RU185072U1 - SOIL HUMIDITY DETERMINATION DEVICE - Google Patents
SOIL HUMIDITY DETERMINATION DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU185072U1 RU185072U1 RU2018130259U RU2018130259U RU185072U1 RU 185072 U1 RU185072 U1 RU 185072U1 RU 2018130259 U RU2018130259 U RU 2018130259U RU 2018130259 U RU2018130259 U RU 2018130259U RU 185072 U1 RU185072 U1 RU 185072U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moisture
- soil moisture
- soil
- control unit
- calibrated
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
В современном сельском хозяйстве при выращивании сельскохозяйственных культур с использованием автоматизированных средств полива, где количество и качество полива растений очень сильно влияет на урожайность, для определения количества влаги в почве используются различные способы. В последнее время наиболее широко применяются датчики влажности почвы, которые дают наиболее точную и оперативную информацию о количестве влаги у корневой системы растений.In modern agriculture, when growing crops using automated irrigation methods, where the quantity and quality of watering plants greatly affects yield, various methods are used to determine the amount of moisture in the soil. Recently, the most widely used sensors are soil moisture, which provide the most accurate and timely information on the amount of moisture in the root system of plants.
В нашей стране используют или зарубежные приборы, которые очень дороги и не воспроизводимы, или громоздкий и затратный термовесовой метод.In our country, either foreign devices are used, which are very expensive and not reproducible, or the bulky and costly thermal weight method.
Предлагаемое устройство определения влажности почвы, состоящее из датчика влажности и блока управления, соединенных кабелем, где в качестве цифрового индикатора используется стандартный цифровой мультиметр, проградуированный в единицах влажности почвы, показало при лабораторных и полевых испытаниях его простоту в конструкции и низкую стоимость. Градуировка прибора проводилась с помощью термостатно-весового метода. 4 илл. The proposed device for determining soil moisture, consisting of a moisture sensor and a control unit, connected by a cable, where a standard digital multimeter, calibrated in units of soil moisture, is used as a digital indicator. In laboratory and field tests, it was shown to be simple in design and low in cost. The instrument was calibrated using the thermostat-weight method. 4 ill.
Description
Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована для определения влажности почвы при назначении поливов сельскохозяйственных культур.The utility model relates to agriculture and can be used to determine soil moisture in the appointment of irrigation of crops.
В современном сельском хозяйстве при выращивании сельскохозяйственных культур с использованием автоматизированных систем полива, где количество полива растений очень важно и влияет на урожайность, используются датчики влажности почвы, которые дают наиболее полную информацию о количестве влаги у корневой системы растений, что позволяет принимать обоснованные решения, чтобы обеспечить орошение в нужном количестве и в нужное время.In modern agriculture, when growing crops using automated irrigation systems, where the amount of watering the plants is very important and affects the yield, soil moisture sensors are used that provide the most complete information about the amount of moisture in the root system of plants, which allows you to make informed decisions in order provide irrigation in the right amount and at the right time.
Зарубежные фирмы для измерения влажности почвы используют различные приборы и системы для контроля влажности почвы сельскохозяйственных растений.Foreign companies use various instruments and systems for monitoring soil moisture in agricultural plants to measure soil moisture.
Например, фирма Valley для этой цели систему контроля влажности почвы Base Station 2-5 м, которая включает в себя данные, считываемые с датчиков влажности почвы Watermark компании Irrometr (каталог продукции Valley, RUS 10098 9/11). Фирма Zimmatic предлагает стационарно устанавливаемые зонды на отдельных участках орошения.For example, Valley is for this purpose a Base Station 2-5 m soil moisture control system that includes data read from Irrometr Watermark soil moisture sensors (Valley Product Catalog, RUS 10098 9/11). Zimmatic offers permanently installed probes in selected irrigation areas.
Зонды можно устанавливать на различной глубине, чтобы отслеживать наличие влаги по всей длине корня растений. Эта система зондов минимизирует дефицит воды для растений и максимизирует возможный урожай, снижает эксплуатационные расходы дождевальных машин (Каталог ирригационной продукции Zimmatic, B.Y. Sindsay. Li Zimm Prodguide RUS - 0518 3000 10/3). Английская фирма Delta-T DEVICES LTD разработала влагомер HH2-5M 300 (Watch Dog Watermarc Soil Moisture Sensor Product Manual Item # 6450WD) для измерения влажности почвы и грунта. Прибор фиксирует изменения диэлектрической постоянной, трансформирует данные в милливольтовый сигнал, пропорциональный содержанию влаги в почве. С помощью этого прибора можно проводить экспресс измерения с точностью ±3%.Probes can be installed at various depths to track the presence of moisture along the entire length of the plant root. This probe system minimizes water shortages for plants and maximizes possible yields, reduces the operating costs of sprinklers (Zimmatic Catalog of Irrigation Products, B.Y. Sindsay. Li Zimm Prodguide RUS - 0518 3000 10/3). The British company Delta-T DEVICES LTD has developed a HH2-5M 300 moisture meter (Watch Dog Watermarc Soil Moisture Sensor Product Manual Item # 6450WD) for measuring soil and soil moisture. The device captures changes in the dielectric constant, transforms the data into a millivolt signal proportional to the moisture content in the soil. Using this device, you can perform express measurements with an accuracy of ± 3%.
