RU198172U1 - Датчик температуры и влажности почвы - Google Patents

Датчик температуры и влажности почвы Download PDF

Info

Publication number
RU198172U1
RU198172U1 RU2019117773U RU2019117773U RU198172U1 RU 198172 U1 RU198172 U1 RU 198172U1 RU 2019117773 U RU2019117773 U RU 2019117773U RU 2019117773 U RU2019117773 U RU 2019117773U RU 198172 U1 RU198172 U1 RU 198172U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
humidity sensor
base
signal processing
external devices
Prior art date
Application number
RU2019117773U
Other languages
English (en)
Inventor
Ростислав Леонидович Варзар
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МГБот"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "МГБот" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МГБот"
Priority to RU2019117773U priority Critical patent/RU198172U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU198172U1 publication Critical patent/RU198172U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • 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
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • 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
    • G01N33/246—Earth materials for water content

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля параметров локальных земельных участков различного назначения в экологических, агротехнических и других целях. Заявлен датчик влажности почвы, содержащий основание в виде печатной платы с установленным в нем измерительным элементом в виде датчика влажности. При этом данные с датчика влажности поступают на электрическую схему обработки сигнала, расположенную над датчиком влажности, которая подавляет высокочастотные помехи от данных датчика влажности, преобразует емкость датчика влажности в напряжение для передачи сигнала к внешним приборам через четырехконтактный разъем, расположенный в верхней части основания и подсоединенный к внешним приборам, считывающим показания датчика и обеспечивающим настройку режима работы датчика. Причем часть основания, на которой расположен измерительный элемент с электрической схемой обработки сигнала, для защиты от агрессивных воздействий покрыта герметичным слоем водонепроницаемого электроизоляционного лака. Технический результат – повышение герметичности устройства. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области исследований или анализа материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к измерительной технике, предназначенной для контроля параметров локальных земельных участков различного назначения в экологических, агротехнических и других целях.
Известен влагомер почвы, содержащий клиновидное устройство заглубления, ограничитель, два измерительных электрода, источник постоянного тока, измеритель проводимости, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, в котором электроды закреплены на устройстве заглубления с изолятором последовательно по ходу транспортного средства (Патент RU №49270, 02.03.2005).
При проведении измерений устройство заглубления погружается в почву при помощи гидравлических или механических средств до касания поверхности почвы ограничителем, затем производится калибровочное измерение и определение влажности взятого образца почвы при помощи эталонного влагомера; определяется масштабный коэффициент (коэффициент корелляции).
Недостатками данного устройства является то, что для проведения измерений таким устройством необходимо использование транспортного средства, а также возможности измерения только одного параметра почвы - влажности. К тому же устройство не обладает достаточной влагостойкостью, поэтому прибор погружают в почву до касания с ограничителем, закрепленным на устройстве эпоксидным клеем, который одновременно является изолятором.
Ближайшим для заявленного технического решения является устройство, которое представлено в патенте RU 2664680 (приоритет 11.12.2017). Беспроводное устройство для контроля микроклимата почвы, содержит корпус, и установленные в нем и соединенные между собой измерительно-передающие элементы, включающие датчики, источник питания. Устройство выполнено в виде двух установленных коаксиально друг в друга полимерных труб, одна из них которых является внешней, а другая внутренней.
Вдоль внутренней полости внутренней трубы размещены взаимосвязанные автономный источник питания, измерительно-передающая часть в виде печатной платы с размещенными на ней микроконтроллером и радиомодулем, подключенная к антенне, расположенной в верхней части внутренней трубы, на наружной поверхности внутренней трубы в нижней части закреплено не менее одного емкостного датчика, соединенного с измерительно-передающей частью посредством линии связи.
Недостатком такого устройства является громоздкость конструкции, связанная с тем, что для придания необходимой герметичности измерительно-передающей части используют конструкцию из двух труб, расположенных одна в другой.
Задачей при создании заявленного технического решения являлось устранение недостатков ближайшего аналога, а именно создание устройства, обладающего достаточной герметичностью, для получения точных параметров влаги почвы.
Техническим результатом является создание герметичного устройства.
В общем виде заявленное устройство представляет собой датчик влажности почвы, содержащий основание в виде печатной платы, с установленными в нем измерительным элементом, в виде датчика влажности, расположенного в нижней части основания, при этом данные с датчика влажности поступают на электрическую схему обработки сигнала, расположенную над датчиком влажности, которая подавляет высокочастотные помехи от данных датчика влажности, преобразует емкость датчика влажности в напряжение для передачи сигнала к внешним приборам через четырех контактный разъем, расположенный в верхней части основания и подсоединенный к внешним приборам, считывающим показания датчика и обеспечивающим настройку режима работы датчика, причем часть основания, на которой расположен измерительный элемент с электрической схемой обработки сигнала, для защиты от агрессивных воздействий покрыта герметичным слоем водонепроницаемого электроизоляционного лака.
Данные с датчика влажности поступают на электрическую схему обработки сигнала, расположенную над датчиком влажности.
