Датчик влажности почвы

(71) С структо ВАСХ (72) А. (53) 54 (56) Ба щуп Д в сель Всесоюз 122. ое проектно-конкое бюро СО пытич ециальное о ско-технолог еНИЛ Ф. Алейников .812 (088.8) бушкин Л, Н нестр - 1: Изм ком хозяйстве ного совещания Почвенныи ерительная(по мат . М 1967,лектротехникариаламс, 117 -ПОЧВЫ к сельскомуповышение ажности почльной влаж- нормированчный выклю, стержень Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И У СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ (57) Изобретение относится хозяйству, Цель изобретения - точности измерения. Датчик вл вы содержит датчик относите ности воздуха 13, пружину с ным усилием сжатия 19, коне чатель 6, отсекатель почвы из пористого материала в виде поршня 2 и фиксатор 22. Датчик относительной влажности воздуха 13 и конечный выключатель 16 установлены в корпусе 1 с возможностью сообщения со средой полости, ограниченной внутренним диаметром корпуса 1. В корпусе 1 размещены также нагреватель 9 из термометрического материала и отсекатель 21 из биметаллического материала. Фиксатор 22 установлен в корпусе так, чтобы обеспечить возможность фиксирования движения поршня 2 относительно корпуса 1. Через специальные продольные отверстия 30 и 31 в корпусе 1 нагреватель 9, датчик относительной влажности воздуха 13, конечный выключатель 16 с помощью выводов 10 и 11, 14 и 15, 17 и 18 подключены к электронно-преобразовательной части измерительного блока 29. Измерение влажности почвы производится по относительному изменению влажности воздуха каналом измерения относительной влажности воздуха. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при исследовании физических свойств почвы на полях с искусственным орошением,Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг. 1 представлена конструкция датчика влажности почвы; на фиг. 2 разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема выполнения измерительного блока.Датчик влажности почвы содержит корпус 1, поршень 2 с посадочными местами 3 - 6 цилиндрической формы, причем посадочные места 5 и 6 имеют углубления 7 и 8, нагреватель 9 с электрическими выводами 10 и 11 и теплоизоляционным кожухом 12, датчик 13 влажности воздуха в виде чувствительного кварцевого пьезосорбционного элемента с .электрическими выводами 14 и 15, конечный выключатель 16 с электрическими выводами 17 и 18, пружину 19, втулку 20, отсекатель 21 почвы, фиксатор 22, выполненный в виде конуса-искателя 23, пружины 24, упора 25, втулки 26 и ручки 27, стопорную шайбу 28 и измерительный блок 29.Корпус содержит отверстия 30 и 31 и углубление 32.Отсекатель 21, выполненный в виде фигурной шайбы из биметаллического материала, содержит с большим коэффициентом линейного расширения активный слой 33 и с меньшим по сравнению со слоем ЗЗ коэффициентом линейного расширения пассивный слой 34.Измерительный блок 29 (фиг. 3) содержит канал 35 измерения температуры, содержащий генератор 36 переменного напряжения, разделительные конденсаторы 37 - 41 сопротивления, нормированный усилитель 42 переменного напряжения, преобразователь 43 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 44 и цифровой индикатор 45, канал 46 измерения относительной влажности воздуха, выполненный из измерительного генератора 47, опорного генератора 48 с датчиком 49, идентичным датчику 13 относительной влажности, смесителя 50, нормированного преобразователя 51 частота-напряжение, АЦП 52 и цифрового индикатора 53; блок 54 управления, содержащий сигнальный элемент 55, реле 56 времени с переключателем 57, стабилизатор 58 постоянного тока, источник напряжения (клемма) 59,Корпус 1 (фиг, 1) выполнен в виде полого цилиндра с заостренным концом и с центральным внутренним отверстием). В цилиндре размещены поршень 2 с посадочными местами 3 - 6, пружина 18, втулка- фиксатор 20 и стопорное кольцо 28. Корпус снабжен выточкой, в которой размещены цилиндрический проволочный нагреватель 9 и полый теплоизоляционный кожух 12 из диэлектрического материала. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Диаметры отверстий нагревателя 9 и кожуха 12 равны диаметру отверстия корпуса 1 и обеспечивают продольное перемещение поршня 2 с посадочными местами3 и 4. Основание поршня 2 (посадочноеместо 3) выполнено из пористого материала, способного пропускать молекулы водыи задерживать твердые, не испаряющиекомпоненты почвы,Кожух 12 снабжен выточкой, где установлен биметаллический отсекатель 21 почвы.