Датчик влажности почвы Советский патент 1988 года по МПК A01G25/00 G01N25/58 

S

СА;

ОС 4 К

сх

42. 7

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при исследовании физических свойств почвы на полях с искусственным орошением.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена конструкция датчика влажности почвы; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема выполнения измерительного блока.

Датчик влажности почвы содержит корпус 1, поршень 2 с посадочными местами 3-6 цилиндрической формы, причем посадочные места 5 и 6 имеют углубления 7 и 8, нагреватель 9 с электрическими выводами 10 и 11 и теплоизоляционным кожухом 12, датчик 13 влажности воздуха в виде чувствительного кварцевого пьезосорбционного элемента с электрическими выводами 14 и 15, конечный выключатель 16 с .электрическими выводами 17 и 18, пружину 19, втулку 20, отсекатель 21 почвы, фиксатор 22, выполненный в виде конуса-искателя 23, пружины 24, упора 25, втулки 26 и ручки 27, стопорную шайбу 28 и измерительный блок 29.

Корпус содержит отверстия 30 и 31 и углубление 32.

Отсекатель 21, выполненный в виде фигурной шайбы из биметаллического материала, содержит с большим коэффициентом линейного расширения активный слой 33 и с меньшим по сравнению со слоем 33 коэффициентом линейного расширения пассивный слой 34.

Измерительный блок 29 (фиг. 3) содержит канал 35 измерения температуры, содержащий генератор 36 переменного напряжения, разделительные конденсаторы 37-41 сопротивления, нормированный усилитель 42 переменного напряжения, преобразователь

43переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

44и цифровой индикатор 45, канал 46 измерения относительной влажности воздуха, выполненный из измерительного генератора 47, опорного генератора 48 с датчиком 49, идентичным датчику 13 относительной влажности, смесителя 50, нормированного преобразователя 51 частота-напряжение, АЦП 52 и цифрового индикатора 53; блок 54 управления, содержащий сигнальный элемент 55, реле 56 времени с переключателем 57, стабилизатор 58 постоянного тока, источник напряжения (клемма) 59.

Корпус 1 (фиг. 1) выполнен в виде полого цилиндра с заостренным концом и с центральным внутренним отверстием). В цилиндре размещены поршень 2 с посадочными местами 3-6, пружина 18, втулка- фиксатор 20 и стопорное кольцо 28. Корпус снабжен выточкой, в которой размещены цилиндрический проволочный нагреватель 9 и полый теплоизоляционный кожух 12 из диэлектрического материала.

Диаметры отверстий нагревател я 9 и кожуха 12 равны диаметру отверстия корпуса 1 и обеспечивают продольное перемещение поршня 2 с посадочными местами 3 и 4. Основание порщня 2 (посадочное место 3) выполнено из пористого материала, способного пропускать молекулы воды и задерживать твердые, не испаряющие компоненты почвы.

Кожух 12 снабжен выточкой, где установлен биметаллический отсекатель 21 почвы.

Во внутреннее отверстие корпуса 1 запрессована цилиндрическая полая втулка 20, внутреннее отверстие которой также обеспечивает продольное перемещение поршня 2 от- 5 носительно корпуса 1.

Внутри корпуса 1 установлена пружина 19 с нормированным усилием сжатия. Для удобства установки пружины 19 посадочные места 5 и 6 могут быть выполнены съемными, а посадочные места 3 и 4 изго- 0 товлены в виде единой неразборкой детали вместе с центральным стержнем поршня 2. В корпусе 1 предусмотрено углубление 32, в котором установлены датчик 13 относительной влажности воздуха и конечный вы- 5 ключатель 16. После установки элементов 13 и 16 углубление 32 заливается герметично.

Молекулы испаряемой влаги поступают к датчику 13 из корпуса 1 через специальное отверстие 30 корпуса 1. В отверстии 31 0 корпуса установлен толкатель конечного выключателя 16.

В корпусе 1 предусмотрено специальное отверстие для установки механического фиксатора 22, содержащего конус-искатель 23 с пружиной 24, которые устанавливаются 5 и фиксируются в корпусе 1 путем запрес- сования втулки 26, а также содержит упор 25 и ручку 27.

Через специальные продольные отверстия в корпусе 1 нагреватель 9, датчик 13 относительной влажности воздуха, конечный выключатель 16 с помощью выводов 10-11, 14-15, 17-18 подключаются к электронно-преобразующей части измерительного блока 29.