Электрическая схема преобразует емкость датчика влажности в напряжение для передачи данных напряжения, преобразованного от емкости датчика влажности, на модуль аналого-цифрового преобразователя, сигналы от которого поступают к внешним приборам через четырех контактный разъем, расположенный в верхней части основания и подсоединенный к внешним приборам, считывающим показания датчика и обеспечивающим настройку режима работы датчика.
Конструкция заявленного устройства раскрыта на иллюстрациях 1-2.
На фигуре 1 показан общий вид заявленного устройства.
С указанием следующих позиций:
1. Разъем четырех контактный(4Р4С, RJ-9);
2. Электрическая схема обработки сигнала;
3. Датчик влажности.
4. Основание.
5. Указание области покрытия герметичным слоем водонепроницаемого электроизоляционного лака.
На фигуре 2 показан общий вид устройства в объеме.
На фигуре 3 показано расположение основных компонентов устройства на основании.
В таблице 1 указаны технические характеристики устройства.
В таблице 2 указаны параметры основания.
Габаритные размеры устройства следующие: 122.4×16×13 мм.
Особенностью заявленного датчика влажности почвы является емкостной принцип измерения влажности почвы без непосредственного контакта электродов с почвой и растворенных в ней электролитов, которые в обычных резистивных датчиках почвах приводят к нескольким нежелательным эффектам:
- электролиз с последующим окислением электродов;
- появление паразитной ЭДС на электродах;
- загрязнение самой почвы металлами и окислами, из которых сделаны электроды.
На фигуре 4 изображена принципиальная электрическая схема датчика влажности почвы (электрическая схема обработки сигнала).
Узел измерения влажности почвы состоит из таймера IС1 на микросхеме таймера типа 555, работающей в режиме мультивибратора с фиксированной частотой и скважностью импульсов, которые задаются элементами С2, R3 и R4.
Частота мультивибратора определяется по формуле
Figure 00000001
Конденсаторы С3 и С4 обеспечивают корректную работу микросхемы.
Выходные импульсы подаются через резистор R1 непосредственно на емкостной датчик через контакт V_CAP, второй контакт датчика подключен к минусу питания GND. Емкостной датчик представляет собой медные дорожки на печатной плате, которые покрыты защитной маской самой платы и дополнительно герметичным слоем водонепроницаемого электроизоляционного лака, которые защищают дорожки от непосредственного контакта с почвой.
В переменном токе (импульсы с мультивибратора) емкостной датчик - конденсатор работает как реактивное сопротивление, которое определяется по формуле
Figure 00000002
где ƒ - частота мультивибратора, а С - емкость конденсатора - емкостного датчика из медных дорожек на печатной плате.
Емкость конденсатора - емкостного датчика С определяется по формуле (приблизительно, так как электроды - медные дорожки имеют неправильную форму)
Figure 00000003
где S - площадь электродов, d - расстояние между электродами, ε0 - электрическая постоянная 8.854187817⋅10-12 Ф/м, ε - диэлектрическая проницаемость среды.
Емкость датчика в данном случаем переменная, и зависит от диэлектрической проницаемости среды ε, которая, в свою очередь, зависит от состава среды, то есть почвы, в которую погружен датчик и в основном определяется содержанием воды в почве. Например для сухого воздуха ε≈1, а для воды ε≈81.
Емкостной датчик (которые работает как реактивное сопротивление) включен в схему детектирования и деления напряжения на элементах R2, VD1 и С1. Конденсатор С1 фильтрует высокочастотные импульсы с мультивибратора.
Микросхема стабилизатор напряжения IC2 и конденсаторы С5, С6, С8 и С9 обеспечивают стабильное напряжение питания для мультивибратора и работы датчика.
В результате на выходе MOUT выдается напряжение, которое зависит от емкости датчика и это напряжение далее с датчика можно подавать на вход измерительного прибора или АЦП микроконтроллера.
Принцип работы заявленного устройства следующий.
Изменение электрической емкости от датчика влажности 3, являющегося емкостным измерителем влажности поступают на электрическую схему обработки сигнала 2.
Узел измерения влажности почвы состоит из таймера IC1 на микросхеме таймера типа 555, работающей в режиме мультивибратора с фиксированной частотой и скважностью импульсов.
Выходные импульсы подаются через резистор R1 непосредственно на емкостной датчик через контакт V_CAP, второй контакт датчика подключен к минусу питания GND.
Электрическая схема обработки сигнала придает электрическому сигналу нужный вид и передает сигнал к внешним приборам через разъем 1, являющимся четырехконтактный разъемом 1.
Электрическая схема обработки сигнала преобразует емкость датчика в напряжение, используя высокочастотный генератор, схему преобразования частота-напряжение и сглаживающий высокочастотный фильтр. Далее, это напряжение поступает на канал АЦП, который внешние приборы могут настроить, откалибровать и считать по интерфейсу I2С.
Немаловажным аспектом является наличие линейного стабилизатора напряжения с низким падением напряжения на выходе и низким уровнем пульсаций, а также наличие встроенного прецизионного источника опорного напряжения внутри АЦП, которые питаю все схемы датчика.
Устройство может иметь свой АЦП, установленный на плате (цифровое исполнение устройства), а может быть без него, тогда данные поступают на внешний АЦП (аналоговое исполнение устройства).
Датчик влажности почвы представляет собой конденсатор с воздушным диэлектриком в виде дорожек на печатной плате, покрытых защитных слоем. При опускании в почву или воду изменяется диэлектрическая проницаемость среды, что влечет к изменению емкости конденсатора. Датчик преобразует емкость в напряжение, измеряемое АЦП микроконтроллера, к которому подключен датчик.
Область покрытия герметичным слоем водонепроницаемого электроизоляционного лака, выполненного их 4 слоев акрилового изоляционного лака, показанная на фигуре 1 позицией 6.
Герметичный слой для печатных плат и электронных компонентов изготовлен на основе акриловой смолы, идеально удовлетворяет требованиям микроэлектроники, образует блестящую и гибкую защитную пленку, которая устойчива к кислоте, соли, плесени, коррозионным испарениям, термическим воздействиям, механическим повреждениям, щелочи, спирту, влаге и агрессивной окружающей среде.

