RU2244296C1 - Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential - Google Patents

Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential Download PDF

Info

Publication number
RU2244296C1
RU2244296C1 RU2003115747/28A RU2003115747A RU2244296C1 RU 2244296 C1 RU2244296 C1 RU 2244296C1 RU 2003115747/28 A RU2003115747/28 A RU 2003115747/28A RU 2003115747 A RU2003115747 A RU 2003115747A RU 2244296 C1 RU2244296 C1 RU 2244296C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
water
probe
soil moisture
potential
Prior art date
Application number
RU2003115747/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003115747A (en
Inventor
Г.Н. Федотов (RU)
Г.Н. Федотов
ков Ю.Д. Треть (RU)
Ю.Д. Третьяков
А.Д. Неклюдов (RU)
А.Д. Неклюдов
Original Assignee
Московский государственный университет леса (МГУЛ)
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 Московский государственный университет леса (МГУЛ) filed Critical Московский государственный университет леса (МГУЛ)
Priority to RU2003115747/28A priority Critical patent/RU2244296C1/en
Publication of RU2003115747A publication Critical patent/RU2003115747A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244296C1 publication Critical patent/RU2244296C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture and soil science; evaluating water-physics properties of soils.
SUBSTANCE: porous probe communicating with water-filled tank is driven into soil, cathode is inserted in probe and anode, in soil. Voltage is applied to electrodes from dc power supply and soil moisture potential preventing water transfer from tank to soil is determined by measuring current between them.
EFFECT: reduced single measurement time due to eliminating escape of significant amount of water from measuring instrument.
1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения водно-физических свойств почв.The invention relates to agriculture and soil science, and in particular to methods for determining the water-physical properties of soils.

Известен способ определения потенциала почвенной влаги [1], основанный на использовании мембранного пресса. Почву помещают на пористую мембрану, пропускающую воду, непроницаемую для частиц почвы и воздуха. После этого над почвой создают избыточное давление. Меняя давление определяют начало выделения почвенной влаги.A known method for determining the potential of soil moisture [1], based on the use of a membrane press. The soil is placed on a porous membrane that passes water, impervious to particles of soil and air. After that, excess pressure is created above the soil. Changing the pressure determines the onset of soil moisture.

Основным недостатком данного способа является невозможность проведения экспериментов в натурных условиях.The main disadvantage of this method is the inability to conduct experiments in natural conditions.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения потенциала почвенной влаги [2], заключающийся в использовании тензиометра. Тензиометр - гидрофизический прибор для измерения капиллярно-сорбционного давления влаги в почве в интервале от 0 до - 90 кПа. Он состоит из стеклянной трубочки, заполненной деаэрированной водой, соединенной с тонкопористым керамическим зондом (размер пор 1-2 мкм) и вакууметром. Прибор должен быть герметичен. Керамический зонд погружается в почву, и за счет разности термодинамических потенциалов воды в приборе (свободная вода) и в почве происходит перенос влаги из прибора в почву до установления равновесия. В приборе возникает разряжение, характеризующее всасывающую силу почвы (потенциал почвенной влаги), которое фиксируется вакууметром. Известны различные конструкции тензиометров, которые отличаются друг от друга прежде всего манометрическим устройством.Closest to the claimed is a method for determining the potential of soil moisture [2], which consists in the use of a tensiometer. A tensiometer is a hydrophysical device for measuring capillary-sorption pressure of moisture in soil in the range from 0 to - 90 kPa. It consists of a glass tube filled with deaerated water, connected to a finely porous ceramic probe (pore size 1-2 microns) and a vacuum gauge. The device must be tight. The ceramic probe is immersed in the soil, and due to the difference in the thermodynamic potentials of the water in the device (free water) and in the soil, moisture is transferred from the device to the soil until equilibrium is established. A vacuum occurs in the device, which characterizes the suction power of the soil (potential of soil moisture), which is recorded by a vacuum gauge. Various tensiometer designs are known which differ from each other primarily by a manometric device.

