Сигнализатор влажности почвы Советский патент 1993 года по МПК A01G25/02 A01G25/16 

Ё

Использование: сельское хозяйстве в области мелиорации и для определения сроков начала и окончания полива, а также для оперативной оценки влагозапасов почвы в межполивной период, в том числе в целях водоучета. Сущность изобретения: сигнализатор включает вертикально установленный на опоеделенную глубину в почву измери

пгп

V|

со vj

CJ

VI

со

тельный щуп 1 в виде полой трубки со шкалой, крышку 2, гибкую тягу 4 и водопроводя- щий фитиль, крышка 2 расположена в верхней части измерительного щупа 1 на опоясывающем в горизонтальной плоскости полость щупа 1 упорном выступе 3. В центральной части крышки 2 имеется отверстие с пропущенной через него гибкой тягой 4. К нижнему, находящемуся под крышкой 2 концу гибкой тяги 4 прикреплен каркасный узел 12, выполйён ньгй, например, из двух металлических стержней. Узел 12 содержит в оснований груз 13, выполненный, например, в виде свинцового кольца. На верхнем, находящемся над крышкой 2 конце гибкой тяги 4 закреплен стопорный элемент 5, имеющий зацеп 6 для подвода к крючку динамометра, снабженного шкалой содержания

Изобретение относится к сельскому хозяйству к области орошения сельскохозяйственных угодий, в частности к средствам влагометрии почвы, и может быть использовано в качестве сигнализатора сроков начала и окончания полива, а также для оперативной оценки влагозапасов почвы в межполивной период, в том числе в целях водоучета.

Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 приведен разрез сигнализатора влажности почвы, (рабочее положение); на фиг.2 - то же, в период снятия показаний содержания влаги в почве посредством динамометра; на фиг. 3 - вид на динамометр, оборудованный шкалой содержания влаги в почве, в диапазоне от сроков начала полива до прекращения полива.

Сигнализатор влажности почвы включает измерительный щуп 1, выполненный в виде полой трубки со шкалой погружения сигнализатора в почву, крышку 2 с отверстием в центральной части, расположенную на опоясывающих в горизонтальной плоскости верхнюю часть полости измерительного щупа, упорах 3, гибкую тягу 4, выполненную, например, из капроновой нити, пропущенную через отверстие в крышке 2 и соединенную верхним концом с размещенным над крышкой 2 стопорным элементом 5. Стопорный элемент 5 может быть выполнен, например, в виде цилиндрического пальца, в средней части которого имеется прорезь (канавка) для закрепления в ней гибкой тяги

влаги в почве, например, в диапазоне от наименьшей влагоемкости до максимальной гигроскопичности почвы. В полость груза 13 вставлен и укреплен в нем штырями 15 состоящий в контакте с почвой водопрово- дящий фитиль 14, размещенный в сетчатом каркасе и выполненный, например, в виде цилиндрического патрона из спрессованной фильтровальной бумаги. Верхнюю часть водопроводящего фитиля 14 для предотвращения его смешения облегают фиксаторы 16. При увеличении или уменьшении содержания влаги в почве соответственно возрастает или снижается вес водопроводящего фитиля 14, а следовательно и показания предварительно оттарированного на разное содержание влаги в почве динамометра. 3 ил.

4 или плоской тарелки с расположенным на ее тыльной поверхности крючком для гибкой тяги 4. Верхняя часть стопорного элемента 5 содержит зацеп 6 для

подвешивания к крючку 7 динамометра 8. Динамометр 8 снабжен шкалой 9 с нанесенными на нее значениями влажности почвы в диапазоне от максимальной гигроскопичности или же предполивной влажности соответствующей началу проведения полива до влажности равной или близкой наименьшей влагоемкости. Такая влажность свидетельствует о насыщении влагой почвы в количестве, за пределами которого наблюдается

гравитационный сток, в связи с чем при достижении заданным слоем почвы такой влажности необходимо прекратить полив. Количественное содержание влаги в почве в границах между предполивной влажностью

и наименьшей влагоемкостью на тот или иной момент времени фиксирует ползунок 10, выполненный с возможностью перемещения относительно шкалы 9 при приложении к захвату 11 динамометра 8 силы (Р)

достаточной для отрыва стопорного элемента 5 от крышки 2 и направленной вертикально вверх. Нижний конец гибкой тяги 4 прикреплении к каркасному узлу 12, выполненному, например, в виде двух металлических стержней, при этом верхняя часть узла 12 соединена с гибкой тягой 4, а нижняя скреплена с грузом 13, выполненным, например, в виде свинцового кольца, снабженного, расположенными напротив друг

