RU191283U1

RU191283U1 - SOIL HYDROGEN

Info

Publication number: RU191283U1
Application number: RU2019114321U
Authority: RU
Inventors: Иван Анатольевич Шушпанов; Николай Федорович Рыжко; Евгений Станиславович Смирнов
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-08-01

Abstract

В современном сельском хозяйстве при выращивании сельскохозяйственных культур с помощью искусственного орошения, где количество и качество полива определяет урожайность, для определения количества влаги в почве используются различные способы.В последнее время наиболее широко для определения влажности используются различные приборы и датчики, которые дают наиболее точную и оперативную информацию о влажности у корневой системы растений.В нашей стране пока не налажен в промышленных масштабах выпуск таких приборов и датчиков, для определения влажности почвы используются или дорогие зарубежные приборы, или трудоемкий термостатно-весовой метод.Предлагаемый почвенный влагомер, состоящий из датчика влажности и регистрирующего устройства, позволяет измерять влажность в выбранных уровнях почвы глубиной до 1 метра с шагом 10 см.При этом датчики могут устанавливаться отдельно от регистрирующего устройства на весь вегетационный период на выбранных участках и обслуживаться одним регистрирующим устройством, заменяя термостатно-весовой метод определения влажности почвы на больших площадях сельскохозяйственных культур или дорогостоящие датчики зарубежного производства. 2 ил.In modern agriculture, when growing crops using artificial irrigation, where the quantity and quality of irrigation determines the yield, various methods are used to determine the amount of moisture in the soil. Recently, various instruments and sensors have been most widely used to determine moisture, which give the most accurate and operational information on humidity in the root system of plants. In our country, the production of such devices and sensors has not yet been commercially established to determine To determine the soil moisture, either expensive foreign instruments or the labor-intensive thermostat-weight method are used. The proposed soil moisture meter, consisting of a moisture sensor and a recording device, allows you to measure moisture in selected soil levels up to 1 meter deep in 10 cm increments. In addition, the sensors can be installed separately from the recording device for the entire growing season in selected areas and served by one recording device, replacing the thermostat-weight method for determining soil moisture with Olsha squares crops or expensive sensors foreign manufacture. 2 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 на орошении используются автоматизированные системы полива, где соблюдение норм полива имеет очень важное значение для получения высокого урожая. Основой этих систем являются датчики влажности почвы, дающие информацию о количестве влаги в корнеобитаемом слое растений, что позволяет принимать обоснованные решения при назначении поливов в нужном количестве и в нужное время.In modern agriculture, when growing crops on irrigation, automated irrigation systems are used, where compliance with irrigation standards is very important for obtaining a high yield. The basis of these systems are soil moisture sensors, which provide information on the amount of moisture in the root layer of plants, which allows you to make informed decisions when appointing 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. Например, фирма Valley для этих целей предлагает систему контроля влажности почвы Base Station 2-5 м, которая считывает данные о влажности почвы с датчиков Watermark и передает эти данные по запросу потребителей (каталог продукции Valley, RUS 10098 9/11).Foreign companies use various instruments and systems for monitoring soil moisture in agricultural plants to measure soil moisture. For example, Valley offers the Base Station 2-5 m soil moisture control system for this purpose, which reads soil moisture data from Watermark sensors and transmits this data upon customer request (Valley product catalog, RUS 10098 9/11).

В России до сих пор такие системы контроля влажности почвы в промышленном масштабе не выпускаются, а зарубежные приборы дороги, поэтому необходима разработка отечественных измерителей влажности почвы, недорогих, простых по конструкции и доступных каждому фермеру.In Russia, such soil moisture control systems are still not produced on an industrial scale, and foreign instruments are expensive, so it is necessary to develop domestic soil moisture meters that are inexpensive, simple in design and accessible to every farmer.

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран влагомер НН2-5М (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 moisture meter (Watch Dog Watermark Soil Moisture Sensor Product Manual Item # 6450WD) was chosen to measure soil and soil moisture.

