Датчик влажности почвы Советский патент 1988 года по МПК G01N25/56 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности почвы в агрометеорологии, мелиорации и сельском хозя йстве.

Цель изобретения - сокращение трудоемкости проведения измерений влажности почвы.

На чертеже представлена конструк- 1ЩЯ датчика для измерения влажности почвы. .

Датчик содержит корпус 1, накидную гайку 2, упор 3 с подшипником 4, пружину 5 с нормированным усилием сжатия, поршень 6, термоэлектрическую батарею 7, фиксатор 8, выполненный, например, в виде ко.йуса-искателя 9, пружины 10, упора 11, втулки 12, и ручки 13, мембрану 14 с. датчиками давления.15 и температуры 16, теплоизоляционный кожух 17, основание 18 и электрический разъем 19.

Корпус 1 выполнен в виде полого цилиндра с фланцем 20 и отверстиями 21 для удаления излишков анализируемой почвы. На наружной поверхности корпуса 1 изготовлена резьба 22. В корпусе 1 изготовлено специальное отверстие для установки механического фиксатора 8. Дпя установки разъема 19 в нижнем торце корпуса 1 изготовлены резьбовые отверстия 23. Накидная гайка 2 имеет внутреннюю резьбу 24 дпя наворачивания ее на корпус 1. Для обесг7ечения удобной работы при наво- 1рачивании гайки 2 на ее внешней по,- верхности изготовлена накатка (не по |казана). В специальное углубление в гайке 2 запрессован подшипник 4 с упором 3, который имеет отверстие 25 дпя электрических выводов 26 термоэлектрической батареи 7. Вводы 26 могут быть выполнены в виде витой пары с упругими свойствами, что позволяет при движении поршня 6 во время работы растягивать или сжимать эти выводы без их повреждения (не показано). Упор выполнен, например, в виде полой оси, оканчивающейся цилиндрической шайбой 27 с большим, чем у оси, диаметром. Шайба 27 имеет ушки 28 с отверстиями для жесткого крепления пружины 5. Поршень 6 выполнен полым и в нем установлены и закреплены теплоизоляционный кожух 17 и термоэлектрическая батарея 7, внутренняя поверхность которой отшлифована (для исключения налипания почвы в процессе работы). В.нижней части юбки поршня изготовлен срез. В поршне 6 изго-

товлено углубление 29 для фиксирова-t

ния его движения с помощью фиксатора 8 при формировании почвенного образца. Днище поршня 6 имеет ущки 30 с отверстиями для жесткого крепления к нему пружины 5. Разъем 19 крепится

к нижнему торцу корпуса 1 при помощи винтов 31. Корпус 1 устанавливается на жестком основании 18 и крепится, например, при помощи болтов 32 и гаек 33. Внутренняя поверхность корпуса 1 и внешняя поверхность поршня 6 обработаны с соответствующим классом чистоты, чтобы обеспечить продольное перемещение поршня 6 относительно корпуса I. Внутри корпуса установлена мембрана 14, выполненная, например, из теплопроводного материала, на которой установлены, например, при помощи клея датчики давления 15 и температуры 16.

Датчик работает следующим образом.

Оператор путем вращения гайки 2 извлекает поршень 6 с пружиной 5 и упором 3 из корпуса 1. Фиксатор в данном случае находится в исходном состоянии и упирается упором 1 1 в корпус 1. Почвенный образец 34 засыпается в корпус 1. Забор почвы с заданной глубины может производиться оператором с помощью серийно выпускаемых пробоотборников. Затем в корпус 1 устанавливается узел, включающий поршень 6, пружину 5 и толкатель 3, и гайка 2 поворачивается на корпус 1. Фиксатор поворачивают на угол 90 . Упор 11 фиксатора входит в специальное углубление , выполненное на внешней поверхности корпуса I и во втулке 12 (не показано), и конус- искатель 9 под воздействием пружины 10 сжатия давит на поверхность юбки поршня 6.

При вращении гайки 2 поршень 6, преодолевая усилие сжатия пружины 5, формирует почвенный образец. Излишки почвы удаляются через отверстия 21 корпуса 1 при достижении определенного критического усилия пружины 5. Перемещение поршнЯ 6 происходит до того момента времени, пока в углубле- ние 29 не входит конус-искатель 9 фиксатора 8. Длина поршня 6, место установки.фиксатора 8 и отверстий 21 а также конструктивные размеры дру

гих элементов датчика (и расстояния между ними) выбраны так, что при срабатывании фиксатора 8 поршень 6 перекрывает отверстия 21 корпуса 1. Это необходимо для того, чтобы процесс расширения воды, находящейся в почв.е, воздействовал лють на мембрану 14 с датчиком 15 давления, вызывая ее деформацию. Поэтому материалы, из которых изготовлены корпус 1, поршень 6, термоэлектрическая батарея 7 и кожух 17, выбраны с малыми коэффициентами линейного и объемного расширения. Это необходимо для того, чтобы процесс охлаждения образца почвы не изменял их линейные размеры, в противном рлучае это приводит к изменению объема