Основным недостатком данного способа является длительность установления равновесия между тензиометром и почвой. Для возникновения разряжения в приборе из него должно выйти определенное количество воды, и эта вода, попав в почву, не должна значимо изменять потенциал почвенной влаги в районе зонда. Следовательно, размер почвенного образца должен быть достаточно большим, и необходимо ждать, чтобы избыточная влага тензиометра ушла из окрестностей зонда. Время установления равновесия занимает часы, а для некоторых плохо проницаемых для воды почв, и сутки.The main disadvantage of this method is the length of the equilibrium between the tensiometer and the soil. For a vacuum to occur in the device, a certain amount of water must come out of it, and this water, once in the soil, should not significantly change the potential of soil moisture in the probe area. Consequently, the size of the soil sample must be large enough, and it is necessary to wait for the excess moisture of the tensiometer to leave the vicinity of the probe. The time to establish equilibrium takes hours, and for some soils poorly permeable to water, even a day.

Кроме того, весьма неудобно использование приборов, работающих при пониженном давлении. Малейшее нарушение герметичности делает их неработоспособными.In addition, the use of devices operating under reduced pressure is very inconvenient. The slightest violation of the tightness makes them inoperative.

Целью изобретения является уменьшение времени единичного измерения и повышение производительности при массовых измерениях, а также отказ от работы при пониженном давлении.The aim of the invention is to reduce the time of a single measurement and increase productivity in mass measurements, as well as the rejection of work at reduced pressure.

Технической задачей изобретения является исключение выхода значимых количеств воды из прибора.An object of the invention is to eliminate the release of significant amounts of water from the device.

Поставленная задача решается путем помещения пористого зонда, соединенного с заполненной водой емкостью, в почву. Введения в емкость с водой катода, а в почву - анода и пропускания тока между электродами. Величину потенциала почвенной влаги определяют по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву. В этом случае вода в керамическом фильтре будет двигаться под действием результирующей двух сил. В направлении почвы движение будет обусловливаться потенциалом почвенной влаги (всасывающей силой почвы), а в противоположном направлении вода будет двигаться за счет электроосмоса, так как керамический фильтр заряжен отрицательно. При определенной величине тока наступает динамическое равновесие, и вода двигаться не будет. Отградуировав прибор на стенде, мы получаем возможность измерять потенциал почвенной влаги по величине тока.The problem is solved by placing a porous probe connected to a tank filled with water in the soil. Introducing the cathode into the tank of water, and the anode into the soil and passing current between the electrodes. The value of the potential of soil moisture is determined by the magnitude of the current between them, not allowing water to pass from the tank to the soil. In this case, the water in the ceramic filter will move under the action of the resulting two forces. In the direction of the soil, the movement will be determined by the potential of soil moisture (soil suction force), and in the opposite direction, the water will move due to electroosmosis, since the ceramic filter is negatively charged. At a certain magnitude of the current, dynamic equilibrium sets in and the water will not move. By calibrating the device on the bench, we get the opportunity to measure the potential of soil moisture by the magnitude of the current.

Техническая сущность изобретения заключается в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной водой емкостью в почву, введении в емкость катода, а в почву - анода, и определении величины потенциала почвенной влаги по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву.The technical essence of the invention consists in placing a porous probe connected to a container filled with water in the soil, introducing a cathode into the container, and an anode into the soil, and determining the potential of soil moisture from the amount of current between them, preventing water from passing from the container to the soil.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от работы при пониженном давлении и значительно уменьшает время измерений. Кроме того, он позволяет перейти от измерения давления к измерению тока, что значительно точнее и проще.The proposed method allows you to refuse to work under reduced pressure and significantly reduces the measurement time. In addition, it allows you to move from measuring pressure to measuring current, which is much more accurate and simpler.

Нижеследующие примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения.The following examples reveal the essence of the invention.

