Датчик влажности почвы

Сфюз Советскнк Соцналнстнчесннк Реслублнн(51)м, ,з 6 01 й 27/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 30,01,81%Ювв=. кий институт нефти и х ерба 1 Заявите(54) ДАТЧИК СТИ ПОЧВЫ 5 решением датчик вл типа, сод ент в вид дключенно ователь вническим является бционного ельный элепирали, п у и форми2) . техому Ближайши к предлагае ности почвы жащий чувст многовитков к автогенер ходного сиг 25 и й т Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к бипараметрическим датчикам,предназначеннымдляизмерения влажности почвы,Известен датчик влажности, реагирующий на влагу, сконцентрированнуюна листе электроизоляционного материала, например, стекла. Датчик содержит пару вилкообразных, входящихдруг в друга электродов, напечатанных на стекле. Электроды выполненыиз вязкой проводящей смеси стекловатого шлака и золота, палладия, платины или окиси металла, например,рутения. Датчик сохраняет постояннымсвое сопротивление в течении долгогосрока работы и мжет быть использован в устройстве, которое препятствует запотеванию стекол, или в вентиляторе 1 .Однако устройство сложно в изготовлении,Недостатками данного датчика является сложность схемы и конструкции.Кроме того, существование ряда Факторов (неравномерное распределение влагйв контролируемой. среде, наличие поверхностной влаги на чувствительном элементе и др,) сильно затрудняют или дажеделают невозможным применение этихвлагомеров для измерения среднегозначения влажности почвы.Цель изобретения - увеличение чувствительности и точности измерения.Для этого чувствительный элементвыполнен в виде печатной многовнтковой спирали, гальванически изолированной от контролируемой среды тонкимслоем диэлектрика с диэлектрическойпроницаемостью близкой или равнойк диэлектрической проницаемостипочвы с низким содержанием влагии обладающим большим с 90.На чертеже приведена схема датчика влажности почвы.Устройство содержит бипараметрический чувствительный элемент (ЧЭ) в виде ассиметричной относительного горизонтальной оси плоской многовитковой однослойной спирали (например, с грушевидной конфигурацией) 1,изо 800852формула изобретения лированной от контролируемой среды тонким слоем диэлектрика (основанием) 2 (например, фторопласта или стеклолакоткани толщиной 0,1 мм), автогенератор 3, генератор пилообразного напряжения 4, усилитель 5 и формирователь б выходных импульсов.Принцип работы ЧЭ основан на использовании суммарного эффекта от реакции наводимых в контролируемой среде токов смещения и вихревых тоМов. Это обусловлено тем, что изме-1 О нение влажности почвы приводит к изменению как ее электропроводности,так и диэлектрической проницаемости.При этом емкость между витками ЧЭ и границей раздела основание ЧЭ - -15 почва, определяются разностью диэлектрических проницаемостей почвы и основания:ЧЭ.В связи с тем, что диэлектрическая проницаемость подложки ЧЭ выб рана близкой или равной к диэлектрической проницаемости почвы с ма лым содержанием влаги, величина этой емкости при малой величине влажности контролиРуемой почвы, полу чается минимальной и межвитковая емкость определяется собственной емкостью ЧЭ. Кроме того, так как удельная электропроводность сухой почвы минимальна, то потери на вихревые токи тоже незначительны. Вследствие указанных причин добротность ЧЭ в этом максимальна. При увеличении влажности почвы увеличивается его диэлектрическая проницаемость и удельная электропроводность, что приводит к увеличению межвитковой емкости ЧЭ и активных потерь, В результате добротность ЧЭ уменьшается. При этом с увеличением тангенса угла потерь (Сд 0) подложки измене ние добротности ЧЭ от воздействия токов смещения наводимых в контролируемой среде, увеличивается. Поэтому для увеличения чувствительности датчика выбор материала подложки ЧЭ 4)5 осуществлен с учетом этого фактора, т.е. с большим сдб. Добротность ЧЭ получается обратно пропорциональной величине влажности 50 почвы, Влажность почвы распределена неравномерно (с увеличением глубины влажность растет) . Причем зта закономерность сохраняется для всего продуктивного слоя почвы (до 1 м) и определяется структурным составом 55 и другими свойствами почвы. Для отдельных массивов закономерность распределения влажности стабильна.С другой стороны зависимость добротности ЧЭ от влажности почвы имеет 60 также нелинейный характер. Для обеспечения однозначной зависимости добротности ЧЭ от среднего значения влажности в пределах контролируемой глубины конфигурация витков Ч выпол нека ассиметричной (например, грушевидной),ЧЭ включен в колебательный контур автогенератора 3, построенного на операционном усилителе интегрального исполнения. При этом в цепь отрицательной обратной связи усилителя,. с целью функционального изменения его коэффициента усиления, включен резистивный оптрон, управляемый генератором 4 пилообразного напряжения. Параметры элементов схемы автогенератора 3 выбраны такими, что при начальном положении (максимальном выходном напряжении) генератора 4 пилообразного напряжения и даже при максимальной добротности ЧЭ, условия его .самовозбуждения не обеспечиваются, На выходе формирователя, состоя- щегО из детектора-усилителя и триггера с одним устойчивым состоянием, сигнал отсутствует, С уменьшением выходного напряжения генератора 4 величина отрицательной обратной связи операционного усилителя авто- генератора 3 уменьшается, т.е. коэффициент усиления операционного усилителя увеличивается и условия само- возбуждения автогенератора обеспечиваются при соответствующих (меньших) величинах добротности ЧЭ.Таким образом, с уменьшением влажности почвы, т,е. с увеличением добротности ЧЭ, самовозбуждение авто- генератора 3 происходит при больших величинах выходного напряжения генератора 4, С увеличением же влажности почвы его самовозбуждение происходит при малых значениях выходного напряжения генератора 4, Время нахождения автогенератора 3 в режиме отсутствия колебаний в течение. каждого периода генератора пилообразного напряжения 4 (длительность выходного импульса формирователя 6) получается пропорциональной средней величине влажности почвы. Включение в цепь отрицательной обратной связи Оу автогенератора 3 оптрона (управляемого сопротивления) позволяет линеаризировать зависимость между длительностью выходных импульсов и влажностью почвы. Датчик влажности почвы, содержащий чувствительный элемент в виде многовитковой спирали, подключенной к автогенератару и формирователь выходного сигнала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увели- чения чувствительности и точности измерения,многовитковая спираль выполнена ассиметричной относительно горизонтальной оси и тонким слоем800852 Составитель А.Платоваедактор Е.Лушникова Техред Ж.Кастелевич Корректор Н. ПодписноСР 9/58 Тираж 918ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб Заказ 1040 4/5 Проектная, 4 диэлектрика с диэлектрическими свойствами, равными диэлектрическим свойством контролируемой среды,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе филиал ППП "Патент", г.Ужгоро 1, Патент Великобритании 91380667кл. 6 1 , 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 449290, кл. С 01 М 27/22, 1972