Во внутреннее отверстие корпуса 1 запрессована цилиндрическая полая втулка 20,внутреннее отверстие которой также обеспечивает продольное перемещение поршня 2 относительно корпуса 1,Внутри корпуса 1 установлена пружина19 с нормированным усилием сжатия, Дляудобства установки пружины 19 посадочныеместа 5 и 6 могут быть выполнены съемными, а посадочные места 3 и 4 изготовлены в виде единой неразборной деталивместе с центральным стержнем поршня 2.В корпусе 1 предусмотрено углубление 32,в котором установлены датчик 13 относительной влажности воздуха и конечный выключатель 16. После установки элементов13 и 16 углубление 32 заливается герметично.Молекулы испаряемой влаги поступаютк датчику 13 из корпуса 1 через специальное отверстие 30 корпуса 1. В отверстии 31корпуса установлен толкатель конечного выключателя 16,В корпусе 1 предусмотрено специальноеотверстие для установки механического фиксатора 22, содержащего конус-искатель 23с пружиной 24, которые устанавливаютсяи фиксируются в корпусе 1 путем запрессования втулки 26, а также содержит упор25 и ручку 27.Через специальные продольные отверстияв корпусе 1 нагреватель 9, датчик 13 относительной влажности воздуха, конечный выключатель 16 с помощью выводов 1 О - 11,14 - 15, 17 - 18 подключаются к электронно-преобразующей части измерительногоблока 29.Принципиальная схема измерительногоблока 29 представлена на фиг. 2.Канал 35 измерения температуры содержит генератор 42 переменного напряжения,преобразователь 43 переменного напряженияв постоянное, АЦП 44 и цифровой индикатор 45.Канал 46 измерения относительной влажности содержит измерительный генератор 4,опорный генератор 48, датчик 49 относительной влажности воздуха, аналогичныйдатчику 13 относительной влажности воздуха, смеситель 50, нормированный преобразователь 51 частота - напряжение,АЦП 52 и цифровой индикатор 53.Блок 54 управления содержит источник59 питания, сигнальный элемент 55, реле 56времени, переключатель 57, источник 58 стабилизированного напряжения 58.Датчик работает следующим образом. В исходном состоянии поршень 2 под воздействием пружины 19 своим основанием (посадочным местом 3) упирается в стопорное кольцо 28 и жестко фиксируется относительно корпуса 1 фиксатором 22, Это достигается путем поворота ручки 27 фиксатора 22 на угол 90, При этом конус-искатель 23 под воздействием пружины 24 сжатия заходит в углубление 8 посадочного места 6 поршня 2. Упор 25 входит в специальное углубление, выполненное на внешней поверхности корпуса 1. Фиксация необходима для преодоления сопротивления почвы при вводе корпуса на заданную глубину, при достижении которой фиксатор устанавливается в исходное состояние. Контроль глубины взятия почвенных образцов может осуществляться по специальным рискам, нанесенным на внешнюю поверхность корпуса. После достижения заданной глубины берется почвенный образец. Это достигается следующим образом.Оператор вворачивает или вдавливает корпус в почву. Почва, преодолевая сопротивление пружины 19, попадает во внутреннее отверстие корпуса 1, вызывая перемещение поршня 2 относительно корпуса 1 и заполняет освободившееся от поршня внутреннее пространство корпуса.Перемещение поршня 2 и заполнение корпуса 1 почвой происходит до того момента времени, пока посадочное место 4 не замкнет толкатель конечного выключателя 16 Расстояние между посадочными местами 3 - 6 выбраны таким образом, чтобы в момент срабатывания концевого выключателя 16 углубление 7 посадочного места 5 заняло положение посадочного места 6 в исходном состоянии, т. е. напротив фиксатора 22, и отверстие 30 находилось в контакте с воздушной средой, образованной посадочными местами 3 и 4 поршня 2. Концевой выключатель включает нагреватель 9, который находится в тепловом контакте с биметаллическим отсекателем 21 почвы и выдает сигнал о заполнении приемника почвенных образцов, который образован внутренней полостью нагревателя 9 и внешним торцом посадочного места 3 поршня 2.При повышении температуры происходит деформация отсекателя 21, он изгибается в сторону пассивного слоя 34 и перекрывает доступ почвы внутрь приемника почвенных образцов.Так как пружина 19 имеет нормированное усилие сжатия, то образец почвы будет иметь одинаковую плотность независимо от типа анализируемой почвы. Ввиду того, что посадочное место 3 поршня 2 проницаемо для молекул воды, т. е. испарившаяся при нагревании влага улавливается датчиком 13 относительной влажности воздуха, который при этом имеет сообщение со средой полости, ограниченной посадочными местами 3 и 4 поршня 2. Тепловой кожух 12 сводит к минимуму тепловые потери нагревателя 9 в процессе его работы,Так как нагреватель 9 выполнен изтермометрического материала, то имея информацию о температуре и изменении относительной влажности воздуха и времени нагрева, измерительный блок 29 рассчитывает влажность почвы автоматически или с помощью оператора. После окончания цикла измерения нагреватель 9 отключается, отсекатель 21, остывая, приходит в исходное состояние и под воздействием пружины 19 (или оператора путем перемещения поршня) исследуемая почва выталкивается из корпуса 1.