CN111217639A - 一种多元素定性定量配肥装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多元素定性定量配肥装置及方法，属于设施农业、流体、无机化学和电子等混合应用技术领域。高效解决设施农业灌溉肥液合理利用技术不足造成的经济损失和环境污染难题，采用的技术方案：包括回液供给系统、母液补给系统、灌溉系统、混肥系统，所述回液供给系统和母液补给系统分别与混肥系统连通，所述混肥系统与灌溉系统连通；所述回液供给系统用于将灌溉回液和清水按比例进入混肥系统；所述母液补给系统用于补足回液供给系统中作物所缺的元素；所述灌溉系统用于给作物灌溉；所述混肥系统用于灌溉回液、清水和元素的混合。实现了不同肥料配方在线自动调配，实现不同作物不同阶段多元素按需调配，实现多作物不同生长阶段的全自动、差异化、精准施肥。

Description

一种多元素定性定量配肥装置及方法

技术领域

本发明涉及属于设施农业、流体、无机化学和电子等混合应用技术领域，具体涉及一种多元素定性定量配肥装置及方法。

背景技术

在设施农业无土栽培灌溉时产生大量的回液，回液营养组分已经发生非常大的变化，如果未经重新配置元素比例，显然会导致肥料的不合理使用，则必须通过元素比例重新调配，才能达到灌溉的肥料配方精准性和可靠。

现有的设施农业灌溉、施肥和设施蔬菜无土栽培均没有针对回液回收进行循环利用，施农业无土栽培灌溉液元素比例失调导致的缺素生理性病害和元素含量超标造成拮抗难题，且肥料在放置时间长或浓度过高，随着水温的变化和化学反应容易产生沉淀。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种多元素定性定量配肥装置及方法，可以实现自动化、高效率的灌溉和配肥效果，高效解决设施农业灌溉肥液合理利用技术不足造成的经济损失和环境污染难题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多元素定性定量配肥装置，包括回液供给系统、母液补给系统、灌溉系统、混肥系统，所述回液供给系统和母液补给系统分别与混肥系统连通，所述混肥系统与灌溉系统连通；所述回液供给系统用于将灌溉回液和清水按比例进入混肥系统；所述液补给系统用于补足回液供给系统中作物所缺的元素；所述灌溉系统用于给作物灌溉；所述混肥系统用于灌溉回液、清水和元素的混合。

优选的，所述回液供给系统包括回液储存装置、离心泵一、电控比例阀一、电控比例阀二、清水管道一，所述回液储存装置与混肥系统连通，所述回液储存装置与混肥系统之间设有离心泵一和电控比例阀一，所述清水管道一与混肥系统连通，所述清水管道一上设有电控比例阀二。

优选的，所述母液补给系统包括母液储存装置、清水管道二、搅拌泵、电控比例阀三、电磁流量计、文丘里，所述母液储存装置与清水管道二连通，所述母液储存装置内设有搅拌泵，所述母液储存装置通过电控比例阀三和文丘里与混肥系统连通。

优选的，所述灌溉系统包括电控比例阀四、储存装置、离心泵二、灌溉阀、电导率监测、PH监测，所述储存装置与混肥系统之间设置有电导率监测、PH监测、电控比例阀四，所述储存装置与灌溉阀之间设有离心泵二。

优选的，所述混肥系统包括混肥装置、元素监测通道、离心泵三，所述混肥装置与灌溉系统之间设有元素监测通道、离心泵三。

优选的，所述元素监测通道内设有元素传感器监测点。

优选的，所述母液储存装置包括硝酸钾母液储存装置、硝酸钙母液储存装置、磷酸二氢钾母液储存装置、硫酸镁母液储存装置、硝铵磷母液储存装置、螯合铁母液储存装置、螯合锰母液储存装置、硫酸钾母液储存装置。

一种多元素定性定量配肥方法，该配肥方法方法利用上述的多元素定性定量配肥装置实现灌溉液的配置，包括以下步骤：

（1）将硝酸钾、硝酸钙、磷酸二氢钾、硫酸镁、硝铵磷、螯合铁、螯合锰、硫酸钾等溶解于水的母液加入对应的母液储存装置留待备用；

（2）将灌溉回液和清水按比例进入混合装置，加至高液位；

（3）通过传感器检测混合装置中各种元素含量，根据已建立数学模型设定的EC值，控制母液储存装置中各种化合物母液的吸入量，将母液搅拌均匀；

（4）将母液吸入到混合装置，搅拌均匀，加肥结束；

（5）将混合好的灌溉液加入灌溉液储存装置中，重复步骤2-4进行新一轮的灌溉液配肥，直至灌溉液储存装置至高液位，进行作物灌溉；

有益效果：本发明与现有技术的装置别在于：

1、本发明中实现了灌溉回液精准化利用，基于实时获取不同灌系统的回液成分反馈，结合各灌系统作物生长阶段需求，进行营养补充液的针对性、批量化在线配比。

2、本发明中实现了不同肥料配方在线自动调配，实现不同作物不同阶段多元素按需调配，实现多作物、多灌系统的全自动、差异化、精准施肥。

3、本发明中有效的建立不同环境不同作物元素吸收量模型，通过对每种作物全生长周期的回液检测，对比营养液前、后离子浓度差值，获得该种作物不同生长阶段的实际吸收量，结合已构建的温室作物生长模型、养分吸收与分配模型、水肥调控与气象环境因子定量关系，建立多种作物全生长周期营养液组分模型，为精准施肥奠定基础。

