CN105067678A

CN105067678A - 土壤湿度测试器

Info

Publication number: CN105067678A
Application number: CN201510464109.5A
Authority: CN
Inventors: 陈勇全
Original assignee: Chongqing City Changshou District Dajiafu Fruit Planting Stock Cooperative
Current assignee: Chongqing City Changshou District Dajiafu Fruit Planting Stock Cooperative
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明公开了土壤湿度测试器，包括外壳和设置在外壳内的强力弹簧和土壤测试电路板，外壳包括枪管和发射座，枪管为一端封闭的圆柱型结构，枪管内设有与枪管滑动连接的测试棒；所述测试棒靠近枪口的一端为尖端，靠近尖端的部分焊接有两个不同测试范围的湿度传感器；湿度传感器的外表用石膏包裹；发射座的外壁上设有按钮；强力弹簧连接在枪管的封闭端和发射座之间，可推动测试棒的尖端向前弹出枪管；按钮在不受力的情况下与发射座卡接此时强力弹簧处于压缩状态、测试棒处于静止状态土壤测试电路板上的电路包括依次连接的交流信号发生器、测量电路、整流钳位输出电路和电压表，负压发生器与测量电路连接。

Description

土壤湿度测试器

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种土壤湿度测试器。

背景技术

土壤湿度通常指单位干土质量所含水分质量的百分数，也叫绝对湿度。

现在通常采用测试土壤电阻，再用公式换算后得到土壤的绝对湿度。湿度公式，土壤绝对湿度等于修正系数乘以传感器电阻的负0.23次方。

土壤通常是导电的，其电阻率随土壤中的水分含量变化而变化。为避免盐分以及电极与土壤接触状况不同的影响，采用石膏等孔性物质做成湿度传感器进行湿度信号取样。

在大规模的园艺场、苗圃和农户中，用于花木培植的土壤的湿度不能依靠目测估量。有些花木品种对湿度要求较高，如果土壤湿度达不到要求，不仅不能促进花木的生长，极可能导致花木枯萎、死亡。因此，对这些湿度要求较高的花木，有必要进行土壤湿度监测。

现有的监测花木土壤湿度的专用仪器虽然比较精确但是结构复杂、价格昂贵，不适宜用于一般的园艺场、苗圃和农户，更无法进行推广应用。

发明内容

本发明意在提供一种土壤湿度测试器，以解决现有土壤湿度测试器结构复杂、价格昂贵的问题。

本方案中的土壤湿度测试器，包括外壳和设置在外壳内的强力弹簧和土壤测试电路板，外壳包括枪管和发射座，枪管为一端封闭的圆柱型结构，枪管内设有与枪管滑动连接的测试棒；所述测试棒靠近枪口的一端为尖端，靠近尖端的部分焊接有两个不同测试范围的湿度传感器；湿度传感器的外表用石膏包裹；发射座的外壁上设有按钮；强力弹簧连接在枪管的封闭端和发射座之间，可推动测试棒的尖端向前弹出枪管；按钮在不受力的情况下与发射座卡接此时强力弹簧处于压缩状态、测试棒处于静止状态；土壤测试电路板上的电路包括依次连接的交流信号发生器、测量电路、整流钳位输出电路和电压表，负压发生器与测量电路连接。

工作原理：按动按钮，使测试棒弹出，利用其尖端快速插入土壤中，通过测试棒上的湿度传感器获取土壤的湿度信号，然后将湿度信号转换为电信号，依次通过交流信号发生器、测量电路、整流钳位输出电路和电压表，最终由电压表将具体数字显示出来。负压发生器为整个电路提供电源负极，电源正极由干电池提供。在得到电压表的数值后，代入公式计算出土壤的绝对湿度。

有益效果：1.外壳包括枪管和发射座，枪管为一端封闭的圆柱型结构，枪管内设有与枪管滑动连接的测试棒；发射座的外壁上设有按钮；强力弹簧连接在枪管的封闭端和发射座之间，可推动测试棒的尖端向前弹出枪管；按钮在不受力的情况下与发射座卡接此时强力弹簧处于压缩状态、测试棒处于静止状态；方便在按下按钮后，测试棒可以快速弹出枪管插入土壤中进行测试，操作简单方便。2.所述测试棒靠近枪口的一端为尖端，靠近尖端的部分焊接有两个不同测试范围的湿度传感器；湿度传感器的外表用石膏包裹；方便测试棒能够快速插入坚硬的土壤中，使在测试棒上的湿度传感器能够近距离接触土壤使测试效果更精确，两种测量湿度范围不同的传感器通过串、并联一个固定电阻组合在一起，并在外表包裹一层石膏，可以扩大本发明的湿度测量范围，减少土壤盐分的干扰作用。3.本发明仅包括外壳、强力弹簧、土壤测试电路板和测试棒，结构简单，操作方便，且所用元件皆为普通元件，价格便宜。

