Закладной датчик влажности почв и грунтов Советский патент 1986 года по МПК G01N27/22 

|ш1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, используемьм во влагомет- рии почв.

Цель изобретения - повышение точности измерения влажности.

На фиг.1 изображен датчик влажности почв и грунтов; на фиг. 2-4 - распределение силовых линий электрического поля объемного и плоского датчиков, полученных путем аналогового моделирования потенциальных полей на. сплошных электромодёлях.

Датчик влажности включает внешний электрод 1 из электропроводных стержней, крепежное соединительное кольцо 2, внутренний сетчатый электрод 3, покрытый диэлектрической пленкой, термокомпенсируниций элемент 4 (терморезистор в диэлектрической оболочке) , подключенный к сетчатому электроду, и выводы 5.

Датчик при помощи установочного lecTa заглубляется в почву (ненарушенной структуры на дне скважины) до кольца 2, в плоскости которого находится сетчатый электрод 3.Вторая половина датчика засьтается почвой, извлеченной из скважины. Таким образом, электроды датчика со всех сторон вступают в устойчивый контакт с почвой,oбpaзyя две обкладки конденсатора. Одной из обкладок служит стержневая цилиндрическая оболочка с заключенной в ней почвой, а второй - сетчатый электрод.

Полное реактивное сопротивление образованного конденсатора меняется при изменении диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы в зависимости от влажности, т.е. величина полного электрического сопротивления датчика может быть мерой влажности почвы. Однако существенные изменения в значение электрической емкости и сопротивления вносит температура межэлектродного промежутка. В данном случае компенсация температурного влияния осуществляется с помощью терморезистора, подключенного к сетчатому электроду (термокомпенсирующая ячейка 4 размещена в.центральной части сетки).

Компенсация осуществляется за счет того, что терморезистор выполняет функцию реактивного опорного элемента, через который подается

питание на электроды датчика от измерительной схемы, т.е. амплитуда измерительного сигнала на электродах (выводы 5) корректируется автоматически величиной питакщего напряжения, зависящего от температуры.

Конструкция внешнего электрода из электропроводных стержней, электрически замкнутых кольцом 2 по

середине, обладает достаточной прочностью, необходимой при установке датчика в грунт. Такая конструкция способствует обеспечению постоянной плотности контакта оболочки датчика сО

стенками скважины, а также с почвой или грунтом внутри оболочки. Через зазоры между стержнями осуществляется устойчивая влагообменная связь грунта, который заключен в оболочке

датчика, с грунтом вне его. Кольцо 2 выполняет функцию ограничителя заглубления датчика в грунт ненарушенной структуры (при установке в скважину) и служит ориентиром положения сетчатого электрода 3. ; Выполнение внутреннего электрода в виде сетки обусловливается необходимостью сохранения внутри датчика максимальной влагообменной связи между грунтом нарушенной (над сеткой) и ненарушенной структуры (под сеткой).

Отношение диаметра d и высоты h цилиндрического датчика о.пределялось (т- у) методом аналогового моделирования потенциальных полей на электрических сплошных моделях.

Методом моделирования исследовали распространение активной зоны электрического поля заряженного цилиндрического тела (в продольном сечении) при различных размерах внутреннего и внешнего электрода, а также различных отношениях диаметра и высоты цилиндра.

При (случай плоского датчика) активная зона распространяется далеко за пределами датчика (фиг.2),

С уменьшением величины т- протяжен-.п .

ность активной зоны вне датчика сок- ращается например, прк-г- 1 (фиг.З),

за предель внешнего электрода выходят силовые линии поля, имеющие приведенный потенциал, равный 20%

И ниже (за 100% принят потенциал, имеющий максимальное значение). При

т 1/2 (фиг.4) подавляющая часть п

.силовых линий замыкается внутри обо лочки датчика. Отношение т- 1/2

можно считать оптимальным, поскольку при большем значении активная зона поля вне оболочки существенно расширяется, а при меньшем образуется малоактивная зона внутри самого датчика (в верхней и нижней частях образуются протяженные участки, где потенциал.принимает малые значения, т.е. при дальнейшем увеличении h чувствительность датчика не повьш1ается).

Конструкция предлагаемого датчика проста, надежна и при массовом производстве (даже в условиях лабораторной мастерской) не возникает трудностей изготовления большого количества датчиков, идентичных по исходным злектроемкостным характеристикам.

Стержневая оболочка (внешний электрод) и сетчатая конструкция внутреннего электрода позволяет обеспечить устойчивьй контакт датчика с почвой или грунтом и образовать объемньй Благопрокидаемый межэлектродный промежуток, что дает возможность получить постоянную во времени электроемкостную характеристику и облегчить градуировочный процесс.

10

15

5

247737.4

Кроме того, воспроизводимость результатов измерений влажности лучше по сравнению с аналогами,поскольку обеспечивается устойчивый контакт электродов с почвой, а измерение ее электрической величины полного реактивного сопротивления производится только во влагопрони- цаемом нежзлектродном промежутке.

Указанные преимущества в целом позволяют удешевить оборудование опорных влагоизмерительных пунктов, а также повысить точность, надежность и достоверность измерений,что необходимо для -улучшения контроля за режимом влажности почв на орошаемых массивах и сохранения продуктивного влагозапаса для развития растений, рационального расходования поливной воды.

20

Формула изобретения

Закладной датчик влажности почв и грунтов, содержащий два коаксиаль- но расположенных электрода, один из которых снабжен термокомпенсирующим элементом, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, внешний электрод выполнен в виде электропроводных стержней,расположенных по образующим цилиндра и замкнутых по середине кольцом, диаметр которого равен 1/2 высоты стержней, а внутренний электрод выполнен в виде сетки, размещенной в плоскости кольца и подключенной к терморезистору.

/X

X

Ч

/

I

f /

N --Ч/

« х;-х-д --Ж- / - - /

/i -« /V/ V.SX Л

1 V.

/ / х

во

4 44li

,rt ч

г

фиг. 3

Редактор В. Ковтун

Составитель А. Платова

Техред Л.Олейник Корректор В- Синицкая.

4117/42.

Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

фигЛ