4、本发明中实现了灌溉回的高效和精准利用，避免了肥料的流失给环境带来污染和提高经济效益，它将把农业自动化和精准化推向更高级的阶段，为设施农业精准化开辟道路。

附图说明

图1为本发明整体原理图。

图中：回液供给系统1、回液储存装置11、离心泵一12、电控比例阀一13、电控比例阀二14、清水管道一15、母液补给系统2、母液储存装置21、清水管道二22、搅拌泵23、电控比例阀三24、电磁流量计25、文丘里26、灌溉系统3、储存装置31、电控比例阀四32、离心泵二33、灌溉阀34、电导率监测35、PH监测36、混肥系统4、混肥装置41、元素监测通道42、离心泵三43、元素传感器监测点44。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的一种多元素定性定量配肥装置及方法，包括回液供给系统1、母液补给系统2、灌溉系统3、混肥系统4，所述回液供给系统1和母液补给系统2分别与混肥系统4连通，所述混肥系统4与灌溉系统3连通；所述回液供给系统1用于将灌溉回液和清水按比例进入混肥系统4，实现灌溉回液的重复利用；所述母液补给系统2用于补足回液供给系统中作物所缺的元素，实现不同作物不同阶段多元素按需调配，通过已建立的蔬菜生长营养元素生长模型，对不同作物和不同生长阶段的按需调配，大大提高肥料有效利用率；所述灌溉系统3用于给作物灌溉；所述混肥系统4用于灌溉回液、清水和元素的混合，实现灌溉回在线检测以及液精准化利用，通过对灌溉回液多元素即时在线检测，为灌溉回液的精准利用提供精准可靠的依据。至今在国内外均无回液组分在线检测和多元素定性定量配肥系统，严重制约了设施农业生产效率和回液重复利用的精准性。

如图1所示，所述回液供给系统1包括回液储存装置11、离心泵一12、电控比例阀一13、电控比例阀二14、清水管道一15，所述回液储存装置11与混肥系统4连通，所述回液储存装置11与混肥系统4之间设有离心泵一12和电控比例阀一13，所述离心泵一12用于回液储存装置11提供动力，所述电控比例阀一13用于控制灌溉回液的使用比例，所述清水管道一15与混肥系统4连通，所述清水管道一15上设有电控比例阀二14，所述电控比例阀二14用于控制清水的使用比例。

如图1所示，所述母液补给系统2包括母液储存装置21、清水管道二22、搅拌泵23、电控比例阀三24、电磁流量计25、文丘里26，所述母液储存装置21与清水管道二22连通，所述清水管道二22用于使多个母液储存装置21内储存已溶解于水的单质溶液，所述母液储存装置21包括硝酸钾母液储存装置、硝酸钙母液储存装置、磷酸二氢钾母液储存装置、硫酸镁母液储存装置、硝铵磷母液储存装置、螯合铁母液储存装置、螯合锰母液储存装置、硫酸钾母液储存装置，所述母液储存装置21内设有搅拌泵23，所述搅拌泵23用于配肥时搅拌母液使溶液均匀，所述母液储存装置21通过电控比例阀三24和文丘里26与混肥系统4连通，所述文丘里26用于母液吸入通道提供动力，所述电控比例阀三24数量设置有八个，与母液储存装置21数量一致，所述电控比例阀三24用于控制各自对应的母液储存装置21中的化合物母液的流量，通过已建立数学模型对各种化合物吸入量的控制，实现元素比例的即时调整，大大增加了施肥的精准性、可靠性和高效性。

如图1所示，所述灌溉系统3包括储存装置31、电控比例阀四32、离心泵二33、灌溉阀34、电导率监测35、PH监测36，所述储存装置31与混肥系统4之间设置有电导率监测35、PH监测36、电控比例阀四32，所述电导率监测35用于监测配置灌溉液的总元素含量，为电控比例阀一13、电控比例阀三24、电控比例阀四32和离心泵一12提供控制信号。所述PH监测36用于实时监测灌溉液的PH值，所述电控比例阀四32用于控制配肥时的流量，所述储存装置31与灌溉阀34之间设有离心泵二33，所述离心泵二33用于灌溉时流量动力，所述灌溉阀34用于控制灌溉系统。

如图1所示，所述混肥系统4包括混肥装置41、元素监测通道42、离心泵三43、元素传感器监测点44，所述混肥装置41与灌溉系统3之间设有元素监测通道42、离心泵三43，在电控比例阀一13不完全打开时，通过离心泵三43进出端提供压差，提高管道内流速为检测的精准性提供可靠参数，所述元素监测通道42内设有元素传感器监测点44，所述元素传感器监测点44为离子传感器。