Принципиальная схема измерительного 5 блока 29 представлена на фиг. 2.

Канал 35 измерения температуры содержит генератор 42 переменного напряжения, преобразователь 43 переменного напряжения в постоянное, АЦП 44 и цифровой индикатор 45.

0 Канал 46 измерения относительной влажности содержит измерительный генератор 4, опорный генератор 48, датчик 49 относительной влажности воздуха, аналогичный датчику 13 относительной влажности воздуха, смеситель 50, нормированный преоб- 5 разователь 51 частота - напряжение, АЦП 52 и цифровой индикатор 53.

Блок 54 управления содержит источник 59 питания, сигнальный элемент 55, реле 56

времени, переключатель 57, источник 58 стабилизированного напряжения 58.

Датчик работает следующим образом. В исходном состоянии поршень 2 под воздействием пружины 19 своим основанием (посадочным местом 3) упирается в стопорное кольцо 28 и жестко фиксируется относительно корпуса 1 фиксатором 22. Это достигается путем поворота ручки 27 фиксатора 22 на угол 90°. При этом конус-искатель 23 под воздействием пружины 24 сжатия заходит в углубление 8 посадочного места б поршня 2. Упор 25 входит в специальное углубление, выполненное на внешней поверхности корпуса 1. Фиксация необходима для преодоления сопротивления почвы при вводе корпуса на заданную глубину, при достижении которой фиксатор устанавливается в исходное состояние. Контроль глубины взятия почвенных образцов может осуществляться по специальным рискам, нанесенным на внешнюю поверхность корпуса. После достижения заданной глубины берется почвенный образец. Это достигается следующим образом.

Оператор вворачивает или вдавливает корпус в почву. Почва, преодолевая сопротивление пружины 19, попадает во внутреннее отверстие корпуса 1, вызывая перемещение поршня 2 относительно корпуса 1 и заполняет освободившееся от поршня внутреннее пространство корпуса.

Перемещение поршня 2 и заполнение корпуса 1 почвой происходит до того момента времени, пока посадочное место 4 не замкнет толкатель конечного выключателя 16 Расстояние между посадочными местами 3-6 выбраны таким образом, чтобы в момент срабатывания концевого выключателя 16 углубление 7 посадочного места 5 заняло положение посадочного места 6 в исходном состоянии, т. е. напротив фиксатора 22, и отверстие 30 находилось в контакте с воздушной средой, образованной посадочными местами 3 и 4 поршня 2. Концевой выключатель включает нагреватель 9, который находится в тепловом контакте с биметаллическим отсекателем 21 почвы и выдает сигнал о заполнении приемника почвенных образцов, который образован внутренней полостью нагревателя 9 и внешним торцом посадочного места 3 поршня 2.

При повышении температуры происходит деформация отсекателя 21, он изгибается в сторону пассивного слоя 34 и перекрывает доступ почвы внутрь приемника почвенных образцов.

Так как пружина 19 имеет нормированное усилие сжатия, то образец почвы будет иметь одинаковую плотность независимо от типа анализируемой почвы. Ввиду того, что посадочное место 3 поршня 2 проницаемо для молекул воды, т. е. испарившаяся при нагревании влага улавливается датчиком 13 относительной влажности воздуха, который при этом имеет сообщение со средой полости, ограниченной посадочными местами 3 и 4 поршня 2. Тепловой кожух 12 сводит к минимуму тепловые потери нагревателя 9 в процессе его работы.

Так как нагреватель 9 выполнен из термометрического материала, то имея ин- формацию о температуре и изменении относительной влажности воздуха и времени нагрева, измерительный блок 29 рассчитывает влажность почвы автоматически или с помощью оператора. После окончания цикла 5 измерения нагреватель 9 отключается, отсе- катель 21, остывая, приходит в исходное состояние и под воздействием пружины 19 (или оператора путем перемещения поршня) исследуемая почва выталкивается из корпуса 1.

0 Работа датчика с измерительным блоком (фиг. 2) происходит следующим образом. При замыкании концевого выключателя 16 напряжение с клеммы 59 включает сигнальный элемент 55 и реле 56 времени бло- 5 ка 54 управления, которое своим переключателем 57 подключает нагреватель 9 к стабилизатору постоянного тока 58 и вызывает его нагрев. Измерение температуры ведется на переменном токе. При этом сопротивление нагревателя 9 включено в одно из 0 плеч измерительного моста, образованного сопротивлениями 39-41 и запитан- ного от генератора 36 переменного тока через разделительный конденсатор 37.

