SU379864A1 - УСТРОЙСТВО дл ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области физикохимического анализа, в частности влагометрии .

Известны устройства дл  дистанционного определени  влажности почво-грунтов. Однако такого рода устройства позвол ют определ ть влажность в ограниченном объеме почвы, определ емом зоной действи  их датчиков , в то врем  как обычно необходимо иметь данные об осредненной влажности значительных земельных массивов, особенно на автоматизированных гидромелиоративных системах . В этих случа х прибегают к использованию большого количества датчиков, что заметно усложн ет обработку результатов измерений.

Цель изобретени  - увеличение точности и упрощение измерений в услови х засоленных почв.

Цель достигаетс  тем, что предлагаемое устройство выполнено в виде закладываемой в контролируемую почву длинной электрической линии, между электродами которой включены отрицательные сопротивлени , расположенные в зонах, соответствующих экстремальным значени м режима работы линии.

В случае необходимости увеличени  контролируемой площади при данной рабочей частоте датчик устройства выполн ют в виде открытой длинной линии.

В тех случа х, когда из-за зависимости диэлектрических параметров контролируемой почвы от частоты необходимо обеспечить работу устройства в моночастотном режиме, к нему подключают калиброванный регулируемый реактивный элемент, например конденсатор , с помощью которого восстанавливаетс  изменение рабочей частоты в процессе измерений , причем этот элемент снабжают соответствующей щкалой; тот же элемент служит дл  перестройки частотных характеристик датчика при определении засоленности почв. Дл  повышени  чувствительности измереНИИ при одновременном измерении как влажности почвы, так и засоленности насыщающей ее воды, один или оба электрода датчика устройства покрывают диэлектриком. При необходимости измерени  осредненной

температуры почвы, а также повышени  точности измерени  влажности в сложных температурных услови х один или оба электрода датчика устройства выполн ют в виде диэлектрических датчиков температуры, включаемых в систему измерени  и компенсации температурной нестабильности датчика.

