ITUA20164374A1 - Dispositivo tensiometro perfezionato - Google Patents
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Description
“DISPOSITIVO TENSIOMETRO PERFEZIONATO”.
La presente invenzione riguarda un tensiometro, che è un dispositivo particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, ovvero la forza con cui l'acqua è attratta e trattenuta nel terreno, o può misurare anche il cosiddetto fronte bagnato, ovvero la profondità alla quale il terreno è saturo.
Il dispositivo in genere è costituito da un tubo con una punta porosa, che è riempito d'acqua e può essere inserito a varie profondità. Nel caso in cui il terreno sia saturo, l'acqua rimarrà contenuta all'interno del dispositivo, ed esso fornirà la cosiddetta misura dello zero. Nel caso in cui invece il terreno sia non saturo, l'acqua inizierà a permeare verso il terreno, permettendo così allo strumento di misurare la differenza di pressione con il terreno. Più esattamente, l’acqua del tensiometro si pone in equilibrio con l’acqua presente nel terreno creando una tensione. Via via che il terreno si asciuga, esso richiama l’acqua dal tensiometro attraverso la punta porosa; questa operazione fa sì che si crei una differenza di pressione all'interno del dispositivo. La misurazione di questa differenza di pressione avviene attraverso un manometro o un trasduttore di pressione differenziale , che può fornire la lettura della grandezza rilevata direttamente su un visore, oppure può trasmetterla elettronicamente verso una centralina digitale. Il tensiometro dunque è utilizzato per misurare la tensione di ritenzione del terreno, che esprime la forza con la quale l'acqua è trattenuta dal terreno stesso. Essa è la stessa forza che devono impiegare le radici delle piante per assorbire l'acqua, e la sua misurazione può essere utile per: evitare l'eccesso d’irrigazione e io spreco d’acqua e fertilizzanti; valutare gli effetti della pioggia; determinare la profondità di penetrazione dell’acqua nel terreno.
L'utilizzo del tensiometro in agricoltura costituisce una risorsa importante per il monitoraggio del terreno e per la definizione delle condizioni ideali di irrigazione, soprattutto per particolari tipi di coltivazioni che richiedono delle condizioni ben specifiche di umidità e di assorbimento del terreno, come ad esempio nel caso di coltivazioni di frutti esotici come il kiwi.
Tutte le soluzioni note presentano tuttavia una serie di inconvenienti, tra cui quello più importante è che esse non hanno un adeguato livello di precisione delle misurazioni che permetta di monitorare piantagioni critiche e particolarmente sensibili alle condizioni climatiche.
Un altro inconveniente consiste nel fatto che gli attuali tensiometri spesso non hanno dei meccanismi che garantiscono la perfetta tenuta ermetica dei propri componenti interni, determinando situazioni in cui aria e/o acqua possano entrare all'interno e possano compromettere il funzionamento generale del dispositivo nonché il risultato delle misurazioni.
Tutti questi inconvenienti sono superati dalla presente invenzione, che ha come obiettivo principale quello di proporre un dispositivo particolarmente adatto per la misurazione della tensione di ritenzione di un terreno, ovvero la forza con cui l'acqua è attratta e trattenuta nel terreno.
Un altro obiettivo è che tale dispositivo sia completamente a tenuta ermetica rispetto all'esterno, e che comprenda al proprio interno un circuito elettrico di misurazione basato su un trasduttore di pressione differenziale.
Un altro obiettivo è che lo stesso trasduttore di pressione differenziale abbia un elevato livello di precisione, operante nell'intervallo tra 0 e -500 mbar.
Un altro obiettivo ancora è che le misurazioni rilevate siano visualizzate direttamente su uno schermo visore oppure siano trasmesse verso una centralina digitale.
