Тензометр Советский патент 1992 года по МПК G01N7/04 A01G25/00 

Изобретение относится к устройствам для измерения величин, характеризующих доступность почвенной влаги (локальный вакуум, возникающий в зоне корневой системы растений), и может быть использовано в системах автоматического управления поливом в мелиорации.

Известен тензиометр, состоящий из микропористого керамического наконечника, соединительной трубки, элементов индикации, информации и патрубка для залива жидкости с герметичной самоцентрирующейся пробкой.

Известен тензометрический датчик типа ИВД для контроля влагозапасов почвог- рунтов при орошении, состоящий из микропористого керамического наконечника, соединительной трубки, патрубка для залива жидкости в герметичной самоцентрирующейся пробкой и элемента передачи информации, в качестве которого использовано реле измерения вакуума, состоящего из сйльфонного устройства, штока и передаточно-настроечного механизма с контактным устройством.

Известен тензиометр, содержащий корпус, пористый полый элемент, соединительную трубку, патрубок для залива жидкости с герметичной самоцентрирующейся пробкой, элемент передачи информации, состоящий из сйльфонного устройства и передаточно-настроечного механизма с контактным устройством. В этом устройстве пористый элемент выполнен в виде нескольких изолированных частей, а элемент передачиинформацииснабжен

XI

ю

СА)

4 Ю О

дополнительными сильфонными устройствами, соединенными тягами между собой и с передаточно-настроечным механизмом, при этом каждая часть пористого элемента автономно соединена с атмосферой.

Недостатком известного технического решения является пониженная точность измерения локального вакуума, возникающего в зоне корневой системы растений по горизонтам почвы за счет возникновения эффекта влияния измерения вакуума в соседних горизонтах почвы на результирующее перемещение тяг и промежуточных механизмов перемещения. Эффект взаимного влияния возникает за счет того, что на сильфон, являющийся разделителем между соседними полыми керамическими микропористыми элементами, а следовательно, горизонтами почвы, оказывает влияние вакуум как в верхней, так и в нижней частях камер. В случае, если в верхней камере давление равно нулю (горизонт почвы наполнен водой), то это не оказывает влияния на измерение вакуума в нижнем горизонте. В случае, если в соседних горизонтах (камерах 1 вакуум высокий (более минус 0,4-0,5 ), то разделительный сильфон воспринимает результирующее давление, следовательно, точность измерения падает,

Другим недостатком известного тензио метра является низкая технологичность изготовления и настройки за счет плохой совместимости отверстий для залива воды в корпусе тензиометра, а также практически неразборностй конструкции после сборки. Кроме этого, в известной конструкции практически не использован принцип модульности (одинаковости) отдельных элементов, что также снижает технологичность устройства в целом, увеличивая его стоимость.

К недостаткам известного тензиометра можно отнести и то, что из-за сложности стыковки отдельных элементов конструкции нередки случаи разгерметизации отдельных камер устройства и, как следствие, частичная или полная потеря жидкости из соответствующей камеры. Это приводит к сокращению ресурса работы всего устройства в целом.

Цель изобретения - повышение точности измерений и технологичности изготовления устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном тензиометре.содержащем корпус с участками из пористого материала, разделенный на секции преобразователями, которые соединены с передаточно-настроечным механизмом, и патрубок для залива жидкости, преобразователи выполнены в виде камер, каждая из которых образована мембраной и расположенным под ней поршнем и сообщена с патрубком для залива жидкости.

В предлагаемом техническом решении

реализован принцип автономности работы каждой секции многоглубинного тензиометра разделенного мембранами. Автономность достигается созданием между измерительными промежуточных камер под

0 атмосферным давлением. За счет этого, а также за счет разности площадей мембран и поршней влияние соседних измерительных камер сводится практически к нулю при любых перепадах вакуума между соседними

5 камерами (горизонтами почвы).

Промежуточные камеры устройства сообщаются между собой посредством соединительного патрубка с резервуаром в верхней части. Внутренняя полость проме0 жуточных камер, патрубка и резервуара заполнена жидкостью, находящейся под атмосферным давлением. Дозалив жидкости можно осуществлять во время нормальной работы тензиометра, не демонтируя его

5 из почвы. На работе тензиометра дозалив жидкости не отражается. Возможна установка контактного устройства в резервуар с жидкостью для получения сигнала ухода жидкости по какой-либо причине.

0 Изделие обладает высокой технологичностью изготовления отдельных деталей и сборки в целом за счет того, что состоит ив унифицированных модулей, позволяющих собрать тензиометр без специальной техно5 логической оснастки.

На чертеже показана схема предлагаемого тензиометра.

Тензиометр содержит корпус 1 с участками 2 из пористого материала. Корпус 1

0 разделен на секции преобразователями, каждый из которых состоит из верхней 3 и нижней 4 камер. Камера 3 образована мембраной 5, частью корпуса 1, уплотнением 6 и снизу поршнем 7, а камера 4 - поршнем 7,

5 уплотнением 6, частью корпуса 1 и участком , пористого материала 2. Все верхние камеры соединены между собой патрубком 8 для залива жидкости, в верхней части которого находится резервуар 9 с пробкой 10. Внутри

0 корпуса 1, по его центру расположен разборный шток 11, который соединяет все мембраны 5 и поршни 7 с передаточно-настроечным механизмом, состоящим из рычага 12, пружины 13, винта 14, опирающегося на крышку 15

5 корпуса 1 и контактное устройство 16. Стыковка участков из материала 2 и частей корпуса 1 осуществляется через посредство ограничительных шайб 17.