进一步，交流信号发生器中的运算放大器IC13的反相输入端通过连接电阻R9接地；运算放大器IC13的同相输入端和输出端之间连接电阻R7，运算放大器IC13的同相输入端串联电阻R8，电阻R8连接电容C2的一端以及可调电阻RP1的一端和可调端；电容C2的另一端依次串联电阻R2和电阻R1，电阻R1接地；电容C1一端接地一端连接运算放大器IC12是同乡输入端；可调电阻RP1的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器IC12的反相输入端、电阻R3的一端和湿敏电阻Rt的一端；电阻R3和湿敏电阻Rt的另一端串联电阻R5后连接至场效应管VT1的源极，场效应管的栅极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电容C3的一端和二极管VD1的阳极，二极管VD1的阴极连接运算放大器IC13的输出端；场效应管VT1的漏极接地；有利于为整个电路提供稳定的交流信号。

进一步，测量电路包括与运算放大器IC14的输出端连接电解电容C5的阳极，电解电容C5的阴极连接开关SA2的固定端，开关SA2的换挡开关从小到大依次为第一触点、第二触点、第三触点和第四触点；第一触点串联电阻R10后连接至运算放大器IC2的同相输入端；第二触点、第三触点和第四触点分别串联电阻R11、电阻R12和电阻R13后统一连接至Rx的输入端；运算放大器IC2的反相输入端串联电阻R14后接地；运算放大器IC2的输出端连接Rx的另一端；通过开关SA2不同触点选择来进行不同湿度范围的测试，增加本发明的适应性。

进一步，整流钳位输出电路包括与运算放大器IC2输出端连接的电阻R17，电阻R17连接运算放大器IC11的反相输入端、整流二极管VD3的阳极、电阻R15是阴极、二极管VD6的阴极；整流二极管VD3的阴极连接运算放大器IC11的输出端和整流二极管VD2的阳极。整流二极管VD2的阴极连接电压表的阳极、可调电阻RP3的一端和可调端、二极管VD7的阴极；电阻R15和可调电阻RP3串联；二极管VD6的阳极和二极管VD7的阳极连接并同时连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接地；方便提供稳定的电流。

进一步，负压发生器中的反相器IC31和反相器IC32分别串联电阻R19和电阻R20后再并联，反相器IC32的反相端连接反相器IC34、反相器IC33、反相器IC35和反相器IC36组成的并联回路的正向端；电阻R20和电阻R19并联后串联电容C4，电容C4连接反相器IC34、反相器IC33、反相器IC35和反相器IC36组成的并联回路的正向端；反相器IC34、反相器IC33、反相器IC35和反相器IC36组成的并联回路的反向端连接电解电容C6的阳极，电解电容C6的阴极连接二极管VD4的阴极和二极管VD5的阳极；二极管VD5的阴极接地，二极管CD4的阳极连接电解电容C7的阴极，电解电容C7的阳极接地；二极管VD4的阳极同时连接至测量电路中运算放大器IC2的一个管脚中；方便为整个电路提供可靠的负电源。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2位本发明实施例的电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记为：枪管1、发射座2、测试棒3、湿度传感器4、按钮5。

如图1所示，土壤湿度测试器，包括外壳和设置在外壳内的强力弹簧和土壤测试电路板，外壳包括枪管1和发射座2，枪管1为一端封闭的圆柱型结构，枪管1内设有与枪管1滑动连接的测试棒3；测试棒3靠近枪口的一端为尖端，靠近尖端的部分焊接有两个不同测试范围的湿度传感器；湿度传感器的外表用石膏包裹；发射座2的外壁上设有按钮5；强力弹簧连接在枪管1的封闭端和发射座2之间，可推动测试棒3的尖端向前弹出枪管1；按钮5在不受力的情况下与发射座2卡接此时强力弹簧处于压缩状态、测试棒3处于静止状态。

如图2所示，土壤测试器的电路包括交流信号发生器、测量电路、整流钳位输出电路、电压表和负压发生器。

交流信号发生器包括采用LM324的运算放大器IC12、运算放大器IC13和运算放大器IC14。运算放大器IC12和由电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C2组成的电桥网络一起组成文氏电桥正弦波振荡器，产生一定频率的交流电源。电源的振荡频率由电桥网络的参数决定，输出的交流电压的大小由可调电阻RP1进行调节。为了提高输出电源的稳定性，采用场效应管VT1、运算放大器IC13、二极管VD1等形成的稳伏电路。运算放大器IC14组成电压跟随器，隔离交流信号发生器和后面的测量电路。

测量电路包括由运算放大器IC2等组成的常用电阻-电压变换电路。为保证高阻抗测量的精度，采用了高输入阻抗的运算放大器CA3140。开关SA2为测量换挡开关，分为2千欧、20千欧、200千欧和2兆欧四档。