Пример 1Example 1

Пористый зонд, соединенный с заполненной водой емкостью, помещается в стакан с водой. Катод располагается внутри зонда, а анод, представляющий собой несколько витков медной проволоки диаметром 1 мм, снаружи, примыкая к внешней поверхности зонда. Емкость с водой подсоединена к зонду при помощи гибкого шланга. Ее можно поднимать на разную высоту, создавая различное, избыточное давление внутри зонда. От источника постоянного тока на электроды подается напряжение, и проводится калибровка прибора - устанавливается соответствие величины давления величине силы тока, удерживающей мениск в неподвижном состоянии. После проведения калибровки прибор помещается в почву и определяется величина силы тока, удерживающая мениск жидкости в неподвижном состоянии. По калибровочному графику находится соответствие величины давления величине силы тока.A porous probe connected to a container filled with water is placed in a glass of water. The cathode is located inside the probe, and the anode, which consists of several turns of copper wire with a diameter of 1 mm, is outside, adjacent to the outer surface of the probe. The water tank is connected to the probe using a flexible hose. It can be raised to different heights, creating a different, excess pressure inside the probe. A voltage is supplied from the DC source to the electrodes, and the device is calibrated - the pressure value is set to the value of the current strength that keeps the meniscus stationary. After calibration, the device is placed in the soil and the magnitude of the current is determined, which keeps the meniscus of fluid in a stationary state. According to the calibration graph, the correspondence of the pressure value to the current strength is found.

Проведенные эксперименты показали, что точность измерения потенциала почвенной влаги не ниже точности определения при помощи обычных тензиометров, а скорость определения возрастает многократно, так как не надо ждать установления равновесия (рассасывания влаги по почве) после ее выхода из тензиометра. Уменьшение количества выходящей в почву из прибора воды определяет уменьшение времени измерения. Причем, чем плотнее и менее влагопроницаема почва, тем больше времени требуется для установления равновесия, и тем, соответственно, больше выигрыш во времени при проведении измерений. Предлагаемый способ позволяет провести одно измерение за 3-5 минут, что значительно увеличивает производительность и снижает затраты при проведении массовых обследований почв. Кроме того, способ обладает большей надежностью, так как, если обычный тензиометр недостаточно герметичен, то это выяснится, только после проведения измерений, что заставляет для повышения надежности проводить несколько параллельных измерений. Предлагаемый способ лишен этого недостатка.The experiments showed that the accuracy of measuring the potential of soil moisture is not lower than the accuracy of determination using conventional tensiometers, and the speed of determination increases many times, since you do not have to wait for the establishment of equilibrium (absorption of moisture through the soil) after it leaves the tensiometer. A decrease in the amount of water leaving the soil from the device determines a decrease in the measurement time. Moreover, the denser and less moisture-permeable soil, the more time is required to establish equilibrium, and, accordingly, the greater the gain in time during measurements. The proposed method allows one measurement in 3-5 minutes, which significantly increases productivity and reduces costs when conducting mass surveys of soils. In addition, the method has greater reliability, since if a conventional tensiometer is not tight enough, it will become clear only after measurements, which forces several parallel measurements to increase reliability. The proposed method is devoid of this disadvantage.

Таким образом, предлагаемый способ уменьшает время, повышает производительность и надежность измерений.Thus, the proposed method reduces time, improves productivity and reliability of measurements.

ЛитератураLiterature

1. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа, 1973. С.185-187.1. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Research methods for the physical properties of soils and soils. M .: Higher School, 1973. S.185-187.

2. Шеин Е.В., Капинос В.А. Сборник задач по физике почв. М.: МГУ, 1994. С.48-50.2. Shein E.V., Kapinos V.A. Collection of problems in soil physics. M .: Moscow State University, 1994. P.48-50.