Прибор состоит из водопрочного корпуса с датчиками в виде игл из нержавеющей стали. С помощью этого прибора можно производить экспресс измерения влажности с точностью ±3% в диапазоне измерений 5-85%.The device consists of a water-resistant housing with sensors in the form of stainless steel needles. Using this device, you can make rapid measurements of humidity with an accuracy of ± 3% in the measurement range 5-85%.

Недостатком прибора следует признать ограничение измерения влажности почвы по глубине, которая лимитируется длиной игл (датчиков) и возможных искажениях показаний при неплотном соприкосновении датчиков с почвой при экспресс измерениях. Таким прибором затруднительно измерить послойно влажность корнеобитаемого пространства растений, которое распространяется до 1 м и более.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 possible distortion of readings in case of loose contact of the sensors with the soil during rapid measurements. With such an instrument it is difficult to measure layer by layer the humidity of the root habitat of plants, which extends up to 1 m or more.

В России для этих целей используется достаточно точный термостатно-весовой метод определения влажности почвы, при котором в корнеобитаемом пространстве растений послойно через каждые 10 см по глубине отбираются с помощью почвенного бура пробы почвы в трехкратной повторности и в лабораторных условиях с помощью известной методики определяется их влажность. Недостатком метода является его трудоемкость и достаточно длительное по времени получение результатов, что особенно затруднительно при определении влажности при больших площадях посевов.In Russia, a fairly accurate thermostat-weight method for determining soil moisture is used for these purposes, in which soil samples are collected in triplicate every 10 cm in depth in the root habitat space of plants in triplicate and, in the laboratory, their moisture is determined using a known technique . The disadvantage of this method is its complexity and quite a long time to obtain results, which is especially difficult when determining humidity with large areas of crops.

Технической задачей полезной модели является разработка прибора для определения влажности почвы в корнеобитаемом пространстве растений послойно до глубины 1 м, что необходимо для определения запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы.The technical task of the utility model is to develop a device for determining soil moisture in the root habitat of plants in layers to a depth of 1 m, which is necessary to determine the moisture reserves in the root habitat layer of the soil.

Указанная задача достигается тем, что влагомер состоит из двух частей - датчика и регистрирующего устройства отображения показания уровней датчика по профилю влажности. Обе части соединяются двухжильным кабелем со штепсельными разъемами, поэтому одно регистрирующее устройство может обеспечивать последовательно съем информации о влажности каждого слоя с неограниченного количества стационарно установленных датчиков. Вследствие того, что датчики имеют постоянный контакт с почвой по всей поверхности чувствительной части, это исключает ошибки в показаниях прибора при неполном касании поверхности датчика с почвой.This problem is achieved in that the hygrometer consists of two parts - a sensor and a recording device for displaying sensor level readings along the moisture profile. Both parts are connected by a two-core cable with plug connectors, therefore, one recording device can provide sequentially the removal of moisture information of each layer from an unlimited number of permanently installed sensors. Due to the fact that the sensors have constant contact with the soil over the entire surface of the sensitive part, this eliminates errors in the readings when the surface of the sensor is incompletely touched with the soil.

