СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В ПОЛИВОЧНОМ РАСТВОРЕ

Полезная модель относится к тепличному производству овощной продукции в сельском хозяйстве, а именно к системам автоматизированного приготовления поливочного питательного раствора для внесения минеральных удобрений в корневую зону растений.
Из существующего уровня техники известны различные устройства приготовления питательного поливочного раствора, содержащего растворенные минеральные удобрения заданной концентрации, путем смешения поливочной воды и высококонцентрированного раствора минеральных удобрений при помощи инжекторов, обеспечивающих объемное смешение жидких или газообразных фракций в определенном соотношении, определяемом геометрическими размерами и конструкцией инжектора, давлениями на входе и выходе инжектора, геометрическими размерами подающего трубопровода, по которому поступает подмешиваемая фракция в основной поток.
Недостатком инжекторов при использовании их в качестве дозирующих устройств при приготовлении поливочного раствора с заданной электропроводимостью является то, что они не обеспечивают точное поддержание заданных параметров, так как с течением времени из-за засоления поверхностей инжектора меняются его гидродинамические характеристики, изменяется уровень раствора в баке маточного раствора, подсасываемого в смесительную камеру инжектора, а также присутствует нестабильность давлений на входе и выходе инжектора.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является выбранная в качестве прототипа система автоматического регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе (RU 2034442), содержащая инжектор для объемного смешения растворенного концентрированного минерального удобрения и воды; подающий воду циркулярный насос, встроенный в магистральный трубопровод поливочной сети, соединенный с входом инжектора; емкость для маточного раствора минеральных удобрений, соединенная посредством подающего трубопровода со смесительной камерой инжектора; регистрирующий датчик электропроводимости поливочного раствора, установленный на выходе инжектора в магистральном трубопроводе; блок задатчика уставок максимального и минимального уровня изменения электропроводимости поливочного раствора; блок сравнения текущей электропроводимости поливочного раствора с заданными уставками; блок управления электроприводом поршня; блок изменения механических и гидравлических параметров инжектора, выполненный в виде дополнительного воздухозаборного патрубка с встроенным поршнем переменного сечения, кинематически связанным с электроприводом поршня. При этом выходы регистрирующего датчика электропроводимости готового поливочного раствора и блока задатчика уставок подключены к соответствующим входам блока сравнения, выход блока сравнения соединен с блоком управления электроприводом поршня, а смесительная камера инжектора сообщена с воздухозаборным патрубком и подающим трубопроводом маточного раствора.
Недостатком прототипа является отсутствие у него возможности осуществлять контроль температуры приготовляемого питательного раствора, подаваемого в корневую зону растений, учитывая тот факт, что температура поливочного раствора значительно влияет на полноту и быстроту усвояемости растениями питательных веществ, содержащихся в поливочном растворе. Таким образом, в зависимости от температуры подаваемого питательного раствора необходима большая или меньшая степень концентрации минеральных удобрений в растворе и, соответственно, большее или меньшее количество маточного раствора, подаваемого в инжектор для смешения с водой в процессе приготовления питательного раствора.
Кроме того, прототип имеет относительно усложненную конструкцию за счет использования в нем таких отдельных элементов, как блок задатчика уставок максимального и минимального уровня изменения электропроводимости поливочного раствора, блок сравнения текущей электропроводимости поливочного раствора с заданными уставками и блок управления электроприводом поршня.
Таким образом, задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа путем создания устройства, обеспечивающего автоматическое регулирование концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе на основе измерения электропроводимости приготовляемого питательного раствора и в зависимости от температуры данного раствора, с одновременным снижением затрат на приготовление питательного раствора и упрощением конструктивной схемы устройства.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение качества приготовления готового поливочного раствора и обеспечение снижения расхода минеральных удобрений при приготовлении питательного раствора за счет контроля температуры приготовляемого питательного раствора, подаваемого в корневую зону растений. Дополнительным техническим результатом является упрощение конструктивной схемы устройства за счет уменьшения количества входящих в нее отдельных конструктивных элементов.