Claims (1)

Способ электроосмотического измерения потенциала почвенной влаги, заключающийся в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной водой емкостью, в почву, отличающийся тем, что внутрь зонда вводится катод, а в почву, примыкая к поверхности зонда, - анод, на электроды подается напряжение от источника постоянного тока и величина потенциала почвенной влаги определяется по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву.The method of electroosmotic measurement of the potential of soil moisture, which consists in placing a porous probe connected to a container filled with water, into the soil, characterized in that a cathode is inserted inside the probe, and an anode adjacent to the surface of the probe, voltage is supplied to the electrodes from a constant source current and the potential value of soil moisture is determined by the magnitude of the current between them, not allowing water to pass from the tank to the soil.
RU2003115747/28A 2003-05-28 2003-05-28 Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential RU2244296C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003115747/28A RU2244296C1 (en) 2003-05-28 2003-05-28 Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003115747/28A RU2244296C1 (en) 2003-05-28 2003-05-28 Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003115747A RU2003115747A (en) 2004-11-27
RU2244296C1 true RU2244296C1 (en) 2005-01-10

Family

ID=34881225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003115747/28A RU2244296C1 (en) 2003-05-28 2003-05-28 Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244296C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104111273A (en) * 2013-04-16 2014-10-22 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 Farmland multipath tension meter soil water potential dynamic collector
CN110596195A (en) * 2019-08-26 2019-12-20 南京林业大学 Resistance control type partitioned electroosmosis viscosity reduction test device and test method for soil body and metal interface

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU 464811 а, 16.09.1975. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104111273A (en) * 2013-04-16 2014-10-22 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 Farmland multipath tension meter soil water potential dynamic collector
CN110596195A (en) * 2019-08-26 2019-12-20 南京林业大学 Resistance control type partitioned electroosmosis viscosity reduction test device and test method for soil body and metal interface
CN110596195B (en) * 2019-08-26 2024-03-26 南京林业大学 Partitioned electroosmosis viscosity reduction test device and method for resistance control between soil body and metal interface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Klute Water retention: laboratory methods
KR100486837B1 (en) Measuring device for properties of unsaturated soil
WO2008081470B1 (en) Electronic level sensor and timer based falling head soil permeameter
CN103645128B (en) A kind of unsaturation rock-soil material stress infiltration measuring instrument
CN207675581U (en) Soil sample water content test device under different pressure
SE411645B (en) DEVICE FOR DETERMINING PORATIC WATER PRESSURE IN AN EARTH
CN106501151A (en) A kind of shale aperture measurement device and method based on imbibition and ion diffusion property
RU2244296C1 (en) Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential
RU2239831C1 (en) Method of measurement of soil moisture potential
US3091115A (en) Apparatus for determining soil moisture content
RU2239832C1 (en) Method of measurement of soil moisture potential
Li et al. Development of a new high-suction tensiometer
CN116297081A (en) Unsaturated soil-water-gas movement combined measurement compressor and measurement method
US4020677A (en) Apparatus for determining salinity of fluids
Jotisankasa et al. Development of a low cost miniature tensiometer and its applications
RU2434223C1 (en) Method of measuring permeability of materials
PRESSIONS On the control of low negative water pressures in laboratory tests on unsaturated sand
RU177855U1 (en) Device for measuring the dynamic action of rain on the soil
Wang et al. Measurement of thermal conductivity dryout and SWCC curves for sands using a modified hanging column device
Gee et al. A wick tensiometer to measure low tensions in coarse soils
Finno et al. Coefficient of permeability from AC electroosmosis experiments. II: Results
Purwana et al. Experimental studies of suction-monitored direct shear apparatus on Perth poorly graded sand
Caruso et al. Enhancement of a commercial pressure plate apparatus for soil water retention curves
SU961604A1 (en) Apparatus for simultaneous determination of water potential, humidity and non-saturated hydraulic conductivity in soil and dispersed grounds
Chen et al. Development of a pore gas pressure transducer used in unsaturated soils at high water content

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050529