В России автоматизированных систем определения влажности почвы и приборов для оперативного определения влажности почвы до сих пор не производится, а зарубежные приборы дороги, поэтому необходима разработка отечественного измерителя влажности почвы, доступного каждому фермеру.In Russia, automated systems for determining soil moisture and instruments for the rapid determination of soil moisture are still not produced, and foreign instruments are expensive, therefore, it is necessary to develop a domestic soil moisture meter available to every farmer.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран влагомер НН2-5М 300 (Watch Dog Watermark Soil Moisture Sensor Product Manual Item # 6450WD) для измерения влажности почвы и грунта.As a prototype of the proposed utility model, a HH2-5M 300 hydrometer (Watch Dog Watermark Soil Moisture Sensor Product Manual Item # 6450WD) was selected for measuring soil and soil moisture.
Прибор фиксирует изменения диэлектрической постоянной (в зависимости от влажности почвы), трансформирует данные в милливольтовый сигнал, пропорциональный содержанию влаги в почве. Прибор состоит из водопрочного корпуса с датчиками в виде игл из нержавеющей стали. С помощью этого прибора можно производить экспресс измерения с точностью ±3% в диапазоне измерений 5-85%.The device captures changes in the dielectric constant (depending on soil moisture), transforms the data into a millivolt signal proportional to the moisture content in the soil. The device consists of a water-resistant housing with sensors in the form of stainless steel needles. Using this device, you can make express measurements with an accuracy of ± 3% in the measuring range 5-85%.
Недостатком прибора следует признать ограничение измерения влажности почвы по глубине, которая лимитируется длиной игл (датчиков) и высокую цену.The disadvantage of the device should be recognized as a limitation of measuring soil moisture in depth, which is limited by the length of the needles (sensors) and the high price.
Технической задачей полезной модели является разработка отечественного прибора для оперативного определения влажности почвы в корне-обитаемом слое растений до глубины 0.9 м, доступного по цене любому фермеру.The technical task of the utility model is the development of a domestic device for the rapid determination of soil moisture in the root-inhabited layer of plants to a depth of 0.9 m, affordable to any farmer.
Указанная задача достигается тем, что электронная схема прибора измеряет полное сопротивление слоя почвы между двумя обкладками датчика (которое зависит от наличия воды в порах почвы) на переменном токе. Полученное значение влажности преобразуется в цифровую форму и высвечивается на индикаторе для отчета.This task is achieved by the fact that the electronic circuit of the device measures the total resistance of the soil layer between the two plates of the sensor (which depends on the presence of water in the pores of the soil) with alternating current. The obtained humidity value is converted to digital form and displayed on the indicator for the report.
Устройство содержит датчик влажности и блок управления, соединенные между собой кабелем через штепсельные разъемы. Датчик влажности состоит из заостренного конусного наконечника, закрепленного на полой трубке, на которой с помощью изоляционных колец на определенном расстоянии друг от друга располагаются два кольцевых электрода, другой конец трубки крепится с помощью переходника к основной трубе, оканчивающейся рукоятками и штепсельным разъемом. Блок управления содержит регистрирующий блок в водонепроницаемом кожухе с открывающейся крышкой для наблюдения показаний, включения и выключения прибора посредством тумблера, две печатные платы (управляемого мультивибратора и частотомера) и источники питания.The device contains a humidity sensor and a control unit interconnected by a cable through the plug connectors. The humidity sensor consists of a pointed conical tip mounted on a hollow tube, on which two ring electrodes are located at a certain distance from each other using insulating rings, the other end of the tube is attached with an adapter to the main pipe ending with handles and a plug connector. The control unit contains a recording unit in a waterproof casing with an opening lid for monitoring readings, turning the device on and off by means of a toggle switch, two printed circuit boards (controlled multivibrator and frequency meter) and power sources.
Кольцевые электроды подсоединяются к штепсельному разъему и далее через кабель подсоединяются к управляющему входу мультивибратора, выход которого подсоединяется ко входу частотомера, а выход частотомера подсоединяется ко входу цифрового мультиметра, проградуированного в значениях влажности почвы.The ring electrodes are connected to the plug connector and then connected through a cable to the control input of the multivibrator, the output of which is connected to the input of the frequency meter, and the output of the frequency meter is connected to the input of a digital multimeter calibrated in soil moisture values.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.The proposed utility model is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства по определению влажности почвы. На фиг. 2 показан общий вид датчика влажности в разрезе. На фиг. 3 показан общий вид блока управления устройства.In FIG. 1 is an electrical diagram of a device for determining soil moisture. In FIG. 2 shows a sectional perspective view of a humidity sensor. In FIG. 3 shows a General view of the control unit of the device.