Повыщение точности определени  засоленности почвы путем измерени  частотных характеристик датчика достигаетс  выполнением регулируемого реактивного элемента с виде встречно измен емых параллельно соединенных индуктивности и емкости, что обеснечивает значительное изменение характеристического сопротивлени  резонансной системы , в которую включен датчик, при минимальном изменении ее резонансной частоты. Если датчик устройства закладывают в почву на умеренную глубину, сравнимую с его поперечными размерами, то снижение вли ни  на точность измерений краевого эффекта достигаетс  выполнением одного из электродов датчика в виде влагонроницаемого электрического экрана дл  второго электрода . На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство работает на частоте пор дка 1 Мгц, длина электродов его датчика около 100 Л1. Датчик содержит электрод /, нокрытый слоем диэлектрика 2, и электрод 3. Эти электроды образуют открытую электрическую длинную линию. Внутри электрода 3 в эталонном веществе 4 размещен вспомогательный электрод 5, включенный в схему температурной компенсации результатов измерений, состо щей из возбудител  6 и смесител  7, второй вход которого соединен с датчиком. К выходу смесител  подключен тарированный ана .логовый частотомер 8. К входу датчика подключен диффузионный транзистор 9, работающий в лавинном режиме, а к его середине - туннельный диод 10. Напр жение питани  на диод подаетс  от источника 11 через выключатель 12 и делитель на резисторах 13 и 14. Дл  обеспечени  автоколебательного режима датчика в щироком диапазоне изменени  резистивной нроводимости контролируемой почвы датчик защунтирован дросселем 15, активное сопротивление которого меньше, чем модуль отрицательного сопротивлени  туннельного диода. Дл  обеспечени  работы датчика в моночастотном режиме к нему подключен тарированный конденсатор 16, что позвол ет повысить точность измерений в случае наличи  частотной зависимости диэлектрических параметров контролируемой почвы, а также при значительном изменении влажности почвы путем соответствующего изменени  емкости этого конденсатора. Конденсатор служит также и дл  изменени  частотных характеристик датчика при онределении засоленности насыщающей почву воды или при устранении вли ни  изменени  резистивной проводимости почвы на точность измерений . При работе устройства в моночастотном режиме частотомер 8 служит индикатором настройки устройства на заданную частоту , осуществл емой путем изменени  емкости конденсатора. В случае существенно неоднородного распределени  влажности по контролируемой площади земельного массива датчик возбуждаетс  на высщих относительно его основной частоты гармониках; это достигаетс , в частности , соответствующим выбором параметров L, С-контура. Дл  обеспечени  работы датчика в резонансном режиме при больших значени х резистивной праводимости почвы его волновое сопротивление р должно быть минимальным или диэлектрик, покрывающий электроды датчика, должен иметь пониженное значение диэлектрической посто нной. Датчик закладывают непосредственно в контролируемую почву, после чего устройство тарируют с помощью эталонных приборов, например нейтронных влагомеров, по всей длине. Работа устройства основана на  влении изменени  входного сонротивлени  длинной линии , привод щего к изменению его резонансной частоты, в зависимости от параметров остальных элементов колебательной системы и диэлектрических параметров контролируемой ночвы. При включении выключател  12 на транзистор 9 и туннельный диод 10, имеющие отрицательные сопротивлени , подаетс  нанр жение. питани , и в датчике возникают электрические колебани , частота которых онредел етс , в частности, электрическими параметрами датчика. Так как последние существенно завис т от влажности почвы, то частота сигнала датчика  вл етс  ее функцией . Возникающие температурные погрешности измерений, св занные с зависимостью диэлектрических параметров почвы от степени ее нагрева, компенсируютс  в смесителе 7, на входы которого одновременно подаютс  сигнал от датчика и сигнал от вспомогательной емкостной системы, состо щей из электрода 3 датчика и вспомогательного электрода 5, размещенного в эталонном веществе, электрические параметры которого выбирают из условий оптимальной компенсации температурной погрещности датчика. С помощью возбудител  6, выход которого св зан со смесителем 7, возбуждают сигнал на резонансной частоте вспомогательной электродной системы . При необходимости измерени  осредненной темнературы почвы в зоне заложени  датчика частотомер при помощи переключател  17 подключают непосредственно к выходу возбудител  6, частота сигнала которого  вл етс  однозначной функцией температуры эталонного вещества 4, а следовательно, прилегающей к нему почвы. Частотный метод измерений характеризуетс  высокой чувствительностью, однако при существенной зависимости диэлектрических параметров почв от частоты, что характерно, например, дл  суглинков, однозначна  тарировка датчика обеспечиваетс  проведением измерений в моночастотном режиме. Данный режим обеспечиваетс  соответствующим изменением емкости конденсатора, шкала которого оттарирована непосредственно в единицах влажности. В этом случае частотомер

служит дл  контрол  посто нства рабочей частоты устройства.

Компенсаци  изменени  резистивных параметров контролируемой почвы может быть обеспечена, например, путем перевода- транзистора 9 и туннельного диода 10 в существенно нелинейный режим их работы, в частности , выбором соответствующего напр жени  питани .

Если же необходимо измерить засоленность насыщающей почву воды,  вл ющейс  функцией резистивных параметров датчика, то изменением емкости конденсатора или индуктивности дроссел  или совместным изменением этих параметров измен ют характеристическое сопротивление колебательной системы , в которую входит датчик, и по изменению частот суд т как о влажности, так и о засоленности. Наличие на электроде / изол тора 2 повышает при этом чувствительность измерений.

Длина датчика в зависимости, от выбранного оабоче.го пи п чон  частот, количества примененных устройств с отрицательным сопротивлением и режима его работы, контролируемого высокочастотным вольтметром, может колебатьс  от единиц до сотен метров.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1.Устройство дл  измерени  влажности почво-грунтов, содержащее реактивно-резистивный датчик и измерительную схему, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности и упрощени  измерений в услови х засоленных почв, датчик выполнен в виде длинной электрической линии, между электродами которой включены отрицательные сопротивлени .

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений

за счет уменьшени  вли ни  краевого эффекта , один из электродов датчика выполнен в виде влагопроницаемого электрического экрана второго электрода.

1/2

15

7/5