Устройство для измерения влажности почвы Советский патент 1988 года по МПК G01N33/24 

сл

iptaif

эластичными воздухонепроницаемыми оболочками (затворами 7, установленными на внутренней трубе 3). Среднее отверстие 5 воздуховыпуска располо;жено напротив любого отверстия 2 в обсадной трубе 1 и выходит в шлюз, образующийся между эластичными воз; духонепроницаемыми оболочками (зат: ворами) при нагнетании во внутреннюю трубу воздуха компрессором 13. На внутренней трубе 3 установлен образI цовый манометр с задатчиком 11, под- ключенньй к электрической схеме блока управления поливом и связанньй с компрессором 13 и блоком управления поливом. Последний включает реле 14

времени, релейный блок 18 задержки с реле 19 и реле включения 20 и выключения 21 полива. Одна пара контактов реле 20 включения подает сигнал на начало полива, другая пара контактов блокирует электрическую цепь компрессора, третья пара контактов самоблокирует обмотку реле включения, чет- вертая пара контактов блокирует обмотку реле 19 блока задержки, который согласует время стабилизации давления в системе с временем работы реле 14 времени после включения. Пятая пара контактов реле 20 возвращает в исходное положение реле 14 времени. 1 з.п. , 2 ил.

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации. Цель изобретения - повышение точности измерения и .расширение функциональных возможностей. На нижней части внутренней трубы 3 выполнены три отверстия 4-6 для воздуховыпусков, верхний и нижний из которых герметично закрыты

1

Изобретение Относится к сельскохозяйственной мелиорации, и может быть использовано для определения влажности почвы и автоматического управления поливом.

Целью изобретения является повышение точности Измерения и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображено устройство ;( для измерения влажности почвы (общий вид) и электрическая схема блока уп равления поливомj на фиг.2 - тариро- вочная кривая для определения влажности почвы.

Устройство для измерения влажности почвы состоит из обсадной трубы 1, заглубленной в почву, на боковой поверхности которой имеются отверстия 2. В обсадную трубу 1 вставлена внутренняя труба 3, имеющая отверстия 4-6 воздуховыпусков. Верхнее 4 и нижнее 6 отверстия герметично закрыты эластичными воздухонепроницаемыми оболочками (затворами) 7, которые закреплены на внутренней трубе 3 хомутами 8. Между эластичными воздухонепроницаемыми оболочками 7 расположен шлюз 9, в который выходит среднее, отверстие 5 воздуховыпуска. На верхней части внутренней трубы 3 установлен дренажный кран 10 и регистрирующий блок, выполненный в виде образцового манометра с задатчиком 11, который подключен к блоку управления поливом. К торцу

внутренней трубы 3 с помощью гибкого шланга 12 подсоединен компрессор 13, подключенньй к сети питания через реле 14 времени блока управления поливом. На наружной поверхности вертикальной части внутренней трубы 3 нанесена масштабная шкала 15, а на торце обсадной трубы.1 закреплен указатель 16 глубины и фиксатор 17.

Блок управления поливом включает также релейный блок 18 задержки,включающий диоды, потенциометр, сопротивление, конденсатор и реле 19 с парой замыкающих и парой размыкающих контактов, а также реле 20 включения полива с четырьмя парами замыкающих контактов и реле 21 выключения полива с парой размыкающих контактов.Для ручного управления работой компрессора имеется выключатель 22.

Устройство работает следующим образом.

На типичном для данного поля месте оборудуют скважины несколько меньшего диаметра, чем обсадная труба 1. В эту скважину плотно вдавливается (обсаживается) обсадная труба 1, на которой заранее устроены отверстия 2. Глубина скважины, длина обсадной части трубы 1 и расстояния между отверстиями устанавливаются в зависимости от необходимой глубины измерения влажности почвы и от шага измерения. На обсадную трубу монтируется указатель

16 глубины и фиксатор 17. В обсадную трубу 1 коаксиально вставляется внутренняя труба 3 с отверстиями (возду- ховыпусками) 4-6 и закрепленными на ней с помощью хомутов 8 двумя эластичными воздухонепроницаемыми затворами 7, шкалой 15, дренажр1ым краном 10, образцовым манометром 11.

Перед началом эксплуатации устрой ства проводят его тарировку, которая производится один раз при установке нового прибора.

