Способ определения плотности почвы и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 КЗЗ 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИПОЧВЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Для повышения точности определенияплотности почвы предлагается в способе,предусматривающем продувку почвенногообразца воздухом и измерение измененияфизического параметра воздушного потокапри прохождении его через почвенный образец, в качестве физического параметраизмерять давление воздушного потока Р, а Ъплотность почвы рп определять по формуле рп = а+ Ь Л Р, где Л Р - изменение давления воздушного потока при его прохождении через почвенный образец, кПа. Используемое при атом устройство состоит из рессивера 1 для нагнетания воздуха, газового редуктора 2 для регулирования давления возд гха в системе. воздухоотводящей трубки Зсоединенной гибким шлангом 4 со стаканом 5, имеющим ограничительное кольцо 6, На трубке 3 на расстоянии 15 - 20 см от редуктора установлен датчик 8 давления, сигнал от которого поступает в блок 9 регистрации и вычисления, При осуществлении способа замеряют давление в системе трубка - гибкий шланг - стакан до погружения стакана в почву, а затем пбсле погружения его в почву. С помощью датчика давленич в блоке регистрации и вычисления регистр руют изменение давления в системе и вычисляют плотность почвы. 1 табл., 2 ил,Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к почвеннымисследованиям,Цель изобретения - повышение точности способа и снижение его трудоемкости. 5На фиг.1 приведена схема устройствадля определения плотности почвы; на фиг.2- структурная схема блока регистрации ивычисления;Предлагаемый способ предполагает определение плотности почвы путем измерения разницы между статИческим давлениемвоздуха, выходящего йепосредственно в атмосферу, и статическим давлением воздуха,установившемся в системе трубка - гибкий 15шланг - стакан - почва, причем плотностьпочвы определяется на основании экспериментальной зависимости - уравнения регрессии, связывающей перепад давлений иплотность почвы, Уравнение регрессии имеет вид р=а+ЬЛР,где рл - плотность почвы, г/смз; 25а и Ь - коэффициенты;Л Р - разница статических давлений,МПа,Это уравнение получается на основании данных синхронного измерения перепада давлений в системе и плотности почвы,т.е, взятия образцов почвы буром Некрасова с последующей их сушкой и взвешиванием,Устройство состоит из рессивера 1, который служит для накопления воздуха, Газовый редуктор 2 установлен на рессивере1 и служит для создания постоянного давле-.ния выходящего воздуха, Воздухопроводящая трубка 3 соединена гибким шлангом 4 40со стаканом 5, имеющим ограничительное.кольцо 6, Стакан 5 служит для нагнетаниявоздуха в почву 7, На трубке 3 на расстоянии15 - 20 см от редуктора установлен датчикдавления 8, который служит для измерения 45статического давления воздуха, выходящего непосредственно в атмосферу, или установившегося в системе трубка - гибкийшланг - стакан - почва. Сигнал от датчикадавления 8 поступает в блок регистрации и 50вычисления 9, построенного на базе микропроцессора. Данный блок 9 служит для перевода электрического сигнала от датчикадавления 8 в абсолютное значение статического давления, устанавливаемого в системе трубка - гибкий шланг - стакан - почва,а затем подстановки полученного значенияв уравнение дляполучения значения плотности исследуемого образца почвы,Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом;Воздух под высоким давлением находится в рессивере 1. Выходя из рессивера через газовый редуктор 2, воздух имеет постоянное давление. Далее воздух поступает через трубку 3 и гибкий шланг 4 в стакан 5, Для определения плотности почвы 7 на исследуемом участке поля в слое, ограниченном кольцом 6, датчиком давления 8 измеряется давление воздуха до и после погружения стакана 5 в почву 7, Сигнал от датчика 8 давления поступает на вход блока 9 регистрации и вычисления, где электрический сигнал переводится.в абсолютное значение разницы статического давления воздуха Л Р, а затем определяется плотность почвы р по уравнению регрессиир = = а + Ь Ь Р, где а и Ь - коэффициенты. Уравнение регрессии занесено в программу работы блока регистрации и вычисления 9 для каждого типа исследуемых почв,Для осуществления способа необходимо нагнетать воздух в систему под постоянным давлением, Ввиду того, что предлагаемый способ приемлем для определения плотности почвы в полевых условиях, то возникает необходимость использования для этих целей воздушного рессивера трактора. Для нагнетания воздуха в систему трубка - гибкий шланг - стакан под постоянным давлением используется газовый редуктор, который позволяет получать на выходе постоянное. давление воздуха ниже давления воздуха в рессивере) независимо от колебаний давления воздуха в рессивере, связанного с работой предохранительного клапана. Так, например, у трактора МТЗпредохранительный клапан открывается для сброса воздуха в атмосферу при превышении давления воздуха в рессивере 0,8 МПа и открывается для подачи воздуха в рессивер от компрессора при падении давления до 0,6 МПа, вследствие чего в воздушном рессивере невозможно поддерживать постоянное давление воздуха. Давление воздуха, установившегося в системе трубка - гибкий шланг - стакан при погружении последнего в почву через 5.10 с будет пропорционально плотности почвы, так как чем плотнее почва, тем ниже ее воздухопроницаемость, тем выше давление в системе трубка - гибкий шланг -стакан, и наоборот.