Un ulteriore obiettivo è che il dispositivo comprenda un localizzatore GPS incorporato, in modo tale che le misurazioni siano georeferenziate rispetto alle coordinate di rilevamento, e tramite la suddetta centralina digitale possa essere memorizzato quindi uno storico delle misurazioni per ogni singolo punto, e possa essere determinato lo stato generale di un'area di terreno e la sua evoluzione per determinati periodi di tempo.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un dispositivo tensiometro, particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, comprendente:
un tubo, con una punta porosa avente gocciolamento in aria tra 6-50 ml/h, che è riempito d'acqua e può essere inserito nel terreno a varie profondità;
un trasduttore di pressione differenziale , connesso ad una estremità ad un condotto a pressione ambientale e all'altra estremità alla parte interna de! suddetto tubo, in modo tale da rilevare una rispettiva differenza di pressione corrispondente alla suddetta tensione di ritenzione ; detto trasduttore di pressione essendo connesso elettricamente ad uno schermo visore oppure ad una centralina digitale, in modo tale che, nel caso in cui il terreno sia saturo, l'acqua rimarrà contenuta all'interno del dispositivo, ed esso fornirà la cosiddetta misura dello zero; nel caso in cui invece il terreno sia non saturo, l'acqua inizierà a permeare verso il terreno attraverso la punta, permettendo così al dispositivo di misurare una differenza di pressione tra l'ambiente e il terreno,
detto dispositivo tensiometro essendo caratterizzato dal fatto che:
- il trasduttore di pressione differenziale risulta essere di elevata precisione, operante nell'intervallo tra 0 e -500 mbar, come ad esempio un trasduttore piezoresistivo MPXx5Q50 della Freescale Semiconductor ®;
- la parte in cui è contenuto il trasduttore di pressione è connessa alla parte comprendente detto tubo con punta porosa permeabile, attraverso un meccanismo con bocchettone e ghiera, in modo tale da mantenere all'interno del dispositivo una tenuta perfettamente ermetica.
Rispetto ai dispositivi noti, la presente invenzione è caratterizzata quindi da una serie di vantaggi, quali ad esempio: il fatto di garantire un’elevata precisione e risoluzione dei dati rilevati; un’estensione del profilo di rilevamento che può andare dai pochi metri fino a diversi chilometri; una robustezza intrinseca delle strutture perchè a tenuta ermetica; l’utilizzo di componenti standard, che determinano quindi un costo complessivo del dispositivo che è particolarmente contenuto, e che comprende allo stesso tempo strumentazione di qualità elevata ed affidabile nel lungo periodo.
La presente invenzione sarà ora descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati in cui:
la figura 1 è una vista frontale della parte superiore disassemblata, del dispositivo tensiometro della presente invenzione, contenente un trasduttore di pressione differenziale ad elevata precisione;
la figura 2 è una vista frontale della parte inferiore disassemblata, del dispositivo tensiometro della presente invenzione, contenente un tubo con una punta porosa permeabile, che è riempito d'acqua e può essere inserito nel terreno a varie profondità;
la figura 3 è una vista frontale di entrambe la parte superiore di figura 1 e della parte inferiore di figura 2, nelle rispettive configurazioni assemblate, del dispositivo tensiometro della presente invenzione;
la figura 4 è una vista di uno schema a blocchi che rappresenta un circuito elettronico di rilevamento di una differenza di pressione, e di controllo di uno schermo visore oppure di una linea di trasmissione dati verso una centralina digitale;
la figura 5 è una vista di un diagramma di flusso di funzionamento del circuito elettronico di figura 6, che abilita l'acquisizione della misura quando l'orologio di sistema risulti essere nell'intervallo di campionamento, e memorizza la misura una volta acquisita.
Si vuole sottolineare come nel seguito saranno illustrate, a titolo esemplificativo, ma non limitativo, soltanto alcune delle possibili forme di realizzazione della presente invenzione, essendo possibile descriverne molte altre sulla base delle particolari soluzioni tecniche individuate. Nelle varie figure gli stessi elementi saranno indicati con gli stessi numeri di riferimento.
Nella figura 1 è illustrata la parte superiore 150 disassemblata del dispositivo tensiometro 100 della presente invenzione. Essa contiene un trasduttore di pressione differenziale 104 al proprio interno, che comprende a sua volta un primo terminale 105 ed un secondo terminale 106. Il primo terminale 105 è collegato all'ambiente esterno e dà quindi la pressione ambientale come riferimento, mentre il secondo terminale 106 è collegato ad un tubicino in PVC 111 all'interno del quale è presente una depressione determinata dall'assorbimento di acqua nel terreno. Il trasduttore di pressione differenziale 104 risulta essere di elevata precisione, operante nell'intervallo tra 0 e -500 mbar, come ad esempio un trasduttore piezoresistivo MPXx5050 della Freescate Semiconductor®. Esso è posizionato nel manicotto 107, provvisto di foro 108 per la lettura della pressione ambientale. Il trasduttore è provvisto di almeno 3 pin. di cui due di alimentazione e massa (+5V, GND) ed uno avente una tensione direttamente proporzionale alla differenza di pressione rilevata.