Электрическая схема устройства, представленная на фиг. 1, состоит из датчика влажности 1, помещаемого в почву 2, и блока управления 3 соединенных между собой кабелем 4 через штепсельные разъемы 5 и 6.The electrical circuit of the device shown in FIG. 1, consists of a humidity sensor 1, placed in the
В нижней части датчика влажности 1 расположены два кольцевых электрода 7, изолированные друг от друга втулкой 8.In the lower part of the humidity sensor 1 there are two ring electrodes 7, isolated from each other by a sleeve 8.
Блок управления 3 содержит управляемый мультивибратор 9, частотомер 10 и цифровой мультиметр 11.The
Выходы датчика влажности 1 посредством кабеля 4 соединяются с управляющими входами мультивибратора 9, выход которого соединяется со входом частотомера 10. Выход частотомера 10 соединяется с цифровым мультиметром 11, проградуированным в значениях влажности почвы.The outputs of the humidity sensor 1 through a cable 4 are connected to the control inputs of the
Конструкция датчика влажности представлена на фиг.2 и состоит из держателя 12 в котором винтами 13 закрепляется труба 14, в другой конец которой вставляется втулка 15, в которую ввинчена трубка 16 на которую одеты три изолирующие втулки 17, 18 и 19 несущие на себе два кольцевых электрода 20 и 21, разделенных между собой. К кольцевым электродам 20 и 21 через трубку 16 подводятся изолированные провода 22, другие концы которых припаяны к ножкам штепсельного разъема 23. Наконечник 24, навинчиваемый на резьбу трубки 16 скрепляет все детали конструкции датчика в осевом направлении. В резьбовые отверстия держателя 12 вворачиваются две ручки 25.The design of the humidity sensor is shown in FIG. 2 and consists of a
Конструкция блока управления представлена на фиг.3 и содержит регистрирующий блок 26 в водонепроницаемом кожухе 27 с открывающейся крышкой 28 для наблюдения показаний, включения и выключения прибора посредством тумблера 29, две печатные платы 30 и 31 (управляемого мультивибратора и частотомера) и источники питания 32.The design of the control unit is shown in Fig. 3 and contains a
Устройство работает следующим образом. Датчик влажности можно представить как емкость (конденсатор), где в качестве обкладок являются кольцевые электроды 8 (фиг. 1), а окружающая почва 2 является межэлектродной средой с определенной диэлектрической проницаемостьюThe device operates as follows. The humidity sensor can be represented as a capacitance (capacitor), where the ring electrodes 8 are used as plates (Fig. 1), and the surrounding
где С - емкость; S - площадь одного электрода; d - расстояние между электродами, εа - абсолютная диэлектрическая проницаемость. Для разных веществ εа разная. Например, для воды εа=80, для других веществ существенно меньше.where C is the capacity; S is the area of one electrode; d is the distance between the electrodes, ε a is the absolute dielectric constant. For different substances, ε a is different. For example, for water ε a = 80, for other substances it is much less.
Поскольку диэлектрическая проницаемость почвы не превышает εа≤7 и остается постоянной, то суммарная диэлектрическая проницаемость почвы εа будет определяться количеством воды в почве, а емкостное сопротивление переменному току определяется соотношениемSince the dielectric constant of the soil does not exceed ε a ≤ 7 and remains constant, the total dielectric constant of the soil ε a will be determined by the amount of water in the soil, and the capacitance to alternating current is determined by the ratio
где f - частота переменного тока в Герцах.where f is the frequency of the alternating current in Hertz.