друга отверстиями. В полость груза 13 уставлен водопроводящий фитиль 14, выполненный, например, в виде размещенного в сетчатом каркасе, (например, капроновом) цилиндрического патрона из спрессованной фильтровальной бумаги (ГОСТ 12026-76, бумага фильтровальная лабораторная), из полотна холстопрошивного для мелиорации (Арт.931543 ТУ УзССР 14- 301-87) и т.д. Согласно опытам ТуркменНИ- ИГиМ указанные материалы обладают хорошо выраженной способностью поглощать воду из других, находящихся с ними в контакте, содержащих влагу пористых тел, а также отдавать эту влагу пористым телам при обезвоживании последних. Такое динамическое взаимодействие водопроводяще- го фитиля 14 с таким пористым телом, каковым является, например, почва, с которой он благодаря грузу 13 находится в хорошем контакте, обуславливает в зависимости от направления процесса (влагонакопление - обезвоживание) уменьшение или возрастание его веса, что и положено в основу работы устройства. Для предотвращения смещения водопроводящего фитиля 14 от установленного положения, его основание закреплено в полости груза 13 штырями 15 пропущенными через имеющиеся в грузе 13 отверстия, а верхняя часть узла 12 снабжена облегающими водопроводящими фитиль 14 фиксаторами 16.

Сигнализатор подготавливают к работе следующим образом.

На типичном участке орошаемого поля пробуривают под размер измерительного щупа 1 скважину на глубину, равную глубине активного корнеобитаемого слоя почвы. Для пропашных культур, например таких как кукуруза, хлопчатник,сорго, эта глубина находится в пределах 0,6...0,7 м. Наружную поверхность измерительного щупа 1 промазывают пластичной смазкой, например солидолом, техническим вазелином для устранения пристенного эффекта (затека- ние воды в зону контакта щупа с почвой) и легкими ударами деревянного или пластмассового молотка по торцовой части сте- нок устанавливают в пробуренной скважине. Затем в полость измерительного щупа 1 опускают на гибкой тяге 4 каркасный узел 12 с грузом 13 с предварительно установленным и закрепленным в них водопро- водящим фитилем 14, до упора последнего в подстилающую скважину почву. Далее свободный верхний конец гибкой тяги 4 пропускают через отверстие в крышке 2 и соединяют со стопорным элементом 5, например, посредством узла, не допуская при этом восприятия гибкой тягой усилия натяжения, обусловленного весом находящихся в полости измерительного щупа 1 и связанных с гибкой тягой 4 элементов (узла 12, груза 13, водопроводящего фитиля 14). Сигнализатор готов к работе, можно спустя 2...3 часа после его установки в скважине приступать к снятию показаний содержания влаги в почве как в межполивной период, так и в период проведения полива.

Сигнализатор влажности почвы работает следующим образом.

0 В процессе проведения поливная вода, постепенно просачиваясь, достйгаётТи гф б- мачивает контактирующий, с водопроводя- щим фитилем 14 почвогрунт. Это приводит к поглощению лодопроводящим фитилем 14

5 почвенный влаги. В опытах ТуркменНИИ- ГиМ с поглощением влаги холстопротив- ным полотном для мелиорации за 10 минут вода переместилась в этом материале на 14 см от места контакта с водой. Высокие водо0 впитывающие свойства фильтровальной бумаги также хорошо известны; в связи с чем этот материал также быстро насыщается влагой. Насыщенный влагой водопроводя- щий фитиль 14 увеличивается в бесе, причем

5 предельное увеличение веса соответствует предельному насыщению заданного слоя почвы влагой, вследствие чего дальнейшая подача поливной воды на поле является нецелесообразной и проведение полива сле0 дует прекратить. Это состояние можно определить посредством предварительно оттарированного на разное содержание влаги в почве динамометра 8, Принцип тарировки заключается в определений на тот

5 или иной момент времени в межполивной период, а также в процессе полива положения ползунка 10 на шкале 9 динамометра 8 при отрыве им крышке 2 стопорного элемента 5 под воздействием приложенной к заце0 пу 6 направленной вертикально вверх силы (Р) и сопоставлении положения ползунка 10 с данными по средневзвешенной влажно- сти заданного слоя почвы, полученными, на-. пример, термостатно-весовым способом.

5 Изменение веса водопроводящего фитиля 14 в зависимости от содержания.влаги в почве обусловлено как водопоглощающи- ми свойствами фитиля 14, так и сосущей силой почвы, обусловленной адсорбцион0 ными, капиллярными и сомотическими я.в- лениями. Почва, полностью насыщенная влагой и не содержащая солей, имеет потенциал почвенной влаги, равной нулю. По мере иссушения потенциал возрастает и почва