Для того, чтобы исключить влияние изменения атмосферного давления на результаты измерения, перед каждым погружением стакана в почву измеряют давление воздуха в системе трубка - гибкий шланг - стакан, выходящего непосредственно в атмосферу. Следовательно, разница давлений в системе трубка - гибкий шланг - стакан Ь Р до и после погружения стакана в почву является аналогом плотности почвы, Для того, чтобы перевести значение разницы давления воздуха Л Р в значение плотности почвы нами было получено уравнение регрессии по минимуму квадрата ошибки на основе измерения разницы давления воздуха Л Р в системе трубка - гибкий шланг - стакан до и после погружения стакана в почву и одновременного определения плотности почвы стандартным методом путем взятия ее образцов буром Некрасова с последующим их взвешиванием и сушкой в том же месте, где измерялась разница давления Л Р.Были проведены исследования способа на полях, где преобладают тяжелосуглинистые почвы, и также на полях с преобладанием опесчаненного суглинка. Исследования проводились в 1988 г. после поднятия зяби. При исследованиях использовался трактор МТЗв первом случае и МТЗво втором, Давление воздуха на выходе редуктора составляло 0,2 МПа или 200 КПа, В таблице приведены данные соответствия разницы давления Л Р и плотности почвы р для каждого типа почв, полученные уравнения регрессии и коэффициента взаимной корреляции.Высокие значения коэффициентов взаимной корреляции говорят о достаточной степени достоверности определения плотности почвы предлагаемым способом при значительном снижении времени, необходимого для определения плотности почвы в полевых условиях, На одно измерение затрачивается 12 мин.Значительно сократить время, необходимое для проведения измеренияплотности почвы предлагаемым способом,. позволяет применение в предлагаемом устройстве блока регистрации и вычисления, выполненного на микропроцессорной основе (фиг,2).Блок регистрации и вычисления шинной структуры выполнен на базе микропроцессора 1 (БИС КР 580 ИК 80). Кроме того, блок содержит программную память в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, устройство ввода-вывода информации (УВВ), генератора 4 тактовых импульсов, схему генерации сигналов (ГСУ) 5 и дешифратор сигналов (ДС) 6, ПЗУ 2 блока состоит из двух БИС 573 РФ 5, каждая из которых содержит по 2 кбайта информации, ОЗУ 3 выполнен на БИС 573 РУ 10, объем памяти которой 2 кбайта, Генератор 4 тактовых импульсов вырабатывает управляющие 5 сигналы, обеспечивающие определеннуюпоследовательность операций микропроцессора 1, Команды управления, по которым работает микропроцессор 1, хранятся в ПЗУ 2, Данные для обработки и результаты вы числений хранятся в ОЗУ 3. Для связи микропроцессора 1 с внешними устройствами служит устройство ввода-вывода информации (УВВ). УВВ включает устройство связи с датчиком 7, устройство 8 связи с опе ратором, Устройство связи с датчиком7 выполнено на базе параллельного программируемого интерфейса КР 580 ВВ 55 А. В устройство связи с датчиком 7 поступают сигналы от аналого-цифрового 20 преобразователя (АЦП) 9 К 1113 ПВ 1, который преобразует аналоговый сигнал от датчика 10 давления в цифровой код.Устройство связи с оператором 8 выполнено на базе БИС 580 ВВ 79, которая обеспе чивает вывод результатов обработкиинформации на информационное табло и ввод с клавиатуры необходимых команд, ДС 6 при сигнале "Запись данных", вырабатываемых ГСУ 5, выводит данные в шину дан ных и при сигнале "Чтение данных"принимает сигналы из шины данных, Логика работы блока регистрации и вычисления полностью определяется программой, хранимой в ПЗУ 2.35 Размещение датчика давления на трубке позволяет избежать механические повреждения датчика давления и проводов, соединяющих его с блоком регистрации и вычисления, которые могли бы произойти в 40 случае размещения датчика давления нагибком шланге или стакане. Расстояние 20 см от редуктора позволяет с достаточной степенью точности судить о воздухопроницаемости почвы, а следовательно, и о ее 45 плотности, т.