II trasduttore 104 installato nel manicotto 107 è chiuso con una calotta 103, all'interno della quale passano i cavi 101 di collegamento elettrico dello stesso traduttore 104, fissati utilizzando un elemento pressacavo 102. Nella parte inferiore, il tubicino in PVC II I passa attraverso una boccola 109 bloccata all'interno del manicotto 107. Un elemento inferiore, costituito da una ghiera in PVC 110, è installato per il collegamento con gli altri componenti situati nella parte inferiore 180 del dispositivo tensiometro 100.
Infatti, nelia figura 2 è illustrata la parte inferiore 180 disassemblata del dispositivo tensiometro 100 della presente invenzione. Essa comprende un bocchettone in PVC 181 a cui può essere avvitata la suddetta ghiera in PVC 110. Il meccanismo con bocchettone 181 e ghiera 110 permette di mantenere all'interno del dispositivo 100 una tenuta perfettamente ermetica.
In particolare, il bocchettone 181 è connesso nella parte inferiore ad un raccordo in PVC 182, il quale è a sua volta connesso ad un tubo in PVC 183 che può essere di lunghezza variabile a seconda della profondità nel terreno che si vuole sondare. Il tubo in PVC 183 è connesso tramite un nipplo 184 ad una punta permeabile 185, costituita preferibilmente in materiale ceramico poroso inorganico.
Nella figura 3 è rappresentato il dispositivo tensiometro 100 della presente invenzione nella sua interezza, con i componenti assemblati, e comprendente la parte superiore 150 di figura 1 e la parte inferiore 180 di figura 2. Il tubo 183, con la punta porosa permeabile 185, è riempito d'acqua e può essere inserito in un terreno a varie profondità. Il trasduttore di pressione differenziale 104 rileva una differenza di pressione tra l'interno del tubicino in PVC 111 e l'esterno 108, corrispondente alla tensione di ritenzione del terreno.
Lo stesso trasdutore di pressione 104 è connesso elettricamente ad uno schermo visore oppure ad una centralina digitale. In questo modo, nel caso in cui il terreno sia saturo, l'acqua rimarrà contenuta all'interno del dispositivo, ed esso fornirà la cosiddetta misura dello zero. Nel caso in cui invece il terreno sia non saturo, l'acqua inizierà a permeare verso il terreno attraverso la punta, creando una depressione nel tubicino in PVC 111 , permettendo così al dispositivo di misurare una differenza di pressione tra l'ambiente e il terreno.
Il dispositivo tensiometro può essere utilizzato quindi per misurare e monitorare la tensione di ritenzione del terreno, e il suo utilizzo in agricoltura costituisce una risorsa importante per particolari tipi di coltivazioni che richiedono delle condizioni ben specifiche di umidità e di assorbimento del terreno, come ad esempio nel caso di coltivazione di frutti esotici come il kiwi anche in zone dal clima temperato.
Nella figura 4 è rappresentato uno schema a blocchi associato ad un circuito elettronico 200 di rilevamento di una differenza di pressione, e di controllo di uno schermo visore 206 oppure di una linea di trasmissione dati 211 verso una centralina digitale esterna.
Il circuito elettronico 200 comprende: un trasduttore di pressione differenziale 202, un microprocessore 209, una memoria locale 203, un software di controllo 205, uno schermo visore 206 che visualizza la differenza di pressione rilevata, e linee di comunicazione 207, 211 da/verso periferiche esterne.
In questo modo, il microprocessore 209 può acquisire la misurazione della differenza di pressione, e può generare un segnale direttamente proporzionale alla misura rilevata, trasmettendolo verso lo schermo visore 206 oppure verso una centralina digitale esterna.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il dispositivo può comprendere un localizzatore GPS incorporato. In questo modo le misurazioni possono essere georeferenziate rispetto alle coordinate di rilevamento, e tramite la suddetta centralina digitale può essere memorizzato quindi uno storico delle misurazioni per ogni singolo punto, e può essere determinato lo stato generale di un'area di terreno e la sua evoluzione per determinati periodi di tempo. Questo fatto permette l'utilizzo dei tensiometro in agricoltura, che costituisce quindi una risorsa importante per il monitoraggio del terreno e per la definizione delle condizioni ideali di irrigazione, soprattutto per particolari tipi di coltivazioni che richiedono delle condizioni ben specifiche di umidità e di assorbimento del terreno, come ad esempio nel caso di coltivazioni di frutti esotici come il kiwi.
Con riferimento alla figura 5, è illustrato un diagramma di flusso di funzionamento del circuito elettronico di figura 6, che abilita l'acquisizione della misura quando l'orologio di sistema risulti essere nell'intervallo di campionamento, e memorizza la misura una volta acquisita.
