Измеритель влагосодержания почвы
SOIL MOISTURE METER

Изобретение относится к устройствам для измерения влажности сыпучих материалов, в основном, почвы, а также зерна, минеральных удобрений и т.п.
Известны такие устройства, преимущественно резистивного или емкостного принципа действия, см., например, пат. России № RU 134656, содержащий пару электродов, а также пат. №10464, 111669, 145821.
Недостатком известных датчиков является усредненное определение влажности в сравнительно толстом слое почвы. Но влажность почвы в обычное летнее время (не во время таяния снегов) сильно зависит от глубины, на которой проводится измерение. В результате - реальное содержание воды в почве определяется не совсем адекватно.
Задача и технический результат изобретения - более адекватное определение влагосодержания почвы.
Для этого измеритель определяет влажность почвы на нескольких уровнях глубины, соответствующих эффективной глубине проникания корневой системы конкретной сельскохозяйственной культуры. То есть измеритель содержит электрический генератор, измеритель тока и процессор, а также содержит несколько электродов, подключаемых попарно или все к одному и расположенных на разной глубине в сыпучем материале, причем процессор запрограммирован на определение влажности в каждом уровне сыпучего материала по корреляции проводимость-влажность и/или по корреляции емкость-влажность и на осуществление суммирования влажности в каждом уровне сыпучего материала.
Причем определение влажности в каждом конкретном слое измеритель может проводить по электрической проводимости слоя, по его электрической емкости или и по тому и по другому вместе. Точнее, эти два измерения проводятся по очереди, и затем процессор вычисляет среднеарифметическое этих двух измерений. Это расширяет пределы надежного измерения влажности и повышает его точность.
Измерение проводимости осуществляется переменным током малой частоты (чтобы не вызвать электролиз и поляризацию электродов), а измерение электрической емкости осуществляется на средних и высоких частотах. Генератор при этом перенастраивается на другую частоту или используется второй генератор. Оба измерения должны производиться непродолжительное время (чтобы не вызвать электролиз и поляризацию).
В качестве электродов можно использовать стержень из нержавеющей стали (например, электродную проволоку от нержавеющих электродов для электросварки), имеющий конусную выточку вблизи заостренного конца и изолированный на большей части своей длины термоусадочным материалом (см. фиг. 1).
Измерение проводимости может осуществляться двумя способами. Либо электроды располагаются попарно на небольшом расстоянии (чтобы уменьшить влияние растекания тока) на разной глубине, и попарно измеряется электрическое сопротивление между ними, то есть проводимость (величина, обратная электрическому сопротивлению). Назовем этот способ «попарным». Именно так должны быть расположены электроды и при измерении влажности емкостным способом.
Либо один из электродов, имеющий значительно большую площадь (назовем его «заземлением»), закапывается глубоко в грунт (так, чтобы его сопротивление растеканию было не менее чем на порядок меньше, чем у остальных электродов), и все остальные электроды измерителем по очереди соединяются с ним. То есть во втором способе измеряется сопротивление растеканию каждого измерительного электрода относительно заземления. Расположение электродов во втором случае напоминает веер. Назовем этот способ «заземлительным».
На фиг. 1 показан предлагаемый электрод, а на фиг. 2 и 3 - соответственно примерное расположение электродов при попарном (фиг. 2) и поочередном (фиг. 3) измерении проводимости.
Электрод состоит из стержня 1 из малокорродирующего материала, например из нержавеющей стали (идеально - с позолотой на конце), имеющего конусную выточку 2, и из надетой на стержень и термоусаженной пластмассовой трубки 3. К верхнему концу стержня присоединяется электрический провод. Причем для соблюдения точного расстояния между стержнями и для погружения их на одинаковую глубину при попарном измерении проводимости и при измерении емкости их верхние концы могут быть соединены прочной диэлектрической перемычкой с образованием П-образной конструкции.