Тепловой преобразователь потенциала влаги почвы Советский патент 1982 года по МПК G01N25/56 

(54) ТЕПЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОТЕНЦИАЛА

f

Изобретение ртноситсй к измерительной технике, а именно к влагометрии и может быть использовано в . устройствах, предназначенных для измерения потенциала влаги в почвах

Известны тепловые преобразователи потенциала влаги почв, содержащие термистор с окружающим его проволоч-. ным нагревателем, заключенные в гипсовый пористый блок, При помещении теплового преобразователя в почву в результате свободного влагообмена пористей блок напитьшаетсй влагой, и через некоторое время потендиалы влаги в преоС разователё и в окружающей, его почве выравниваются. При пропускании тока через нагревательный элеме нт температура термочу1вст вительного элемента растет. Скорость росуа температуры зависит от дссеяййя тепла в блок, и, еле доввтельно от влагосодержания и соответствующего ему потенциала влаги внутри пористого блока. Указанная скорость -роста температуры и прини1мается за меру величины потенциала влаги почвы. Различие скоростей роста температуры при изменении величи,ны влажности пористого блока от влагонасыщенного до воздушносухого ВЛАГИ ПОЧВЫ

характеризует чувствительность теплового преобразователя и зависит, в основном, от материала, из которого выполнен пористый блок 1.

Недостатками такого преобразователя, помимо невысокой чувствительности, являются низкая стабильность Характеристик из-за постепенного разрушения гипсового блока под дейtoствием влаги и его малая механическая прочность.

Известен тепловой преобразователь, в котором используется пористый блок из керамики, в центре кото15рого располагается термистор, служащий одновременно нагревателем и термочувствительньам элементом; Механическая прочность я стабильность ха-, рактеристик этого преобразователя

20 значительно выше 2

Однако чувствительность данного преобразователя не превышает 1,5. Кроме того, применение термистора

25 приводит к зависимости показаний преобразователя от температуры почвы,

Наиболее близким техническим решением к изобретению является тепловой преобразователь, содержащий полу30проводниковый диод с нагревательной спиралью, размещенной в пористом блоке. При пропускании тока нагрева через спираль тепловая волна распространяется в пористый блок, изме няя температуру полупроводникового диода, который служит термочувствительным элементом 3. Однако чувствительность известно го преобразователя мала и не превышает 2. Целью изобретения является позы шение чувствительности теплового преобразователя потенциала влаги почвы. Эта цель достигается тем, что пористый блок преобразователя, содержащего полупроводниковый диод с нагревателем, выполнен из порошкообразного абразивного материала (наполнитель) с высокой теплопроводностью, заключенного во влагопроницаемую оболочку. Влагопроницаемая оболочка необходима для обеспечения механической прочности преобразователя и выполнена в виде цилиндрического стакана из пористой керамики. Наполнителем служит абразивный порошок, изготовленный из какого -либо одного вида материала: электрокорунда, кварца, карбида бора или алмаза с размерами частиц от единиц до сотен микрон, т. е. размерами, соответствующими естественной дисперсности большинст ва почв. . На чертеже схематически изображе предлагаег мй преобразователь. Влагопроницаемая оболочка 1, выполненная из пористой керамики, заполнена кварцевым порошком 2. В цен ре блока расположены проволочный никелевый термочувствительный элемент 3 и нагревательная спираль 4 из нихрома. Тепловой преобразователь перед измерениями вводят в почву. Для измерения потенциала влаги через нагрёвательный элемент 4 преобразователя пропускают ток и определяют скорость роста температуры термочувствительного элемента 3, например, по величине изменения его сопротивления, В сухой почве рассеяние тепла от нагревательного элемента мало из-за большого контактного теплосопротивления между частицами кварца, В этом случае скорость роста температуры, а следовательно, изменение сопротивления термочувствительного элемента велико. Во влажной почве, под действием почвенной влаги, заполняющей поры между частицами, порошок насыщается до равновесного значения влагосодержания, тепловой контакт между частицами улучшается, возрастает отдача тепла от нагревательного элемента и, соответственно, уменьшается, скорость .роста температуры термочувствительного элемента. Стабильность характеристик преобразователя достигается за счет высокой твердости частиц, обеспечивающей постоянство контактов между частицами, а значит, контактного теплосопротивления. Чувствительность предлагаемого преобразователя, характеризуемая отношением скоростей роста температуры термочувствительного элемента для сухого и полностью влагонасыщенного состояний, достигает 10 - 15, что в 5 - 10 раз больше, чем у известных тепловых преобразователей. Формула изобретения Тепловой преобразователь потенциала влаги почвы, содержащий полупроводниковый диод с нагревательной спиралью, размещенной в пористом блоке, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пористый блок выполнен из абразивного порошкообразного материала с высокой теплопроводностью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика почв. Л., Гидррметеоиздат, 1969, с. 190. 2.B oodworth М.Е. and Page Э.в. Soif sci, soc. Amer Proc,, 1957, vof. 21, 1, p. 11 - 15. З.РЬепе С. Э, , Hoffman, G.3, , Rau6ins S.L. Soif sci, soc.Amer. Proc., 1971, vpt. 35, p. 27 - 33 (прототип).