Почвенный влагомер содержит датчик влажности и регистрирующее устройство. Датчик влажности состоит из пластмассовой трубы, на поверхности которой располагаются кольцевые чувствительные элементы из нержавеющей стали, количество которых определяется количеством уровней почвы, в которых определяется влажность; чувствительные элементы комплектуются по два изолированных промежутком кольца на каждый уровень; многопозиционного переключателя со шкалой; штепсельного разъема; защитной крышки; соединительного кабеля; регистрирующего устройства; при этом все нечетные кольца объединяются общим проводом, другой конец которого подсоединяется к первому контакту штепсельного разъема, а каждое четное кольцо по отдельности подсоединяется к контактным ламелям многопозиционного щеточного переключателя, контактная щетка которого подсоединяется ко второму контакту штепсельного разъема; контакты штепсельного разъема с помощью двухпроводного кабеля соединяются с регистрирующим устройством, состоящим из управляемого мультивибратора и частотомера, проградуированного в единицах влажности почвы.The soil moisture meter contains a moisture sensor and a recording device. The moisture sensor consists of a plastic pipe, on the surface of which there are ring sensitive elements made of stainless steel, the number of which is determined by the number of soil levels in which moisture is determined; sensitive elements are equipped with two spaced-apart rings at each level; multi-position switch with scale; plug connector; protective cover; connecting cable; a recording device; in this case, all the odd rings are connected by a common wire, the other end of which is connected to the first contact of the plug connector, and each even ring is individually connected to the contact slats of the multi-position brush switch, the contact brush of which is connected to the second contact of the plug connector; the contacts of the plug connector with a two-wire cable are connected to a recording device consisting of a controlled multivibrator and a frequency meter calibrated in units of soil moisture.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.The proposed utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид датчика влажности почвы в разрезе. На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема влагомера.In FIG. 1 is a sectional view of a general soil moisture sensor. In FIG. 2 shows a circuit diagram of a moisture meter.

Конструкция датчика влажности представлена на фиг. 1 и представляет собой пластмассовую трубу 1, на наружной поверхности которой располагаются кольцевые чувствительные элементы (электроды) 2 из нержавеющей стали. Их количество определяется количеством уровней почвы, на которых измеряется влажность. Чувствительные элементы группируются по два на каждый уровень, при этом все нечетные элементы объединяются общим проводом, другой конец которого присоединяется к первому контакту штепсельного разъема 3, а каждый четный элемент по отдельности подсоединяется к ламелям многопозиционного щеточного переключателя 4, щетка которого подсоединяется ко второму контакту штепсельного разъема. На переключателе крепится шкала 5, на которой обозначены положения переключателя, указывающие, какой чувствительный элемент в данный момент подключен к штепсельному разъему. Например, если переключатель стоит в положении 4, то к штепсельному разъему подводится пара чувствительных элементов четвертого уровня, с которой снимается информация о влажности с уровня глубиной 40 см, и так далее. Сверху труба 1 закрыта крышкой 10.The design of the humidity sensor is shown in FIG. 1 and is a plastic pipe 1, on the outer surface of which there are ring sensitive elements (electrodes) 2 made of stainless steel. Their number is determined by the number of soil levels at which moisture is measured. Sensitive elements are grouped in two at each level, while all the odd elements are connected by a common wire, the other end of which is connected to the first contact of the plug connector 3, and each even element is separately connected to the sipes of the multi-position brush switch 4, the brush of which is connected to the second contact of the plug connector. A dial 5 is attached to the switch, on which the switch positions are indicated, indicating which sensor is currently connected to the plug connector. For example, if the switch is in position 4, then a pair of sensitive elements of the fourth level is supplied to the plug connector, from which moisture information is collected from a depth of 40 cm, and so on. On top of the pipe 1 is closed by a cover 10.

Вследствие того, что датчики имеют очень простое устройство из недорогих материалов и комплектующих, они закапываются на участках поля, где нужно определить профиль влажности почвы возделываемых культур на весь вегетационный период и обслуживаются последовательно одним регистрирующим устройством.Due to the fact that the sensors have a very simple device made of inexpensive materials and components, they are buried in areas of the field where you need to determine the soil moisture profile of cultivated crops for the entire growing season and are serviced sequentially by one recording device.

Принципиальная электрическая схема влагомера почвы представлена на фиг. 2 и состоит из датчика влажности фиг. 1, чувствительные элементы которого через многопозиционный переключатель 4 последовательно подсоединяются к штепсельному разъему 3, к которому подсоединяется двухпроводной кабель, последний подсоединяется к входу регистрирующего устройства 6, состоящего из управляемого мультивибратора 7 и частотомера 8, индикатор 9 которого проградуирован в значениях влажности почвы.A circuit diagram of a soil moisture meter is shown in FIG. 2 and consists of the humidity sensor of FIG. 1, the sensitive elements of which are connected in series through a multi-position switch 4 to a plug connector 3 to which a two-wire cable is connected, the latter is connected to the input of a recording device 6, which consists of a controlled multivibrator 7 and a frequency meter 8, the indicator 9 of which is calibrated in soil moisture values.