При включении в цепь обратной связи мультивибратора 10 такого конденсатора, на его выходе получаются колебания переменного тока с частотойWhen such a capacitor is included in the feedback circuit of a
где R - активное сопротивление среды, С - емкость конденсатора (электродов и среды). Принимая во внимание, что величина R цепи обратной связи постоянна R=const, получим частоту мультивибратора f ~ С, т.е. частота мультивибратора будет определяться εа почвы, то есть ее влажностью. Измеряя эту частоту частотомером 11 получим искомую величину влажности в любой момент времени. Информация с частотомера представляется в виде величины постоянного тока, пропорциональной частоте мультивибратора, которая измеряется цифровым стандартным мультиметром 12, проградуированным в единицах влажности почвы. Градуировка устройства производится при помощи термовесового метода определения влажности почвы.where R is the active resistance of the medium, C is the capacitance of the capacitor (electrodes and medium). Taking into account that the value R of the feedback circuit is constant R = const, we obtain the multivibrator frequency f ~ C, i.e. the frequency of the multivibrator will be determined by ε a of the soil, that is, its moisture content. By measuring this frequency with a
Общий вид разработанного устройства показан на фиг. 4. Прибор прошел полевые испытания.A general view of the developed device is shown in FIG. 4. The device has passed field tests.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018130259U RU185072U1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | SOIL HUMIDITY DETERMINATION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018130259U RU185072U1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | SOIL HUMIDITY DETERMINATION DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU185072U1 true RU185072U1 (en) | 2018-11-20 |
Family
ID=64325301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018130259U RU185072U1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | SOIL HUMIDITY DETERMINATION DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU185072U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU198172U1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-06-22 | Общество с ограниченной ответственностью "МГБот" | Soil temperature and humidity sensor |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2433393C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for measuring soil moisture |
RU2433391C1 (en) * | 2010-06-16 | 2011-11-10 | ФГОУ ВПО Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева | Device for measuring moisture of soil horizons |
RU134656U1 (en) * | 2013-07-23 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ) | SOIL HUMIDITY CONTROL DEVICE |
US9007050B2 (en) * | 2010-09-17 | 2015-04-14 | The Toro Company | Soil moisture sensor with improved enclosure |
RU159796U1 (en) * | 2015-09-16 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | DEVICE FOR DETERMINING SOIL HUMIDITY |
CN205786611U (en) * | 2016-05-17 | 2016-12-07 | 深圳市锦泰酷技术有限公司 | A kind of intelligence soil humidity detector |
RU2638150C2 (en) * | 2015-09-15 | 2017-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Method and device for determining soil moisture content |
-
2018
- 2018-08-20 RU RU2018130259U patent/RU185072U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2433391C1 (en) * | 2010-06-16 | 2011-11-10 | ФГОУ ВПО Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева | Device for measuring moisture of soil horizons |
RU2433393C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for measuring soil moisture |
US9007050B2 (en) * | 2010-09-17 | 2015-04-14 | The Toro Company | Soil moisture sensor with improved enclosure |
RU134656U1 (en) * | 2013-07-23 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ) | SOIL HUMIDITY CONTROL DEVICE |
RU2638150C2 (en) * | 2015-09-15 | 2017-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Method and device for determining soil moisture content |
RU159796U1 (en) * | 2015-09-16 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | DEVICE FOR DETERMINING SOIL HUMIDITY |
CN205786611U (en) * | 2016-05-17 | 2016-12-07 | 深圳市锦泰酷技术有限公司 | A kind of intelligence soil humidity detector |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU198172U1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-06-22 | Общество с ограниченной ответственностью "МГБот" | Soil temperature and humidity sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7944220B2 (en) | Moisture content sensor and related methods | |
US4389900A (en) | Capacitance probe sensor device | |
Chakraborty et al. | PMMA-coated capacitive type soil moisture sensor: Design, fabrication, and testing | |
EP0125116A2 (en) | Method and instrument for measuring moisture | |
Thomsen et al. | Application of TDR to water level measurement | |
Bar-on et al. | Four point probe electrical spectroscopy based system for plant monitoring | |
CN102072925A (en) | Stroma moisture and conductivity in situ detector and method for determining salinity | |
US2437134A (en) | Electrode assembly for moisture meters | |
CN101710089B (en) | Method for measuring water content and mineralization degree of ionic conductor and apparatus thereof | |
CN108445051A (en) | A kind of online device for testing moisture content of wood | |
RU185072U1 (en) | SOIL HUMIDITY DETERMINATION DEVICE | |
Rusu et al. | Miniaturized wireless water content and conductivity soil sensor system | |
CN106932447B (en) | A kind of compound modification method of cultivation matrix water content conductivity | |
WO2009084971A1 (en) | System for measuring soil properties | |
CN203164704U (en) | Remote real-time water quality monitoring and control system | |
Sui et al. | Soil moisture sensor test with Mississippi Delta soils | |
CN113267643A (en) | Trunk liquid flow non-invasive measurement device and method suitable for plant thin stems | |
Placidi et al. | Capacitive low-cost system for soil water content measurement in the IoT precision agriculture | |
CA1070517A (en) | Method and device for determining the pore water pressure in a soil | |
CN106841317B (en) | Device for measuring conductivity of polluted soil and monitoring change of electrical parameters in electroosmosis process in real time | |
Tawie et al. | Low-cost impedance approach using AD5933 for sensing and monitoring applications | |
CN210136228U (en) | Portable soil moisture content measuring instrument and soil moisture content measuring system | |
US3593118A (en) | Apparatus for measuring the electrical conductivity of liquids having dielectric-faced electrodes | |
CN204101080U (en) | Soil water potential temperature measuring apparatus | |
RU191283U1 (en) | SOIL HYDROGEN |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181203 |