Più esattamente, il diagramma descrive un procedimento 220 di acquisizione della misura comprendente i seguenti passi:
determinare se un orologio di sistema ha raggiunto il fronte di un intervallo di campionamento 221 ;
se sì allora procedere verso l'acquisizione della misura 223, se no portare il dispositivo in uno stato di attesa 222;
determinare se il dispositivo ha acquisito la misura 223;
- se sì allora procedere verso la visualizzazione su schermo della misura 225 e procedere alla memorizzazione 224, se no portare il dispositivo in uno stato di attesa 222;
dallo stato di attesa 222 procedere di nuovo al passo iniziale di verifica se l'orologio ha raggiunto il fronte di un intervallo di campionamento 221.
Gli esempi descritti dimostrano, quindi, che la presente invenzione raggiunge tutti gli scopi proposti. Essa in particolare permette di realizzare un dispositivo particolarmente adatto per la misurazione della tensione di ritenzione di un terreno, ovvero la forza con cui l'acqua è attratta e trattenuta nel terreno.
Il suddetto dispositivo risulta essere completamente a tenuta ermetica rispetto all’esterno, e comprende al proprio interno un circuito elettrico di misurazione basato su un trasduttore di pressione differenziale.
Lo stesso trasduttore di pressione differenziale risulta avere un elevato livello di precisione, operante nell'intervallo tra 0 e -500 mbar.
Inoltre, le misurazioni rilevate possono essere visualizzate direttamente su uno schermo visore oppure sono trasmesse verso una centralina digitale.
Secondo una forma di realizzazione dell'invenzione, il dispositivo può comprendere un localizzatore GPS incorporato, in modo tale che le misurazioni siano georeferenziate rispetto alle coordinate di rilevamento, e tramite la suddetta centralina digitale possa essere memorizzato quindi uno storico delle misurazioni per ogni singolo punto, e possa essere determinato lo stato generale di un’area di terreno e la sua evoluzione per determinati periodi di tempo.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo alcune forme di realizzazione preferite, ma è da intendersi che eventuali variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del settore senza per questo uscire fuori dal relativo ambito di protezione, così come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, comprendente: un tubo (183), con una punta porosa (185) avente gocciolamento in aria tra 6-50 ml/h, che è riempito d'acqua e può essere inserito nel terreno a varie profondità; un trasduttore di pressione differenziale (104), connesso ad una estremità (105) ad un condotto (108) a pressione ambientale e all'altra estremità alla parte interna del suddetto tubo (183), in modo tale da rilevare una rispettiva differenza di pressione corrispondente alla suddetta tensione di ritenzione ; detto trasduttore di pressione (104) essendo connesso elettricamente ad uno schermo visore oppure ad una centralina digitale, in modo tale che, nel caso in cui il terreno sia saturo, l'acqua rimarrà contenuta all'interno del dispositivo (100), ed esso fornirà la cosiddetta misura dello zero; nel caso in cui invece il terreno sia non saturo, l'acqua inizierà a permeare verso il terreno attraverso la punta (185), permettendo così al dispositivo (100) di misurare una differenza di pressione tra l'ambiente e il terreno, detto dispositivo tensiometro (100) essendo caratterizzato dal fatto che: - il trasduttore di pressione differenziale (104) risulta essere di elevata precisione, operante nell'intervallo tra 0 e -500 mbar, come ad esempio un trasduttore piezoresistivo MPXx5G50 della Freescale Semiconductor ®; - la parte (150) in cui è contenuto il trasduttore di pressione (104) è connessa alla parte (180) comprendente detto tubo (183) con punta porosa permeabile (185), attraverso un meccanismo con bocchettone (181) e ghiera (110), in modo tale da mantenere all'interno del dispositivo (100) una tenuta perfettamente ermetica.
- 2. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo la precedente rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che: - il suddetto trasduttore di pressione differenziale (104) comprende a sua volta un primo terminale (105) ed un secondo terminale (106): il primo terminale (105) è collegato aH'ambiente esterno e dà quindi la pressione ambientale come riferimento, mentre il secondo terminale (106) è collegato ad un tubicino in PVC (111) all'interno del quale è presente una depressione determinata dall'assorbimento di acqua nel terreno.
- 3. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che: il suddetto trasduttore di pressione differenziale (104) è posizionato in un manicotto (107), provvisto di foro (108) per la lettura della pressione ambientale; il trasduttore è provvisto di almeno 3 pin, di cui due di alimentazione e massa, 5V e GND, ed uno avente una tensione direttamente proporzionale alla differenza di pressione rilevata.