Устройство работает следующим образом. Датчик влажности можно представить как набор емкостей (конденсаторов), где в качестве обкладок являются кольцевые чувствительные элементы 2, а окружающая почва является межобкладочной средой с определенной диэлектрической проницаемостью ε_а. Поскольку диэлектрическая проницаемость почвы ε_а≤4 и остается постоянной, а диэлектрическая проницаемость воды ε_а=81, то суммарная диэлектрическая проницаемость почвы с водой будет определяться количеством воды в почве, а ее емкостное сопротивление переменному току определяется соотношением:The device operates as follows. A moisture sensor can be represented as a set of capacitors (capacitors), where the ring sensors are 2 as covers, and the surrounding soil is an interplanetary medium with a certain dielectric constant ε _a . Since the dielectric constant of the soil ε _a ≤4 and remains constant, and the dielectric constant of the water ε _a = 81, the total dielectric constant of the soil with water will be determined by the amount of water in the soil, and its capacitive resistance to alternating current is determined by the ratio:

где Х_с - емкостное сопротивление, Ом;where X _with - capacitance, Ohm;

ƒ - частота переменного тока, Гц;ƒ - frequency of alternating current, Hz;

С - емкость, Ф.C - capacity, F.

При включении в цепь обратной связи (к управляемому входу) мультивибратора 7 такого конденсатора такой емкости, на его выходе будут колебания переменного тока с частотой:When you turn on the feedback circuit (to the controlled input) of the multivibrator 7 of such a capacitor of such a capacity, its output will fluctuate in alternating current with a frequency:

где R - активное сопротивление среды, Ом;where R is the active resistance of the medium, Ohm;

С - емкость чувствительных элементов и среды, Ф.C is the capacity of sensitive elements and the environment, F.

Принимая во внимание, что величина R цепи обратной связи постоянна R = const, получим частоту мультивибратора ƒ, изменения которой будут определяться ε_а, то есть количеством воды в почве. Измеряя эту частоту частотомером 8, проградуированным в единицах влажности, получим искомую величину влажности почвы данного слоя. Градуировка устройства производится с помощью термостатно-весового метода определения влажности почвы.Taking into account that the value of R of the feedback circuit is constant R = const, we obtain the frequency of the multivibrator ƒ, the changes of which will be determined by ε _a , i.e. the amount of water in the soil. By measuring this frequency with a frequency meter 8, calibrated in units of humidity, we obtain the desired soil moisture content of this layer. The device is calibrated using a thermostatic-weight method for determining soil moisture.

Таким образом, устанавливая переключатель 4 на то или иное положение, снимается информация о влажности выбранных слоев почвы, а обходя участки посевов сельскохозяйственных культур и подключаясь с помощью штепсельного разъема 3 к установленным датчикам влажности, с помощью регистрирующего устройства 6 снимается информация о влажности на выбранных участках.Thus, by setting the switch 4 to a particular position, information about the moisture content of the selected soil layers is taken, and bypassing the areas of crops of crops and connecting with the plug connector 3 to the installed humidity sensors, using the recording device 6, information about the humidity in the selected areas is taken .

Claims

A soil moisture meter including a moisture sensor and a recording device, characterized in that the humidity sensor consists of a plastic pipe, on the surface of which there are ring sensitive elements (electrodes) made of stainless steel, the number of which is determined by the number of soil levels in which moisture is determined, the sensitive elements are completed two spaced rings on each level; multi-position switch with scale; plug connector; protective cover; connecting cable; a recording device; in this case, all the odd rings are connected by a common wire, the other end of which is connected to the first contact of the plug connector, and each even ring is individually connected to the contact slats of the multi-position brush switch, the contact brush of which is connected to the second contact of the plug connector; the contacts of the plug connector with a two-wire cable are connected to a recording device consisting of a controlled multivibrator and a frequency meter calibrated in units of soil moisture.