Напряжение с измерительной диагонали моста через разделительный конденсатор 38 5 поступает на вход усилителя 42. Сигнал о измеряемой температуре усиливается, нормируется в соответствии с принятой шкалой усилителем 42, преобразовывается в постоянное напряжение с помошью преобразователя 43, а затем преобразовывается в код с помощью АЦП 44 и информация о температуре отображается на цифровом индикаторе 45.

Измерение относительной влажности воздуха производится следующим образом. 5 Измерительный генератор 47 формирует частоту в зависимости от количества абсорбируемой влаги на чувствительном пьезо- сорбционном элементе, аналогичном датчику относительной влажности воздуха 13. Для исключения изменений относительной влаж- 0 ности воздуха окружающей среды в измерительную схему 29 введен идентичный опорный генератор с идентичным датчику 13 датчиком 49 относительной влажности воздуха. Частоты с опорного генератора 48 и измерительного генератора 47 поступают на 5 вход смесителя 50 и разностная частота с выхода смесителя 50 несет информацию о влажности почвы. Эта разностная частота преобразовывается в постоянное напряжение

и соответственно нормируется преобразователем 51. Затем эта информация с помощью АЦП 52 преобразуется в код и отображается на цифровом индикаторе 53. Реле 56 времени задает необходимый интервал времени нагрева, после истечения которого реле отключает нагреватель 9 с помощью переключателя 57 от стабилизатора 58 постоянного тока. Компенсация дополнительной погрешности измерения влажности от воздействия температуры в данном случае производится вручную оператором по показаниям цифрового индикатора 45 канала 35 измерения температуры.

Формула изобретения

1. Датчик влажности почвы, содержащий цилиндрический полый корпус, внутри которого расположен стержень, фиксатор, приемник для почвенных образцов и измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены датчик относительной влажности воздуха, установленный у основания корпуса, нагреватель, пружина с нормированным усилием сжатия, конечный выключатель и отсекатель почвы, а стержень выполнен в виде поршня с посадочными местами цилиндрической формы одного диаметра с воз0

можностью продольного перемещения относительно корпуса, причем электрические выводы датчика относительной влажности, нагревателя и конечного выключателя соединены с входами измерительного блока.

2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что оснойание поршня выполнено из пористого влагопроницаемого материала.

3.Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нагреватель размещен внутри корпуса и выполнен из термометрического материала в виде полого цилиндра, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса, причем нагреватель находится в тепловом контакте с приемf НИКОМ почвенных образцов.

4.Датчик влажности почвы по пп. 1-3, отличающийся тем, что фиксатор установлен в корпусе с возможностью фиксирования движения поршня относительно корпуса.

5.Датчик по пп. 1-4, отличающийся 0 тем, что датчик относительной влажности

воздуха и конечный выключатель установлены в корпусе с возможностью сообщения со средой полости, ограниченной внутренним диаметром корпуса.

6.Датчик по пп. 1-5, отличающийся тем, что отсекатель почвы установлен в корпусе и выполнен из биметаллического материала.

5

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения - повышение точности измерения. Датчик влажности почвы содержит датчик относительной влажности воздуха 13, пружину с нормированным усилием сжатия 19, конечный выключатель 16, отсекатель почвы 21, стержень из пористого материала в виде поршня 2 и фиксатор 22. Датчик относительной влажности воздуха 13 и конечный выключатель 16 установлены в корпусе 1 с возможностью сообш,ения со средой полости, ограниченной внутренним диаметром корпуса 1. В корпусе 1 размешены также нагреватель 9 из термометрического материала и отсекатель 21 из биметаллического материала. Фиксатор 22 установлен в корпусе так, чтобы обеспечить возможность фиксирования движения поршня 2 относительно корпуса I. Через специальные продольные отверстия 30 и 31 в корпусе 1 нагреватель 9, датчик относительной влажности воздуха 13, конечный выключатель 16 с помощью выводов 10 и 11, 14 и 15, 17 и 18 подключены к электронно-преобразовательной части измерительного блока 29. Измерение влажности почвы производится по относительному изменению влажности воздуха каналом измерения относительной влажности воздуха. 5 3. п. ф-лы, 3 ил. SS с/ с

J

Фа. 2