整流电路由运算放大器IC11和和整流二极管VD2、整流二极管VD3等组成的线性半波整流电路。把二极管置于运算放大器的反馈回路中，可大大消减由二极管正向压降、非线性伏安特性和温度等引起的误差，提高非线性电路的精度。钳位电路由二极管VD6、二极管VD7和电阻R18组成，限幅电压为二极管VD7稳定电压和二极管VD6正向电压降之和。二极管VD6和电阻R18组成反向电流泄露通路，减少二极管反向电流对放大器运算精度的影响。

电压表选用数字式电压表，方便直接读取数值。

负压发生器由六个采用CD4069的反相器组成，CD4069产生一方波信号，经过电容C6、二极管VD5、二极管VD4和电容C7组成的倍压整流电路输出负压，作为整个电路的负电源。电路的正电源由电池提供。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.土壤湿度测试器，其特征在于：包括外壳和设置在外壳内的强力弹簧和土壤测试电路板，外壳包括枪管和发射座，枪管为一端封闭的圆柱型结构，枪管内设有与枪管滑动连接的测试棒；所述测试棒靠近枪口的一端为尖端，靠近尖端的部分焊接有两个不同测试范围的湿度传感器；湿度传感器的外表用石膏包裹；发射座的外壁上设有按钮；强力弹簧连接在枪管的封闭端和发射座之间，可推动测试棒的尖端向前弹出枪管；按钮在不受力的情况下与发射座卡接此时强力弹簧处于压缩状态、测试棒处于静止状态；土壤测试电路板上的电路包括依次连接的交流信号发生器、测量电路、整流钳位输出电路和电压表，负压发生器与测量电路连接。

2.根据权利要求1所述的土壤湿度测试器，其特征在于：交流信号发生器中的运算放大器IC13的反相输入端通过连接电阻R9接地；运算放大器IC13的同相输入端和输出端之间连接电阻R7，运算放大器IC13的同相输入端串联电阻R8，电阻R8连接电容C2的一端以及可调电阻RP1的一端和可调端；电容C2的另一端依次串联电阻R2和电阻R1，电阻R1接地；电容C1一端接地一端连接运算放大器IC12是同乡输入端；可调电阻RP1的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器IC12的反相输入端、电阻R3的一端和湿敏电阻Rt的一端；电阻R3和湿敏电阻Rt的另一端串联电阻R5后连接至场效应管VT1的源极，场效应管的栅极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电容C3的一端和二极管VD1的阳极，二极管VD1的阴极连接运算放大器IC13的输出端；场效应管VT1的漏极接地。

3.根据权利要求1所述的土壤湿度测试器，其特征在于：测量电路包括与运算放大器IC14的输出端连接电解电容C5的阳极，电解电容C5的阴极连接开关SA2的固定端，开关SA2的换挡开关从小到大依次为第一触点、第二触点、第三触点和第四触点；第一触点串联电阻R10后连接至运算放大器IC2的同相输入端；第二触点、第三触点和第四触点分别串联电阻R11、电阻R12和电阻R13后统一连接至Rx的输入端；运算放大器IC2的反相输入端串联电阻R14后接地；运算放大器IC2的输出端连接Rx的另一端。

4.根据权利要求1所述的土壤湿度测试器，其特征在于：整流钳位输出电路包括与运算放大器IC2输出端连接的电阻R17，电阻R17连接运算放大器IC11的反相输入端、整流二极管VD3的阳极、电阻R15是阴极、二极管VD6的阴极；整流二极管VD3的阴极连接运算放大器IC11的输出端和整流二极管VD2的阳极。

5.整流二极管VD2的阴极连接电压表的阳极、可调电阻RP3的一端和可调端、二极管VD7的阴极；电阻R15和可调电阻RP3串联；二极管VD6的阳极和二极管VD7的阳极连接并同时连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的土壤湿度测试器，其特征在于：负压发生器中的反相器IC31和反相器IC32分别串联电阻R19和电阻R20后再并联，反相器IC32的反相端连接反相器IC34、反相器IC33、反相器IC35和反相器IC36组成的并联回路的正向端；电阻R20和电阻R19并联后串联电容C4，电容C4连接反相器IC34、反相器IC33、反相器IC35和反相器IC36组成的并联回路的正向端；反相器IC34、反相器IC33、反相器IC35和反相器IC36组成的并联回路的反向端连接电解电容C6的阳极，电解电容C6的阴极连接二极管VD4的阴极和二极管VD5的阳极；二极管VD5的阴极接地，二极管CD4的阳极连接电解电容C7的阴极，电解电容C7的阳极接地；二极管VD4的阳极同时连接至测量电路中运算放大器IC2的一个管脚中。