После тарировки устройство готово к работе как в режиме только сроч- кого измерения влажности по горизонтам почвы, так и в режиме автоматического управления поливом сельскохозяйственных культур в совокупности с поливными блоками (модулями) .(не показаны).

При необходимости произвести замеры влажности по горизонтали почвы к концу внутренней трубы 3 с помощью гибкого шланга 12 подсоединяют ком- прессор 13, включенный в электрическую сеть выключателем 22. Ориентируясь по масштабной шкале 15 и указателю глубины 16, устанавливают отверстие 5 напротив отверстия 2 в обсадной трубе, расположенной на необходимой глубине от поверхности почвы, например 20 см. Фиксатором 17 закрепляют в этом положении внутреннюю трубу 3. Включают в работу компрессор 13. Воз- дух по гибкому шлангу 12 начинает поступать во внутреннюю трубу 3 к образцовому манометру 11 с задатчи- ком и к отверстиям 4-6. Из отверстий 4 и 6 воздух поступает в две элас- тичные камеры (оболочки), закрепленные на внутренней трубе 3 хомутами 8. Под действием давления нагнетаемого компрессором 13 воздуха камеры 7 раз- дуваются и плотно перекрывают сверху и снизу отверстия 5. Между двумя эластичными камерами 7 образуется шлюз 9, куда поступает воздух от отверстия 5. Постепенно давление в шлюзе повьшает- ся, воздух из него начинает выходить через отверстие 2 в обсадной трубе 1 и попадать в почву. Шлюз 9 выполняет в данном случае роль гасителя импульсов подаваемого компрессором воздуха и обеспечивает точную без потерь и утечек подачу воздуха через отверстие 2 в почву. В зависимости от влажности почвы сопротивления выходу воздуха через отверстие 2 будут раз

0

5 0

5 0 с 0 5 n

5

/П1ЧНЫМИ. в абсолютно сухом состоянии почвенные капилляры и крупные nopbf пустые и легко пропускают воздух. При подаче воздуха в такую почву стабилизация давления, т.е. приход воздуха в шлюз 9 и его поступления в почву будут достигнуты при минимальном давлении на образцовом манометре. По мере заполнения почвенных капилляров и крупных пор водой, а также набухания почвенных коллоидов сопротивление выходу воздуха из шлюза 9 через отверстие 2 в почву растет, а следовательно, и стабилизация прихода и расхода достигается на более высоком уровне давлений. Самое высокое давление воздуха потребуется для достижения стабилизации прихода и расхода при влажности почвы, соответствующей полной влагоемкости, когда все поры заполнены водой. Таким образом, при стабилизации прихода воздуха в шлюз 9 и его расхода через отверстие 2 в почву зарегистрировано стабилизированное давление на образцовом манометре, соответствзтощее определенному состоянию вла:жности почвы. Эту влажность находят по заранее установленной тарировочной кривой (фиг. 2).

После снятия отсчета по образцовому манометру выключается из работы компрессор 13, открывается дренажный кран 10 и весь воздух через него выходит в атмосферу. Эластичные воздухонепроницаемые камеры 7 уменьшаются в размерах, фиксатор 17 отпускается, что позволяет перемещать внутреннюю трубу 3 относительно обсадной трубы 1. Далее воздуховыпуск устанавливается против следующего отверстия в обсадной трубе 1, выходящий в интересующий нас горизонт почвы, процесс определения влажности повторяется и длится 15-30 с.

При необходимости включения устройства в систему автоматического управления поливом отверстие 5 устанавливают напротив отверстия 2, выходящего в горизонт почвы, где в конкретных условиях наблюдается приблизительно средняя влажность активного слоя почвы. Таким горизонтом чаще всего оказывается слой почвы между 40 и 50 см от ее поверхности. После установки воздуховыпуска 5 на требуемой глубине все операции происходят аналогично описанному, да исключением того, что компрессор 13 подключается

10

15

20

к электрической сети через блок управления поливом. Реле 14 времени рключает в работу компрессор, напри- , через 24 ч на 60 с.

Интервал между включениями зависит от конкретных почвенно-климатических условий, от времени выдачи поливной нормы на участок и необходимой точ- :ности измерений влажности. Контакты I на задатчике манометра (т.е. выходы I первый и второй регистрирующего бло- Iка) устанавливаются в положения, со- ответствующие нижнему и верхнему пре- делам давления, соответствующих ниж- нему и верхнему пределам оптимальной для данной культуры влажности почвы. Задатчик 11 манометра, компрессор 13 реле 14 времени связаны между собой узлами блока управления поливом че .рез релейньй блок 18 задержки с ре- ле 19, через реле 20 включения поли- ва и реле 21 выключения полива с па- рой размыкающих контактов.