5 приобретает способность при соприкосновении с чистой водой поглощать ее, всасывать в себя, Такая способность получила название сосущей силы почвы. Для сухой почвы сосущая сила достигает огромной величины - 10 атмосферы. По мере уменьшения содержания влаги в почве возрастает ее сосущая сила, так как увеличивается осмотическое давление почвенной влаги. Это ведет к оттоку влаги из водопроводящего фитиля 14 в почву с соответствующим уменьшением его веса. При увеличении же содержания влаги в почве осмотическое давление почвенной влаги уменьшается, что ведет уже к поглощению воды водопро- водящим фильтрам 14 и возрастанию его веса. Соответственно меняется и положение ползунка на динамометре, а следовательно, и оценка оператором содержания влаги в почве. Очевидно, что самое нижнее положение ползунка 10 на шкале 9 динамо- метра 8 будет соответствовать максимальному содержанию влаги в почве, означающему необходимость прекращения полива (на фиг.З, на шкале 9 динамометра 8 это положение отмечено буквами КП - конец полива). Очевидно также, что самое верхнее положение ползунка 10 будет соответствовать максимальному иссушению почвы, при котором содержание в ней влаги будет равно или близко максимальной гигроскопично- сти. Несколько ниже самого верхнего положения ползунка 10 содержание влаги в почве на шкале 9 динамометра 8 будет соответствовать предполивной влажности, т.е. влажности составляющей 65...70% по наи- меньшей влагоемкости почвы. При этом положение ползунка 10 следует начинать полив (на фиг.З на шкале 9 динамометра 8 это положение отмечено буквами НП). В промежутке между положениями ползунка

10 на шкале 9 динамометра 8 соответствующими КП и НП будут располагаться значения влажности почвы, исходя из которых оператор может планировать свою работу по проведению очередного полива во вре- мени (своевременная подача заявок на подачу воды, подготовка к приему воды временных оросителей, поливной арматуры и т.д.). Эти значения влажности почвы можно обозначить условно цифрами от 0 - нача- ло полива (НП) до 10 - конец полива {КП). Пользование такой шкалой будет удобно для оператора, который получит возможность оперативно оценивать имеющееся ко- личество влаги в почве и правильно организовывать свою работу по недопущению снижения влагозапасов в почве ниже допустимых пределов.

Съем показаний влажности почвы с сигнализатора проводят следующим образом.

Крюк 7 динамометра 8 вводят в зацепление с зацепом 6 стопорного элемента 5. Затем динамометр 8 посредством захвата

11 поднимают вертикально вверх, открывая стопорный элемент 5 от крышки 2, и фиксируют положение ползунка 10 на шкале 9 динамометра 8. В зависимости от положения ползунка 10 оператор принимает решение продолжать полив, прекращать полив, начинать полив, готовиться к проведению полива, планировать во времени проведение агромероприятий, дать команду на проведение послеполивных обработок почвы и т.д.

Сигнализатор влажности устанавливается один раз на типичном контрольном участке и работает в течение всего вегетационного периода в стационарном режиме. Лучше всего его устанавливать в местах, облегчающих доступ к нему для съема показаний, так как, например, в период проведения полива передвижение оператора к сигнализатору по насыщенной влагой почве будет затруднительным. В связи с этим сигнализатор целесообразно располагать, например, в концевой части поля, что позволит снимать показания влажности почвы с прибора, находясь на относительно сухой обочине поля с достаточной несущей способностью.

Размер сигнализатора влажности почвы определяется заданной глубиной про- мачивания почвы и может быть длиной, например, до 1000...1500 мм при внутреннем диаметре измерительного щупа 1, равном, например, 30...50 мм.

Изобретение может быть использовано также в целях водоучета. В частности, зная исходную влажность почвы, легко определить количество поданной на поле воды по формуле

,65(0,7)НВ.

где М - количество поданной на поле воды, м3/га;

НВ - количество воды в заданном слое почвы, соответствующее наименьшей влагоемкости;

0,65 (0,7) -. коэффициент предполивной влажности почвы.

Применение сигнализатора влажности почвы позволяет оперативно оценивать вла- гозапасы орошаемого поля в любой момент времени межполивного периода, экономно использовать оросительную воду, исключить ее перерасход, а также потери питательных элементов почвы на глубинную фильтрацию. Своевременная же подача воды на поле и своевременное прекращение полива позволяют улучшить водно-воздушный и питательный режим почвы и способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, использование изобретения позволяет улучшить организацию труда в орошаемом земледелии, так как дает

возможность планировать во времени проведение различных агромероприятий.

Достоинством сигнализатора влажности почвы является также простота в эксплуатации, несложность в изготовлении и надежность в работе.

Формула изобретения Сигнализатор влажности почвы, включающий сигнальный элемент и снабженный шкалой измерительный щуп для вертикального размещения на заданную глубину в почву, выполненный в виде снабженного крышкой полого трубчатого корпуса, в котором расположен оснащенный грузом влагочувствитель- ный элемент для контактирования с почвой на уровне среза нижнего торца корпуса, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения функциональных

возможностей, он снабжен установленным в корпусе каркасным узлом, внутри которого жестко закреплен влагочувствительный элемент, а в нижней части - груз, охватывающий

боковую поверхность влагочувствительного элемента, а на внутренней поверхности верхней части пол ого трубчатого корпуса выполнен кольцевой горизонтальный выступ, на который опирается крышка, имеющая в центре отверстие, через которое проходит гибкая тяга, связывающая каркасный узел со стопорным элементом, размещенным над крышкой и соединенным посредством зацепа с ползуном сигнального элемента, а качестве которого использован динамометр, проградуированный в единицах влажности почвы, а влагочувствительный элемент выполнен в виде охваченного сетчатым каркасом водопроводящего фитиля.

Or