Для решения указанной технической задачи предлагается система автоматического регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе, содержащая встроенный в магистральный трубопровод поливочной сети инжектор для объемного смешения растворенного концентрированного минерального удобрения и воды; подающий воду насос, встроенный в магистральный трубопровод поливочной сети перед входом инжектора; емкость для маточного раствора минеральных удобрений с подсоединенным к ней подающим трубопроводом; датчик регистрации электропроводимости питательного раствора и датчик контроля температуры приготовляемого питательного раствора, установленные на выходе инжектора в магистральном трубопроводе; блок изменения механических и гидравлических параметров инжектора, выполненный в виде дополнительного воздухозаборного патрубка со встроенным поршнем переменного сечения, кинематически связанный с электроприводом поршня; электронный блок управления, реализованный на основе микроконтроллера (микрокомпьютера).
При этом к электронному блоку управления подключены: датчик регистрации электропроводимости питательного раствора, датчик контроля температуры приготовляемого питательного раствора и электропривод поршня, а смесительная камера инжектора сообщена с воздухозаборным патрубком и подающим трубопроводом маточного раствора.
Таким образом, введение в систему датчика контроля температуры приготовляемого питательного раствора, установленного на выходе инжектора в магистральном трубопроводе, обеспечивает заданную точность концентрации минеральных удобрений в питательном растворе на выходе инжектора в зависимости от температуры приготовляемого поливочного раствора, подаваемого в корневую зону растений, что также позволяет более экономно использовать маточный раствор, подаваемый в инжектор, за счет чего обеспечивается снижение расхода минеральных удобрений в процессе приготовления питательного раствора.
Кроме того, введение в систему электронного блока управления, реализованного на основе микроконтроллера (микрокомпьютера), позволяет исключить из схемы устройства блок задатчика уставок максимального и минимального уровня изменения электропроводимости поливочного раствора, блок сравнения текущей электропроводимости поливочного раствора с заданными уставками и блок управления электроприводом поршня, что в результате приводит к упрощению конструктивной схемы устройства в целом.
На фиг.1 представлена функциональная схема автоматической системы регулирования концентрации минеральных удобрений в поливочном растворе, где приняты следующие обозначения: 1 - электронный блок управления, 2 - электропривод поршня, 3 - поршень переменного сечения, 4 - смесительная камера инжектора, 5 - датчик регистрации электропроводимости поливочного раствора, 6 - датчик контроля температуры приготовленного поливочного раствора, 7 - воздухозаборный патрубок, 8 - магистральный трубопровод, 9 - подающий воду насос, 10 - инжектор, 11 - подающий трубопровод маточного раствора, 12 - емкость для маточного раствора.
Система, функциональная схема которой представлена на фиг.1, работает следующим образом. Подающий насос 9, встроенный в магистральный трубопровод 8, подает на вход инжектора 10 под давлением воду для последующего объемного смешения воды и маточного раствора в смесительной камере 4 инжектора, в которой, согласно закону Бернулли, создается разрежение. За счет того, что давление в смесительной камере 4 ниже атмосферного, маточный раствор из емкости 12 по подающему трубопроводу 11 поступает в смесительную камеру 4 и смешивается с протекающей сквозь инжектор 10 водой, причем объемное смешение определяется геометрическими характеристиками инжектора 10 и подающего трубопровода маточного раствора 11. На соответствующие входы электронного блока управления 1 поступают сигналы от датчиков регистрации электропроводимости поливочного раствора 5 и контроля температуры приготовленного поливочного раствора 6, установленных в магистральном трубопроводе 8 поливочной сети на выходе инжектора 10. При отклонении текущего значения электропроводимости и/или температуры от заданных параметров в электронном блоке управления 1 вырабатывается соответствующий сигнал, который поступает на электропривод поршня 2 и вызывает соответствующее направленное поступательное движение поршня 3 в воздухозаборном патрубке 7. Такое перемещение поршня 3 в воздухозаборном патрубке 7 изменяет площадь воздухозаборного отверстия патрубка 7 и геометрические размеры смесительной камеры 4 инжектора 10, что вызывает в совокупности изменение давления в смесительной камере 4 инжектора 10. Изменение давления в инжекторе 10 приводит к изменению количества подачи концентрированного маточного раствора в подающем трубопроводе 11 из емкости маточного раствора 12.
Таким образом предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение качества приготовления готового поливочного раствора для внесения минеральных удобрений с одновременным снижением затрат на приготовление питательного раствора и упрощением конструктивной схемы устройства.