Весной, в начале вегетации растений, устройство для измерения влажности почвы подключается к электрической сети питания. Постоянно под напряжением находится реле 14 времени. Через каждые 24 ч реле 14 времени срабатьшает и замыкающие контакты (1 и 2) его включают в работу на 60 с компрессор 13. Воздух по гибкому шлангу 12, внутренней трубы 3 попадает через отверстия 4 и 6 в два эластичных воздухонепроницаемых затвора 7, а .через воздуховыпуск 5 в шлюз 9 и далее через отверстие 2 в обсадной трубе 1 в почву. По мере работы компрессора давление во всей системе возрастает. В зависимости от влажности почвы стабилизация давления в системе происходит за 15-30 с, что делает возможным взять отсчет по образцовому манометру и определить по тарировочной кривой влажность почвы. Но при автоматизированном поливе этого не требуется, так как на задатчике манометра установлены нижний (1) и верхний (2) .контакты, являющиеся первым и вторым выходами регистри- рующего блока, соответствующими оптимальным значениям влажности почвы для данной культуры, то с помощью подвижного контакта (среднего),связанного со стрелкой образцового манометра, снимаются показания в виде замыкания этих контактов при измерении влажности почвы. Пока компрес25

2Q

55

35

40

45

0

5

0

сор 13 не работает, стрелка задат - чика 11 образцового манометра, связанная с контактом (2), лежит на контакте (1) нижнего предела оптимального увлажнения. При включении в работу компрессора 13 давление в системе растет. Если влажность почвы выше нижнего предела оптимально- го увлажнения, т.е. полив еще не требуется, стрелка, пддключенная к контакту (2) через 15-30 с, отрьшается от контакта (1) и размыкает цепь обмотки реле 20 включения. При замкнутых контактах (1) и (2) реле 14 времени ток пойдет по цепи релейного блока 18 задержки. Время задержки устанавливается потенциометром равным, например, 50 с. Через 50 с (т.е. после того, как давление в системе стабилизируется) запитывается обмотка реле 19 и контакты последнего (3), (4) размыкаются, а контакты (1) (2) замыкаются. При pa3OMKHyTbnt кон5 тактах (1), (2) на задатчике 11 образцового манометра обмотка реле 20 включения полива остается обесточенной и отключается компрессор 13. Через 60 с контакты (1), (2) реле вреQ мени размыкаются, обесточив релейный блок 18 задержки и обмотку реле 19. Давление в системе постепенно снижается и стрелка образцового манометра с задатчиком замыкает контакты (1), (2). Вся система возвращается в исходное состояние, т.е. в режим ожидания .

Аналогичный опрос продолжается через каждые 24 ч до тех пор, пока влажность почвы не опускается ниже нижнего предела оптимального увлажнения.В этом случае при очередном замыкании контактов (1), (2) реле 14 включает в работу компрессор 13, но при стабилизации давления через 15 - 30 с стрелка не размыкает контакты (1), (2) на задатчике 11 манометра, так как влажность почвы, а следовательно, и соответствующее ей давле- -ние ниже этого предела. Через 50 с запитьшается обмотка реле 19. Кон- такты (1) и (2) реле 19 замыкаются и запитывают обмотку реле 20 включения полива. Четыре пары замыкающихся контактов реле 20 замыкаются, а пара

5 контактов (7), (8) размыкается. Сразу при срабатьшании реле 20 через контакты (9), (10) проходит сигнал на включение исполнительных устройсть

