цифровом блоке управления по формуле:

где k - коэффициент делителя, равный отношению сопротивлений резисторов 12 и 13.

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик почв в полевых условиях. Устройство содержит датчик температуры, нагреватель постоянной мощности, аккумулятор, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, источник стабильного тока, цифровой блок управления и индикатор. При этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом мультиплексора. К первому входу мультиплексора подключен датчик температуры и источник стабильного тока. Вход цифрового блока управления соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя. Выходы цифрового блока управления соединены со вторым и третьим входами мультиплексора, нагревателем и индикатором. Изобретение позволяет повысить точность измерений и уменьшить энергопотребление. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для определения теплофизических характеристик почв в полевых условиях, содержащее датчик температуры, нагреватель постоянной мощности, аккумулятор, отличающееся тем, что предлагаемое устройство дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, источник стабильного тока, цифровой блок управления и индикатор, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом мультиплексора, к первому входу которого подключен датчик температуры и источник стабильного тока, вход цифрового блока управления соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены со вторым и третьим входами мультиплексора, нагревателем и индикатором.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровой блок управления содержит микроконтроллер, транзисторный ключ, измерительный резистор и делитель напряжения, при этом один из выходов микроконтроллера соединен с транзисторным ключом, к которому последовательно подключены нагреватель и измерительный резистор, соединенный выводами со вторым входом мультиплексора, а делитель напряжения подключен параллельно нагревателю и соединен с третьим входом мультиплексора.