к. падение давления воздухапосле его выхода из редуктора происходит на достаточно малом расстоянии (до 1.2 см), после чего давление равномерно распреде ляется по системе трубка - гибкий шланг - 50 стакан, постепенно снижаясь по мере удаления от редуктора. Как было указано выше, газовый редуктор установлен на рессивере трактора, отредуктора выходит труС ка длиной 22 см, на конце которой расположен 55 датчик давления, далее трубка переходит вгибкий шланг; который в свою очередь соединен со стаканом, Гибкий шланг позволяет производить измерения плотности почвы в радиусе 1,5 м от рессивера, а затем быстропереводить трактор в транспортное положение,Для проведения измерения плотностипочвы на конкретном поле в программу работы блока регистрации и вычисления вносят уравнение регрессии, по которому будут вычислять плотность почвы по разнице давления воздуха Ь Р, При работающем тракторе и включенном компрессоре устанавливают с помощью газового редуктора постоянное давление воздуха, при котором было получено применяемое уравнение регрессии. С помощью устройства ввода-вывода запускаем в работу блок регистрации и вычисления, Датчиком давления измеряется давление воздуха, установившегося в системе трубка - гибкий шланг - стакан при выходе воздуха непосредственно в атмосферу. Затем, после окончания данного измерения (5.6 с) и загорания зеленой лампочки на информационном табчо помещают.стакан в почву на исследуемом участке поля. По истечении 10 с, когда установится давление воздуха в системе трубка - гибкий шланг - стакан, происходит регистрация его значения и на информационном табло блока загорается красная лампочка окончания измерения, Через 35 с на информационном табло высвечивается значение йлотности почвы на исследуемом уча стке поля.Программой работы блока регистрациии вычисления предусмотрено вычисление разницы давления воздуха, установившегося в системе трубка - гибкий шланг - стакан до и после погружения стакана в почву, а затем подстановку полученного значения в уравнение регрессии вида рп = а+ Ь Ь Р, где рп - плотность почвы, г/см; Ь Р - разницаз,давления воздуха, КПа. Коэффициенты данного уравнения заносятся в программу ра,боты блока регистрации и вычисления посредством клавиатуры на информационном табло,Как известно, определение плотности"почвы является наиболее трудоемким процессом, который включает взятие буром Некрасова образца почвы известного обьема, а затемего взвешивание и высушивание.После этого по известной формуле определяют плотность почвы, Известный способ позволяет определить плотность почвы по косвенному показателю ее воэдухопроницаемости. При данном способе определяют плотность почвы по разнице скорости истечения воздуха через стакан в почву и скорости истечения воздуха в атмосферу, На основе экспериментальных данных строится таблица соответствия плотности почвыразнице истечения воздуха ЛК Однако применение данного способа значительно ограничено ввиду громоздкости оборудования и5 несовершенства приборов, измеряющихмалые скорости истечения воздуха.Предлагаемый способ позволяет определять плотность почвы также по косвенному показателю - ее воздухопроницаемости,10 Однако в основу положено измерение статического давления воздуха, установившегося в системе трубка - гибкий шланг -стакан при подаче в нее воздуха под постоянным давлением, так кэк скорость истече 15 ния воздуха чеоез систему и статическоедавление в ней связаны между собой уравнением Бернулли.Повышение точности при определенииплотности почвы предлагаемым способом20 обусловлено тем, что уравнение регрессии,по которому вычисляется плотность почвы,может быть получено для любого типа почвна основе методов математической статистики, в то время, как при определении25 плотности почвы известным способом применяются детерминированные уравнениябез учета изменения конкретных почвенноклиматических условий.Формула изобретения .30 1. Способ определения плотности почвы путем продувки почвенного образцавоздухом и измерения изменения физического параметра воздушного потока припрохождении его через почвенный образец,35 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности способа и сниженияего трудоемкости, в качестве физическогопараметра измеряют давление воздушногопотока, а плотность почвы рп определяют по40 формулерп = а+ Ь ЛР, где ЛР - изменениедавления воздушного потока при его прохождении через почвенный образец, кПа; аи Ь - коэффициенты.2, Устройство для определения плотно 45 сти почвы, содержащее регулятор потокавоздуха, соединенный посредством трубкии гибкого шланга со стаканом, снабженнымограничительным кольцом, и установленный на трубке датчик физического парамет 50 ра воздушного потока, о т л и ч а ю ц е е с ятем, что, в качестверегулятора потока воздуха использован редуктор, в качестве датчика физического параметра воздушногопотока использован датчик давления; при 55 чем устройство дополнйтельно снабженоблоком регистрации и вычисления, а выходдатчика давлениясоединен с входом блокарегистрации и вычисления,