Устройство для измерения влажности почвы Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к диэлько 1етрии сыпучих материалов.

Известно устройство для измерения влажности почвы, содержащее емкостный датчик и измерительное устройство 1.

Однако показания данного устрой- ства зависят от плотности почвы

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения влгикности почвы, содержащее емкост- , ный датчик, выполненный в виде набора пустотелых штанг с расположенными в нижней части последней штанги измерительным и компенсационным конденсаторами, коаксиальным кабелем, расположенным внутри штанг и соединякнцим датчик с измерительным устройством 2.

Известное устройство не позволяет одновременно измерять плотность поч вы, хотя и содержит компенсационный конденсатор, емкость которого пропор;циональна плотности. Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена . регистрация температу1ил почвы для введения температурной поправки, а соединение датчика с измерительным .устройством через коаксиальный кабель (в связи с тем, что измерение

производится на а11сокой частоте), который располагается внутри пустотелых штанг с использованием разъемных высокочастотшлх соединений, не позволяет использовать дополнительное количество кабелей без существенного усложнения конструкции.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей

10 без существенного усложнения конструкции, а именно дополнительной регистрации температуры и плотности. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения влаж15ности почвы, содержащее емкостный датчик, выполненный в виде набора Пустотелых штанг с расположенными в нижней части последней штанги измерительным и компенсационным кон20денсаторами, краксиальньах кабелем, расположенным внутри штанг и соединяющим датчик с измерительным устройством, в емкостный датчик введены четыре диода,два дросселя, причем

25 все диоды включены последовательно, к катоду п.ервого и аноду четвертого диодов подсоединены один из вывЬдов дросселей, анод первого и катод второго диодов соединены с одним из