Claims (1)

  1. Датчик влажности почвы, содержащий основание в виде печатной платы с установленным в нем измерительным элементом в виде датчика влажности, при этом данные с датчика влажности поступают на электрическую схему обработки сигнала, расположенную над датчиком влажности, которая подавляет высокочастотные помехи от данных датчика влажности, преобразует емкость датчика влажности в напряжение для передачи сигнала к внешним приборам через четырехконтактный разъем, расположенный в верхней части основания и подсоединенный к внешним приборам, считывающим показания датчика и обеспечивающим настройку режима работы датчика, причем часть основания, на которой расположен измерительный элемент с электрической схемой обработки сигнала, для защиты от агрессивных воздействий покрыта герметичным слоем водонепроницаемого электроизоляционного лака.
RU2019117773U 2019-06-07 2019-06-07 Датчик температуры и влажности почвы RU198172U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117773U RU198172U1 (ru) 2019-06-07 2019-06-07 Датчик температуры и влажности почвы

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117773U RU198172U1 (ru) 2019-06-07 2019-06-07 Датчик температуры и влажности почвы

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU198172U1 true RU198172U1 (ru) 2020-06-22

Family

ID=71135664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117773U RU198172U1 (ru) 2019-06-07 2019-06-07 Датчик температуры и влажности почвы