另外，本发明还公开了一种配肥方法，该配肥方法方法利用上述的多元素定性定量配肥装置实现灌溉液的配置，包括以下步骤：

（1）将硝酸钾、硝酸钙、磷酸二氢钾、硫酸镁、硝铵磷、螯合铁、螯合锰、硫酸钾等溶解于水的母液加入对应的母液储存装置留待备用；

（2）将灌溉回液和清水按比例进入混合装置，加至高液位；

（3）通过传感器检测混合装置中各种元素含量，根据已建立数学模型设定的EC值，

控制母液储存装置中各种化合物母液的吸入量，将母液搅拌均匀；

（4）将母液吸入到混合装置，搅拌均匀，加肥结束；

（5）将混合好的灌溉液加入灌溉液储存装置中，重复步骤2-4进行新一轮的灌溉液配肥，直至灌溉液储存装置至高液位，进行作物灌溉；

本发明在使用时，首先，打开电控比例阀一13、离心泵一12、离心泵三43，通过电导率监测35回液电导率值是否超设定值，若超值打开电控比例阀二14加入清水，按照设定比例加入混肥系统4，同时元素传感器监测点44开始检测回液的元素成份，待混肥系统加满以后，系统通过已建立的数学模型已经文丘里26提供的吸入动力，打开电控比例阀三24并控制流量，直至在设定电导率范围内各种元素的比例符合设定标准。离心泵三43用于给文丘里26提供动力和将配置完成的肥料抽至储存装置31，启动离心泵一12开始配肥时，同时启动离心泵三43，混肥装置41到达设定高液位时，停止离心泵一12和关闭电控比例阀一13、电控比例阀二14。混肥装置41内灌溉液抽至低液位时，离心泵一12和电控比例阀一13立即打开。配肥时立即启动搅拌泵23，充分混匀母液，保证被吸入文丘里26母液含量的均匀性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，包括回液供给系统、母液补给系统、灌溉系统、混肥系统，所述回液供给系统和母液补给系统分别与混肥系统连通，所述混肥系统与灌溉系统连通；所述回液供给系统用于将灌溉回液和清水按比例进入混肥系统；所述母液补给系统用于补足回液供给系统中作物所缺的元素；所述灌溉系统用于给作物灌溉；所述混肥系统用于灌溉回液、清水和元素的混合。

2.根据权利要求1所述的一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，所述回液供给系统包括回液储存装置、离心泵一、电控比例阀一、电控比例阀二、清水管道一，所述回液储存装置与混肥系统连通，所述回液储存装置与混肥系统之间设有离心泵一和电控比例阀一，所述清水管道一与混肥系统连通，所述清水管道一上设有电控比例阀二。

3.根据权利要求1所述的一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，所述母液补给系统包括母液储存装置、清水管道二、搅拌泵、电控比例阀三、电磁流量计、文丘里，所述母液储存装置与清水管道二连通，所述母液储存装置内设有搅拌泵，所述母液储存装置通过电控比例阀三和文丘里与混肥系统连通。

4.根据权利要求1所述的一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，所述灌溉系统包括电控比例阀四、储存装置、离心泵二、灌溉阀、电导率监测、PH监测，所述储存装置与混肥系统之间设置有电导率监测、PH监测、电控比例阀四，所述储存装置与灌溉阀之间设有离心泵二。

5.根据权利要求1所述的一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，所述混肥系统包括混肥装置、元素监测通道、离心泵三，所述混肥装置与灌溉系统之间设有元素监测通道、离心泵三。

6.根据权利要求5所述的一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，所述元素监测通道内设有元素传感器监测点。

7.根据权利要求3所述的一种多元素定性定量配肥装置，其特征在于，所述母液储存装置包括硝酸钾母液储存装置、硝酸钙母液储存装置、磷酸二氢钾母液储存装置、硫酸镁母液储存装置、硝铵磷母液储存装置、螯合铁母液储存装置、螯合锰母液储存装置、硫酸钾母液储存装置。

8.一种多元素定性定量配肥方法，其特征在于：该配肥方法方法利用上述的多元素定性定量配肥装置实现灌溉液的配置，包括以下步骤：

（1）将硝酸钾、硝酸钙、磷酸二氢钾、硫酸镁、硝铵磷、螯合铁、螯合锰、硫酸钾溶解于水的母液加入对应的母液储存装置留待备用；

（2）将灌溉回液和清水按比例进入混合装置，加至高液位；

（3）通过传感器检测混合装置中各种元素含量，根据已建立数学模型设定的EC值，控制母液储存装置中各种化合物母液的吸入量，将母液搅拌均匀；

（4）将母液吸入到混合装置，搅拌均匀，加肥结束；

（5）将混合好的灌溉液加入灌溉液储存装置中，重复步骤2-4进行新一轮的灌溉液配肥，直至灌溉液储存装置至高液位，进行作物灌溉。

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