- 4. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione dì ritenzione di un terreno, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che: il suddetto trasduttore di pressione differenziale (104) è posizionato nel manicotto (107), ed è chiuso con una calotta (103), all’interno della quale passano i cavi (101) di collegamento elettrico dello stesso traduttore (104), fissati utilizzando un elemento pressacavo (102); nella parte inferiore, il tubicino in PVC (111) passa attraverso una boccola (109) bloccata all'interno del manicotto (107).
- 5. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo una o più deile precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere: una ghiera in PVC (110) e un bocchettone in PVC (181) a cui può essere avvitata la suddetta ghiera in PVC (110); il meccanismo con bocchettone (181) e ghiera (110) permette di mantenere all'interno del dispositivo (100) una tenuta perfettamente ermetica.
- 6. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dai fatto che: il bocchettone (181) è connesso nella parte inferiore ad un raccordo in PVC (182), il quale è a sua volta connesso ad un tubo in PVC (183) che può essere di lunghezza variabile a seconda della profondità nel terreno che si vuole sondare; il tubo in PVC (183) è connesso tramite un nipplo (184) ad una punta permeabile (185), costituita preferibilmente in materiale ceramico poroso inorganico.
- 7. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che: il tubo (183), con la punta porosa permeabile (185), è riempito d'acqua e può essere inserito in un terreno a varie profondità; il trasduttore di pressione differenziale (104) rileva una differenza di pressione tra l'interno del tubicino in PVC (111) e l'esterno (108), corrispondente alla tensione di ritenzione del terreno.
- 8. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente: un localizzatore GPS incorporato, in modo tale che le suddette misurazioni possono essere georeferenziate rispetto alle coordinate di rilevamento, e tramite la suddetta centralina digitale può essere memorizzato quindi uno storico delle misurazioni per ogni singolo punto, e può essere determinato lo stato generale di un'area di terreno e la sua evoluzione per determinati periodi di tempo.
- 9. Dispositivo tensiometro (100), particolarmente adatto a misurare la tensione di ritenzione di un terreno, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente: - un circuito elettronico (200) di rilevamento di una differenza di pressione, e di controllo di uno schermo visore (206) oppure di una linea di trasmissione dati (211) verso una centralina digitale esterna; il circuito elettronico (200) comprendente a sua volta: il suddetto trasduttore di pressione differenziate (202), un microprocessore (209), una memoria locale (203), un software di controllo (205), uno schermo visore (206) che visualizza la differenza di pressione rilevata, e linee di comunicazione (207, 211) da/verso periferiche esterne, in modo tale che il microprocessore (209) possa acquisire la misurazione della differenza di pressione, e possa generare un segnale direttamente proporzionale alla misura rilevata, trasmettendolo verso lo schermo visore (206) oppure verso una centralina digitale esterna.
- 10. Procedimento (220) per misurare la tensione di ritenzione di un terreno, che utilizza un dispositivo tensiometro (100) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere i seguenti passi: determinare se un orologio di sistema ha raggiunto il fronte di un intervallo di campionamento (221); se sì allora procedere verso l'acquisizione della misura (223), se no portare il dispositivo in uno stato di attesa (222); - determinare se il dispositivo ha acquisito la misura (223); se sì allora procedere verso la visualizzazione su schermo della misura (225) e procedere alla memorizzazione (224), se no portare il dispositivo in uno stato di attesa (222); dallo stato di attesa (222) procedere di nuovo al passo iniziale di verifica se l'orologio ha raggiunto il fronte di un intervallo di campionamento (221).
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| Title |
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| ALESSANDRO TARANTINO ET AL: "Field Measurement of Suction, Water Content, and Water Permeability", GEOTECHNICAL AND GEOLOGICAL ENGINEERING, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, DO, vol. 26, no. 6, 16 May 2008 (2008-05-16), pages 751 - 782, XP019642282, ISSN: 1573-1529, DOI: 10.1007/S10706-008-9205-4 * |
| GRESWELL R ET AL: "The design and application of an inexpensive pressure monitoring system for shallow water level measurement, tensiometry and piezometry", JOURNAL OF HYDROLOGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 373, no. 3-4, 15 July 2009 (2009-07-15), pages 416 - 425, XP026266540, ISSN: 0022-1694, [retrieved on 20090510], DOI: 10.1016/J.JHYDROL.2009.05.001 * |
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