рабочей

камеры, а сле

довательно, и к дополнительной погрешности измерения. Тогда при включении термоэлектрической батареи 7 за счет расширения воды (при охлаждении) объем образца увеличивается, а следовательно, и изменяется давление. Так как мембрана может быть выполнена из теплопроводного материала и датчик 16 температуры установлен в месте отсутствия деформаций, появляется возможность измерения температуры. В принципе датчик 16 те;мпературы может быть установлен и внутри поршня 7 и контактироват1э непосредственно с образцом 34 почвы. Зная разность температуры, изменения давления, можно определить влажность почвы.

Возможность формирования образца почвы с одинаковым объемом и одинаковой плотностью позволяет анализировать почвы с разными физико-механическими и другими свойствами. Датчик высокочувствителен, не сложен в изго- товлении и сборке, не требует специальной подготовки оператора, так как

полнительную погрешность за счет воздействия влияющих величин, таких как температура, плотность, засоленность и т.п. Не исключено применение дат.чи- ка для одновременного измерения температуры и механических усилий, что расширяет его функциональные возможности. Возможность анализа пробы почти малого объема (массы), небольшая потребляемая мощность термоэлектрической батареи создают предпосылки для проектирования компактных устройств для измерения влажности почвы.

5 Отсут-втвие необходимости в дозировке почвы по объему и плотности сокращает время измерения и материг альные затраты, связанные с применением дополнительных аналитических

0 средств измерения, что позволяет снизить трудоемкость и сроки, а также повысить качество проведения работ при исследовании физических свойств почвы.

5

Формула изобретения

Датчик влажности почвы, содержащий полый цилиндрический корпус с 0 накидной гайкой и с отверстиями для удаления излишка анализируемой пробы, внутри которого установлены поршень, датчик температуры, мембрана с датчиком давления и термоэлектрическая батарея, выполненная в форме полого цилиндра, и фиксатор, отличающийся тем, что, с целью сокращения трудоемкости проведения измерений, в корпус введены упор с возможностью вращения относительно гайки. и продольного перемещения относительно внутренней поверхности корпуса, пружина с нормированным усилием сжатия, которая жестко связана с упором

5

0

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении физических свойств почвы в сельском хозяйстве, агрометеорологии и мелиорации. Цель - сокращение трудоемкости проведения измерения влажности почвы. Датчик содержит полый цилиндрический корпус с накидной гайкой.и с отверстиями дпя удаления излишка анализируемой пробы, внутри которого уста.новлены поршень, датчик температуры, йембрана с датчиком давления, термоэлектрическая батарея, выполненная в форме полого цилиндра, и фиксатор. Кроме того, в него дополнительно введены упор с возможностью вращения бтноситально гайки и продольного перемещения относительно внутренней поверхности корпуса, пружина с нормированным усилием сжатия; которая жестко связана с упором и днищем поршня, который выполнен nojibiM и в него установлена термоэлектрическая батарея, причем на внутренней поверхности нижней части юбки поршня выполнен срез на толщину стенки поршня под углом к его внутренней поверхности, а фиксатор установлен в корпусе с возможностью ограничения движения поршня относительно корпуса. Образец почвы помещается внутрь корпуса, на него наворачивается гайка с упором, пружиной с нормированным усилием сжатия и поршнем. При вращении гайки поршень, преодолевая усилие сжатия пружины, формирует почвенный образец с однаковой плотностью и с одинаковым объемом от измерения к измерению. Излишки- почвы удаляются через отверстия. В момент срабатывания фиксатора поршень перекрывает эти отверстия и включается термоэлектрическая батарея, вызывая охлаждение почвы. Вода, находящаяся в почве, расширяется и вызывает деформацию мембраны с датчиком давления. Изменение температуры .регистрируется датчиком температуры. Об измеряемой влажности почвы судят по изменению давления и температуры. 1 ил.

в датчике отсутствуют сложные регули- ,,п и днищем поршня, выполненного полым,

ЧО

ровки, а эксплуатация и техническое обслуживание датчика просты. Реализация предлагаемого датчика позволит создать датчики с высокой точностью измерения влажности. Повьш еш1ю точности измерения влажности способствует тот фактор, что в данном случае нет необходимости компенсировать до50

в котором установлена термозшектри- ческая батарея, причем на внутренней поверхности нижней части юбки поршня выполнен срез на толщину стенки поршня под углом к его внутренней поверх - .ности, а фиксатор установлен в корпусе с возможностью ограничения движения относительно корпуса.

в котором установлена термозшектри- ческая батарея, причем на внутренней поверхности нижней части юбки поршня выполнен срез на толщину стенки поршня под углом к его внутренней поверх - ности, а фиксатор установлен в корпусе с возможностью ограничения движения относительно корпуса.

20

Jf