5

0

5

полива и начинается полив культуры на орошаемом участке. Контакты (7), (8) включающего реле размыкаются и выключают из работы двигатель реле 14 времени. Однако обмотка реле 19 остается запитанной, так как она блокирована контактами (7), (8) реле 20. При срабатывании реле 19 контакты (3), (4) размыкаются, но компрессор продолжает работу до окончания полива благодаря тому, что его цепь блокирована контактами (1), (2) реле 20, По мере поступления поливной воды в почву ее влажность растет, а следовательно, увеличивается и давление на выходе из отверстия 2 и на шкале образцового манометра 11. В какой то момент стрелка поднимается и разрывает контакты (1), (2) на задатчи- ке 11 манометра. Но полив продолжается, так как катушка реле 20 включения полива блокирована собственными контактами (3), (4). По мере подачи поливной во ды и повышения влажности почвы стрелка манометра идет вверх к верхнему пределу оптимального зшлажнения. Как только влажность почвы достигает наименьшей влагоем- кости, т.е. верхнего предела оптимального увлажнения, и выдается поливная норма, стрелка образцового манометра с задатчиком 11 замыкает контакты (2), (3) задатчика. Обмотка реле 21 выключения запитьшается током, контакты (9), (10) размыкаются, а контакты (1) и (2), (3) и (4), (5) и (6), (9) и (10) размыкаются и обесточивают компрессор 13, блок 18 задержки и реле 19 и реле 21 выключения полива. Полив прекращается. Контакты (7) и (8) реле 20 замыкаются и возвращают реле 14 времени в исходное состояние, запитав его двигатель током. Давление в системе после отключения компрессора 13 падает и стрелка манометра с задат- чиком 11 замыкает контакты (t), (2) задатчика. Все устройство приходит в режим ожидания. В дальнейшем описанная работа устройства повторяется.

Для мобил| ного определения влажности почвы в различных точках орошаемого поля можно использовать устройство в следующей компоновке. К

10

15

20

25

30

35

40

45

50

В стенке полого конуса имеется отверстие, сделанное под острым углом к продольной оси металлической трубки. При необходимости провести замер влажности в любой точке поля переносный малогабаритньй компрессор с независимым от электросети приводом вместе с остальным оборудованием доставляется к этому месту. Металличес- кая трубка с поль1м конусом вдавливается в почву на нужную глубину, где должно располагаться отверстие. Верхний крнец трубки подключается с по- . мощью гибкого шланга 12 к манометру и компрессору 13. Компрессор включается в работу. После стабилизации давления снимается отсчет по манометру и по тарировочной кривой определяется влажность почвы.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в простоте конструкции, многоплановости применения, легкости модернизации и перехода от одного режима работы к другому. На показания устройства не оказывают влияния изменения солевого состава и ионного состава почвенного раствора, да и самой почвы, а также колебания температуры. За счет этого устройство обладает высокой работоспособностью, надежностью, точностью измерения влажности почвы и может быть использовано в системах автоматического управления поливом различных сельскохозяйственных культур. Перечисленные преимущества устройства обеспечивают повышение производительности труда и повьшгение урожайности сельскохозяйственных культур на 10- 15% и экономию поливной воды на 15 - 20%.

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

0

В стенке полого конуса имеется отверстие, сделанное под острым углом к продольной оси металлической трубки. При необходимости провести замер влажности в любой точке поля переносный малогабаритньй компрессор с независимым от электросети приводом вместе с остальным оборудованием доставляется к этому месту. Металличес- . кая трубка с поль1м конусом вдавливается в почву на нужную глубину, где должно располагаться отверстие. Верхний крнец трубки подключается с по- . мощью гибкого шланга 12 к манометру и компрессору 13. Компрессор включается в работу. После стабилизации давления снимается отсчет по манометру и по тарировочной кривой определяется влажность почвы.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в простоте конструкции, многоплановости применения, легкости модернизации и перехода от одного режима работы к другому. На показания устройства не оказывают влияния изменения солевого состава и ионного состава почвенного раствора, да и самой почвы, а также колебания температуры. За счет этого устройство обладает высокой работоспособностью, надежностью, точностью измерения влажности почвы и может быть использовано в системах автоматического управления поливом различных сельскохозяйственных культур. Перечисленные преимущества устройства обеспечивают повышение производительности труда и повьшгение урожайности сельскохозяйственных культур на 10- 15% и экономию поливной воды на 15 - 20%.

Формула изобретения

причем измерительный блок выполнен в виде шлюзовой камеры, образованной стенками обсадной и внутренней труб и двумя эластичными воздухонепроницаемыми оболочками, связанными через отверстия во внутренней трубе, внутренней полостью последней и гибким шлангом с компрессором, а шлюзовая ,камера связана с почвой через отверстие в обсадной трубе и с внутренней полостью внутренней трубы через отверстие в последней.. I

2. Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что регистрирующий блок выполнен в виде гидравлически связанного с гибким шлангом манометра, чувствительный элемент которого кинематически связан с контактами первого и второго выходов регистрирующего блока.