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU198172U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU212961U1 (ru) * 2022-03-30 2022-08-15 Общество с ограниченной ответственностью "Сандракс" Датчик температуры, влажности и давления

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU989437A1 (ru) * 1981-10-14 1983-01-15 Специальное Опытное Проектно-Конструкторско-Технологическое Бюро Сибирского Отделения Всесоюзной Ордена Ленина Академии Сельскохозяйственных Наук Им.В.И.Ленина Устройство дл измерени влажности почвы
WO2000025120A1 (de) * 1998-10-22 2000-05-04 Marco Koch Kapazitiver feuchtigkeitssensor sowie verfahren zu dessen herstellung
JP2005126456A (ja) * 2003-10-21 2005-05-19 Hitachi Chem Co Ltd 防湿絶縁塗料、絶縁処理された電子部品及びその製造方法
US20060139037A1 (en) * 2004-12-28 2006-06-29 Hughes William C Soil probe device and method of making same
KR100941087B1 (ko) * 2009-07-28 2010-02-10 박희복 화분용 수분 모니터링 장치
RU185072U1 (ru) * 2018-08-20 2018-11-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации" (ФГБНУ "ВолжНИИГиМ") Устройство определения влажности почвы

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU989437A1 (ru) * 1981-10-14 1983-01-15 Специальное Опытное Проектно-Конструкторско-Технологическое Бюро Сибирского Отделения Всесоюзной Ордена Ленина Академии Сельскохозяйственных Наук Им.В.И.Ленина Устройство дл измерени влажности почвы
WO2000025120A1 (de) * 1998-10-22 2000-05-04 Marco Koch Kapazitiver feuchtigkeitssensor sowie verfahren zu dessen herstellung
JP2005126456A (ja) * 2003-10-21 2005-05-19 Hitachi Chem Co Ltd 防湿絶縁塗料、絶縁処理された電子部品及びその製造方法
US20060139037A1 (en) * 2004-12-28 2006-06-29 Hughes William C Soil probe device and method of making same
KR100941087B1 (ko) * 2009-07-28 2010-02-10 박희복 화분용 수분 모니터링 장치
RU185072U1 (ru) * 2018-08-20 2018-11-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации" (ФГБНУ "ВолжНИИГиМ") Устройство определения влажности почвы

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU212961U1 (ru) * 2022-03-30 2022-08-15 Общество с ограниченной ответственностью "Сандракс" Датчик температуры, влажности и давления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7259566B2 (en) Micro sensor system for liquid conductivity, temperature and depth
CN101435836B (zh) 采用文氏桥振荡电路测量液体电导率的频率检测器
CN106197607B (zh) 一种精确测量地下水位的装置及方法
CA3031358A1 (en) Capacitive continuous fluid level sensor
CN106932447B (zh) 一种栽培基质含水量电导率的复合修正方法
CN106404112A (zh) 一种电容式液位传感器的免标定测量方法和装置
CN105067016A (zh) 基于氧化石墨烯的柔性集成温湿度传感器及其制备方法
CN203148467U (zh) 智能数字型环境参数测量仪
CN108051485B (zh) 土壤水分测量方法和土壤水分传感器
RU198172U1 (ru) Датчик температуры и влажности почвы
CN206311781U (zh) 一种气象六要素监测仪
CN201765028U (zh) 带自动校正的电容式水位传感器
CN201765027U (zh) 电容式水位传感器
CN107228882A (zh) 一种湿度传感器
CN111551268A (zh) 一种温度计
CN205506739U (zh) 一种湿度传感器
CN210037000U (zh) 一种传感器及测量装置
CN109916968B (zh) 一种电容式粮食水分传感器的精确测量方法及设备
RU105437U1 (ru) Емкостной уровнемер с дискретным измерением уровня светлых нефтепродуктов и подтоварной воды
CN111595413A (zh) 一种非接触式容器液位测量装置和方法
CN204889984U (zh) 一种皮肤测试仪
CN201945575U (zh) 电子气象高空探测电容式湿度传感器
CN107764425B (zh) 一种海水温度和压力集成的片式传感器芯片的制造方法
CN208187581U (zh) 一种高精度温度测量厚膜电路
RU2664680C1 (ru) Беспроводное устройство для контроля микроклимата почвы