30 электродов компенсационного конденсатора, анод второго и катод третьего диодов соединены с центральной жилой коаксиального кабеля, анод третьего ,и катод четвертого диодов соединены с одним из электродов измерительного Конденсатора, вторые электроды измерительного и компенсационного конденсаторов и выводы дросселей соединены с экраном коаксиального кабеля. Входная цепь измерительного устройства, содержащего схему управления, схему регистрации емкости,схему регистрации напряжения, выполнена в виде дросселя, разделительного конденсатора, управляемого стабилизатора тока,причем управляющий вхрд стабилизатора тока соединен со схемой управ ления , выход управляемого стабилизатора тока соединен с одним из выводо дросселя и схемой регистрации напряжения , другой вывод дросселя соеди нен с одним из выводов разделительного конденсатора и центральной жило коаксиального кабеля, второй йывод конденсатора соединен со схзмой регистрации емкости. Введение в известный емкостный датчик для измерения влажности почвы четырех диодов (р - i - п-диодов), двух дросселей и выполнение входной цепи измерительного устройства,содёр жащего схему управления, схему регистрации емкости, схему регистрации напряжения, в виде дросселя, разде- лительнрго конденсатора, управляемог стабилизатора тока с соответствующими связями позволяет расширить функциональные возможности,а именно дополнительно регистрировать темпера туру путем регистрации падения напря жения на диодах в прямом включении и плотность путем измерения емкости ко пенсационного конденсатора. Применение р - i - п-диодов обусловлено тем, что эти диоды выполняют функцию электронного коммутатора и обладают лучшими частотными характеристиками в режиме переключения ВЧ сигналов в отличие от диодов с р- п-пе реходами. На фиг. 1 приведено конструктивно выполнение устройства для измерения влажности почвы; на фиг. 2 - электри ческая схема устройства. Устройство содержит набор пустотелых штанг 1 и 2, с расположенHbtt.«i в нижней части последней штанги 2 датчиком, состоящим иэ измерительного конденсатора, выполненного в виде шнеков 3, компенсационного конденсатора, выполненного в виде двух элект родов 4 и 5, упругого элемент а, ВЫПШ1 ненного в виде пружины б конусного наконечника 7, дросселя 8, p-i-n-дио дов 9, коаксиального кабеля 10 и кабеля 11, расположенного внутри пусто телых штанг 1 и 2, коаксиальных разъемов 12 и измерительного устройства 13. Электрическая схема устройства (фиг, 2 состоит И9-датчика 14,содержащего четыре последовательно соединенных р - i - п-диода ypl-VD4, два дросселя L1, L2, измерительный конденсатор С, компенсационный конденсатор Ср, коаксиальный кабель 10, коаксиальные разъемы 12, измерительного устройства 13, содержащего вход-, ную цепь 15, выполненную в виде управляемого стабилизатора тока 16, дросселя L3, разделительного конденсатора С1, а также схему управления 17, схему регистрации напряжения 18, схему регистрации емкости 19, Коаксиальный кабель 10, расположенный внутри штанг, образован из центральной жилы, зафиксированной посредством шайб и внутренней стенкой штанг, выполняющихфункцию экрана коаксиального кабеля. Конусный наконечник 7 (фиг, 1) через стержень 2 соединен с электродом 4 компенсационного конденсатора. Между конусным наконечником 7 и электродом 4 расположен упругий элемент (пружина) б. На внешней стороне штанги 1 расположены р - i - п-диоды 9, выполняющие одновременно функцию датчика температуры. Устройство работает следующим образом. При введении датчика в почву путем вращения штанг 1 и 2 конусный наконечник 7 под Действием реакции давления почвы перемещается вдоль штанги.2 и перемещает электрод 4 относительно электрода 5, изменяя емкость компенсационного конденсатора, образованного электродами 4 и 5, При перемещении конусного наконечника сжимается пружина б. Сила реакции пружины 6 на конусный наконечник 7, а следовательно, и емкость компенсационного конденсатора 4 и 5 пропорциональна плотности. Емкость измерительного конденсатора, образованного шнековыми электродами 3, пропорциональна влажности почвы, находящейся между шнековыми электродами. Температура р - i - п-диодов 9, а следовательно, и падение прямого напряжения на р - i - п-диодах 9 пропорциональна температуре почвы. Значения температуры, влажности и плотности регистрируются устройством 13, подключенным через коаксиальный кабель 10, При подаче сигнала Лог, 1 на управляющей вход управляемого стаби-. лизатора тока 16 (фиг, 2) последний формирует ток положительной полярности, стабилизированный по величине, При этом диоды VD1 и VP2 оказываются в прямом смещении (внутреннее сопротивление р - i - п-диодов является минимальным) и компенсационный конденсатор С р подключается к схеме регистрации емкости 19 через разделительный конденсатор С1, Разделительный конденсатор С1 предназначен для устранения влияния прямого падения напряжения на диодах при протекании через них постоянного тока. Компенсационный конденсатор С и разделительный конденсатор С1 вклю чены последовательно. Учитывая, что С1 С р и диодал VD3 и VD4 включены в обратном смещении (сопротивление диодов велико и измерительный конден сатор С отключен), схема регистрации емкости 19 регистрирует величину емкости С р, т.е. значение плотности . При подаче на управляющий вход управляемого стабилизатора тока 16 сигнала Лог. О, последний форАшру ток отрицательной полярности,стабнлизированный по величине. При этом диода VD1 и VD2 оказываются включен ными в обратном смещении, а диоды . VD3 и VD4 в прямом и к схеме регист рации емкости 19 через разделительгели конденсатор С1 подключается измерительный конденсатор С . Учитывая, что С 77 С схема регистрации емкости регистрирует величину емкости С, т.е. значение влажности. Дроссель L3 предназначен для фильтр ции высокочастотного напряжения, появляющегося на конденсаторе С1 при работе схемы регистрации еьвсости Гй)ямое падение напряжения на диодах при стабилизированной величине протекающего тока, пропогщиональное температуре диодов(т.е. почвы), поступает на вход схемл регистрации напряжения 18. Таким образом С f(P) при 1 О С f(W) при 1 О и f(t«C) где С - емкорть, регистрируемая схемой регистрации емкости; Р - плотность почвы; W - влажность почвы; и - напряжение, регистрируемое схемой регистрации напряжения;t,С - температура почвы. .Применение предлагаемого устройст ва позволяет использовать получае1Ф1е дан шла о температуре и плотности поч вы как для введения поправки при более точном определении влажности поч вы, достичь более высокой скорости измерения, уменьшить знергопотребление, уменьшить трудоемкость измерени так и использовать значение темпера- туры и плотности почвы как самостоятельные параметры, необходимые при .проведении различных агротехнических работ. Формула изобретения 1.Устройство для измерения влажности пбчкл, содержащее емкостный датчик, выполненный в виде набора пустотешох штанг с расположенными в нижней части последней штанги измерительшяк и компенсационным конденсаторами, коаксиалыгол кабелем, расположенным внут штанг и соединяю1Ф1.М датчик с измерительным устройством, отличающееся тем, что, с целью рааоирения функциональ№лх возможностей, в емкостный датчик введены четыре диода, два дросселя, причем все диоды включены последовательно,- к катоду первого и аноду четвертого диодов подсоедщнеил один из выводов дросселей, анод первого и катод второго диодов соединены с одним из электродов .компенсационного конденсатора, анод второго и третьего диодов соединены с центргшьной жилой коаксиального кабеля, анод третьего и катод четвертого диодов соединены с одним из электродов измерительного конденсатора, электрода измерительного и компенсационного конденсаторов и выводы дросселей соединены с экраном коаксиального кабеля. 2,Устройство по П.1, отличающееся r&ti, что входаая цепь измерительного устройства, содержащего схему управления, схему регистрации емкости, схему регистрации напряжения, выполнена в виде дросселя, разделительного конденсатора, управляемого стабилизатора тока, причем управляишщй вход стабилизатора тока соединен со схемой управления,выход управляемого стабилизатора тока соединен с одним из выводов дросселя и схемой регистрации напряжения, другой вывод дросселя соединен с одним из выводов разделительного конденсатора и центральной жилой коаксиального кабеля, второй вывод конденсатора соединен со схемой регистрации емкости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 518707, кл. G 01 N 27/22, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 3235935/18-25, кл. П 01 N 27/22, 14.01.81 (прототип).

iO

VU8. 1 СП

Ч3иг2 -