Тензиометр работает следующим образом.

Подготовка к работе. Отвинчивают пробку 10, закрепляют тензиометр в подвешенном состоянии. Через резервуар 9 и патрубок 8 заливают заранее подготовленную кипяченую теплую воду. Отпускают пружину 13 с штоком 11 путем откручивания винта 14. Вода из патрубка 8 уходит в камеры 3 и 4. Доливают воду через патрубок 8 до переливания ее через края резервуара 9. Встряхивая тензиометр, доливают уходя- щую воду через патрубок 8. Все керамические элементы должны запотеть.

Опускают тензиометр в сосуд с водой и подстраивают винтом 14 передаточно-на- строечный механизм с устройством 16 так, что шток 11 находится в подтянутом положении (проверяется это по уровню воды в патрубке 8, вода не должна уходить). Вкручивают вакууметр в резервуар 9 (вместо пробки 10 и поднимают тензиометр так, что над поверхностью воды находится только верхняя секция (керамический микропористый элемент). При работе в испарительном режиме в нижней (измерительной) камере 4 создается вакуум за счет ухода части воды в микропористый элемент. За счет действия разности вакуума на мембрану 5 и поршень 7 создается разность давлений, перемещающих шток 11с мембраной 5 и поршнями 7 вниз. Так как тензиометр полностью герме- тичен (патрубок .закрыт вакуумметром) вся верхняя секция находится под вакуумом. По мере набора вакуума на вакуумметре подстраивают винтом 14 натяжение пружины 13 так, что при желаемой величине вакуума срабатывает устройство 16. Опускают тензиометр всеми секциями в воду. Влага поступает через микропористый элемент в камеру 4 верхней секции. Вакуум падает, вызывая переход штока 11 вверх и, следо- вательно, переключение устройства 16. Далее следует повторить перечисленные операции с момента поднятия верхней секции и еще раз проверить настройку пе- редаточно-настроечного механизма и вер- хней секции тензиометрэ, смонтировать на верхнем керамическом элементе рубашку (в виде хомута с трубкой), залить в рубашку воду. Этим самым имитируется горизонт почвы с НВ, равной 100%. При этом вакуум в верхней секции не поднимается. Теперь можно проверить вторую сек- цию тензиометра. Настраивают эту секцию так же, как и первую. Монтируют на втором керамическом элементе рубаш- ку и настраивают третью (нижнюю) секцию тензиометра.

Устанавливают тензиометр в месте, где предполагается производить контроль влажности почвы. Для этого пробуривают буром вертикальную скважину в почве на соответствующую глубину. Готовят суспензию почвы с водой и заливают ее в скважину. Вставляют тензиометр в скважину и присыпают у основания почвой.

Работа тензиометра. Работа тензиометра основана на измерении локального (местного) вакуума, создаваемого корневой системой растений в результате их жизнедеятельности. Этот вакуум вызывает отсос капиллярной влаги из зоны расположения керамического микропористого элемента. Заполняя поры керамического микропористого элемента, вода начинает уходить из замкнутого пространства измерительной камеры 4. Вакуум при этом в измерительной камере повышается до момента страгива- ния штока вниз. Момент срабатывания определяется практически натяжением пружины 13. При движении штока 11 вниз он тянет за собой рычаг 12, который в свою очередь, переключает устройство 16. При дальнейшем продвижении штока 11 вниз образуется щель между уплотнениями 6 поршнем 7 и уступами корпуса 1. За счет перепада давления вода из промежуточной камеры 3 и патрубка 8 перетекает в измерительную камеру 4. Вакуум в ней падает. Шток сдвигается под действием пружины 13 вверх, поворачивая рычаг 12 и возвращая (переключая)устройство 16 в прежнее положение. В случае, если полива не происходит, вакуум в измерительной камере 4 снова увеличивается и вновь повторяется цикл измерения до переключения устройства 16. Таким образом, происходит измерение локальной области вакуума в каждом горизонте почвы. Измерение происходит в каждом горизонте (каждой секции тензиометра) независимо друг от друга.

Формула изобретения

Тензиометр, содержащий корпус с участками из пористого материала, разделенный на секции преобразователями, которые соединены с передаточно-настроечным механизмом, и патрубок для залива жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и технологичности изготовления преобразователи выполнены в виде камер, каждая из которых образована мембраной и расположенным под ней поршнем и сообщена с патрубком для залива жидкости.

Изобретение относится к устройствам измерения величин, характеризующих доступность почвенной влаги, и может быть использовано в системах автоматического управления поливом в мелиорации. Цель изобретения - повышение точности измерений и технологичности изготовления устройства. Тензиометр выполнен в виде корпуса 1 с участками 2 из пористого материала и разделен на секции преобразователями 3, соединенными с передаточно-настроечным механизмом. Преобразователи выполнены в . виде камер образованных мембраной и расположенным под ней поршнем. Камеры сообщены с патрубком 8 для залива жидкости. Перед установкой в грунт осуществляют зарядку тензиометра водой и настройку секций последовательно от верхней к нижней. При изменении влагосодержания почвы, из секций происходит отсос влаги и в камерах возникает вакуум. Результирующий сигнал преобразуется в перемещение штока и воздействует на контактное устройство 16.1 ил. . Ё