Датчик для определения гидрофизических характеристик грунтов Советский патент 1982 года по МПК E02D1/00 G01N27/40 

(54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в сельском хозяйстве и строительстве.

Известен датчик для определения гидрофизических характеристик грунтов, включающий гипсовый экран с заполнителем с помещенными в него электродами, которые электрическими проводами соединены с измерительным прибором.

В качестве заполнителя используют ионообменные смолы, например, КУ-2, АН-2Ф, насыщенные ионами 1.

Недоста1тком этого датчика является ограниченный диапазон исследования и кратковременный характер их применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является датчик для определения гидрофизических характеристик грунтов, включающий пористый наконечник, соединенную с ним посредством заполненной жидкосРью тензометрической трубы, измерительную систему и блок управления 2.

Недостатком этого датчика является низкая точность исследования и ограниченный диапазон применения по грунтовым условиям.

Цель изобретения - повыщение точности и диапазона исследования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном датчике для определения гидрофизических характеристик грунтов, включающем пористый наконечник, соединенную с ним посредством заполненной жидкостью тензометрической трубы, измерительную систему и блок управления. Пористый наконечник выполнен составным из внутренних и

10 внешних секций, разделенных между собой водонепроницаемой перегородкой и полупроницаемой мембраной и снабжен дополнительной тензометрической трубой с жидкостью, связанной с измерительной системой, и парными электродами, размещенными во

15 внещней и внутренней секциях, расположенных с одной стороны наконечника и связанными с блоком управления, причем измерительное приспособление снабжено рычажной системой с запорными крыщками, взаимодействующими с торцами тензометрических

трубок, каждая из которых установлена соответственно во внещней и внутренней секциях, расположенных с другой стороны наконечника, при этом парные электроды внешней секции наконечника оснащены парными электродами. На чертеже изображен предлагаемый датчик. Датчик включает пористый наконечник 1, разделенный на внутренние секции 2 и 3. и внешние секции 4 и 5 водонепроницаемой перегородкой 6 и полунепроницаемой мембраной 7, например, из осадочной пленки. В секциях 2 -и 4 установлены парные электроды 8, 9 и 10, связанные проводами И с блоком 12 управления, а в секциях 3 и 5 установлены тензометрические трубы 13 и 14 соединенные с измерительной системой 15, оборудованного мембраной 16, ползунком 7, реостатом 18, запирающими крышками 19 и 20, связанные двуплечим рычагом 21 на опоре 22. Измерительная система 14 связана проводами 23 с блоком управления. Датчик работает следующим образом. Датчик погружают в грунт. С электродов 8, 9 и 10 снимают показания электропроводности соответственно внутренней секции 2, внешней секции 3 пористого наконечника и грунта. Причем, вследствие наличия полунепроницаемой мембраны 8, обладающей свойствами осмотической решетки, концентрации солей во внутренней части пористого наконечника 1 равна нулю, а в его внешней части вследствие диффузии ионов, равна концентрации растворенных солей грунта. По величине разницы показаний электропроводности с электродов 8 и 10 определяется концентрация растворенных солей грунта. Кроме того, величина разницы показаний с этих электродов является поправкой от влияния солей на показания с электродов 9 в грунте, с учетом которой измеряется его влажность. Таким образом, с измерительной аппаратуры блока 12 управления, соединенной с электродами 8, 9 и 10, соответствующими, известным способом снимаются показания, характеризующие влажность грунта с учетом концентрации растворенных солей. Разница показаний электропроводности, полученных с электродов 8 и 9, обусловлена различной пористостью исследуемого грунта и наконечника, а также их различной физико-химической природой. Но так как влияние физико-химической природы материала постоянно и легко учитываемо, а пористость наконечника 1 заданная величина, то разница показаний с электродов 8 и 9 на соответствующей, шкале измерительной аппаратуры блока 12 управления определяет данные о пористости исследуемого грунта в данной точке. Вследствие того, что температура во всех местах датчика, где замеряется электропроводностью, одинакова, на разность показаний, полученных с электродов, влиянием температуры пренебрегают. В первом положении, когда подпружиненная крышка 20 под действием пружины запирает тензотрубку 14, а трубка 13 открыта, разрежение от последней действует на мембрану 16, вызывает перемещение связанного с ней ползунка 17 по реостату 18, сигнал с которого по проводам 23 поступает к измерительной аппаратуре блока 9 управления. При этом с нее снимаются показания о всасывающей силе грунта вместе с силой осмотического притяжения воды влаги .растворенными солями, за полупроницаемой мембраной 7. При поступлении электрического сигнала по проводам 23 из блока 12 управления крышка 19 соленоидного типа притягивается к тензометрической трубке 13 и соответственно через двуплечий рычаг 21 открывается трубка 14, которая дает показания о всасывающей силе грунта. Разница показаний от тензометрических трубок 13 и 14 дает информацию о влиянии засоления на поступление влаги к растениям. Перегородка 6 препятствует искажению показаний с электродов из-за поступления воды из тензотрубок. Таким образом, наличие полупроницаемой мембраны (ос.мотической решетки), трех пар электродов, находящихся в разных условиях, тензометрических трубок с запорными крышками, обеспечивает постоянную, более достоверную о влажности грунтов, их всасывающей силе, пористости и концентрации растворенных солей, вследствие надежности осмотической решетки, как ограждения электродов и тензотрубки во внутренней части пористого корпуса от влияния концентрации растворенных солей и сопоставления показаний снятых с электродов и тензотрубок. Датчик для определения гидрофизических характеристик грунта по сравнению с известным не требует расхода ионов, более долговечен, дополнительно дает показания о всасывающем давлении, о пористости грунтов и концентрации растворенных солей, более точные данные о влажности независимо от типа грунта, что имеет большое значение при разработке математических моделей прогнозирования водного режима в грунтах, в частности, в условиях выращивания растений способом гидропоники. Формула изобретения 1. Датчик для определения гидрофизических характеристик грунтов, включающий пористый наконечник, соединенную с ним посредством заполненной жидкостью тензометрической трубы, измерительную систему и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повыщёния точности и диапазона исследований, пористый наконечник выполнен составным из внутренних и внешних секций, разделенных между собой водонепроницаемой перегородкой и полупроницаемой мембраной и снабжен дополнительной тензометрической трубой с жидкостью, связанной с измерительной системой и парными электродами, размещенными во внешней и внутренней секциях, расположенных с одной стороны наконечника и связанными с блоком управления, причем измерительное приспособление снабжено рычажной системой с запорными крышками, взаимодействующими с торцами тензометрических трубок, каждая из которых установлена соответственно во внешней и внутренней секциях

расположенных с другой стороны наконечника-.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 553563, кл. G 01 N 1/11, 1977 (прототип).