(фиг. 2) происходит следующим образом.При замыкании концевого выключателя16 напряжение с клеммы 59 включает сигнальный элемент 55 и реле 56 времени блока 54 управления, которое своим переключателем 57 подключает нагреватель 9 к стабилизатору постоянного тока 58 и вызывает его нагрев. Измерение температуры ведется на переменном токе. При этом сопротивление нагревателя 9 включено в одно из 30 плеч измерительного моста, образованного сопротивлениями 39 - 4 и запитанного от генератора 36 переменного тока через разделительный конденсатор 37.Напряжение с измерительной диагоналимоста через разделительный конденсатор 38 35 поступает на вход усилителя 42, Сигнало измеряемой температуре усиливается, нормируется в соответствии с принятой шкалой усилителем 42, преобразовывается в постоянное напряжение с помощью преобразователя 43, а затем преобразовывается в код с помощью АЦП 44 и информация о температуре отображается на цифровом индикаторе 45.Измерение относительной влажности воздуха производится следующим образом.4 Измерительный генератор 47 формируетчастоту в зависимости от количества абсорбируемой влаги на чувствительном пьезосорбционном элементе, аналогичном датчику относительной влажности воздуха 13. Для исключения изменений относительной влажности воздуха окружающей среды в измерительную схему 29 введен идентичный опорный генератор с идентичным датчику 13 датчиком 49 относительной влажности воздуха. Частоты с опорного генератора 48 и измерительного генератора 47 поступают на 55 вход смесителя 50 и разностная частота свыхода смесителя 50 несет информацию овлажности почвы. Эта разностная частота преобразовывается в постоянное напряжениеи соответственно нормируется преобразователем 51. Затем эта информация с помощью АЦП 52 преобразуется в код и отображается на цифровом индикаторе 53. Реле 56 времени задает необходимый интервал времени нагрева, после истечения которого реле отключает нагреватель 9 с помощью переключателя 57 от стабилизатора 58 постоянного тока, Компенсация дополнительной погрешности измерения влажности от воздействия температуры в данном случае производится вручную оператором по показаниям цифрового индикатора 45 канала 35 измерения температуры.Формула изобретения 1. Датчик влажности почвы, содержащий цилиндрический полый корпус, внутри которого расположен стержень, фиксатор, приемник для почвенных образцов и измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены датчик относительной влажности воздуха, установленный у основания корпуса, нагреватель, пружина с нормированным усилием сжатия, конечный выключатель и отсекатель почвы, а стержень выполнен в виде поршня с посадочными местами цилиндрической формы одного диаметра с возможностью продольного перемещения относительно корпуса, причем электрические выводы датчика относительной влажности, нагревателя и конечного выключателя соединены с входами измерительного блока.2. Датчик по и. 1, отличающийсятем, что основание поршня выполнено из пористого влагопроницаемого материала.3 Датчик по пп 1 и 2 отличающийся тем, что нагреватель размещен внутри корпуса и выполнен из термометрического материала в виде полого цилиндра, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса, причем нагреватель находится в тепловом контакте с приемником почвенных образцов.4. Датчик влажности почвы по пп. 1 - 3,отличающийся тем, что фиксатор установлен в корпусе с возможностью фиксирования движения поршня относительно корпуса.5. Датчик по пп. 1 - 4, отличающийся 20 тем, что датчик относительной влажностивоздуха и конечный выключатель установлены в корпусе с возможностью сообщения со средой полости, ограниченной внутренним диаметром корпуса.6. Датчик по пп. 1 - 5, отличающийсятем, что отсекатель почвы установлен в корпусе и выполнен из биметаллического материала.с т выдк мчи открытии ектная, 4 Произв Редактор Заказ 110 ВНИИПИ Ти ого коми осква, Ж рафическтавитель А. Сапож ред И. Верес аж 66 ета СССР по делам - 35, Раушская на е предприятие, г. Уж ковКорректор МПодписноезобретений ид. 4/5ород, ул. Про