Спосіб визначення питомої електропровідності ґрунту
Власники патенту UA 2331070:
Винахід відноситься до галузі сільського господарства та призначене для визначення питомої електропровідності ґрунту. Для визначення питомої електропровідності ґрунту визначають її електропровідність. Електропровідність ґрунту визначають безпосередньо у ґрунтовому зразку без використання водної витяжки. Для цього з ґрунтового зразка готують ґрунтову пробу шляхом його висушування до повітряно-сухого стану. Отриману пробу подрібнюють і просівають через сито з осередком 2 мм. Потім частину ґрунтової проби поміщають у кювету кондуктометричного приладу, виготовлену з діелектричної пластмаси. Причому маса ґрунтової проби дорівнює обсягу кювети. Пробу в кюветі зволожують до вологості, що дорівнює 30%, і відповідної найменшої вологоємності, розміщують у ґрунтовій пробі по торцях кювети два електроди, рівних за площею торцевим сторонам цієї кювети і приєднують їх до клем кондуктометричного приладу для вимірювання. Питому електропровідність розраховують шляхом розподілу показника електропровідності обсяг грунтової проби. Використання винаходу дозволить забезпечити раціональне застосування добрив на різних за вологістю ґрунтах. 3 іл., 1 табл.
Порівняння досліджуваних зразків засолених ґрунтів із незасоленим аналогом дозволяє встановити відносний рівень засолення ґрунтів територією поля або глибиною ґрунтового профілю. На незасолених ґрунтах визначення електропровідності ґрунту дозволяє судити про її відносну родючість, оскільки багато іонів, що знаходяться в ґрунтовому розчині - нітратний, амонійний та ін, що надають визначальний вплив на електропровідність ґрунту, є поживними речовинами для рослин. Результати визначення електропровідності таких ґрунтівможуть використовуватись для раціонального застосування добрив.
Мета винаходу - пряме кондуктометричне визначення питомої електропровідності засолених та незасолених ґрунтів.
Поставлена мета досягається тим, що вимірювання електропровідності ґрунту проводиться безпосередньо у ґрунтових зразках, наведених у лабораторних умовах до однакової вологості, що виключає вплив на електропровідність відмінностей у вологості ґрунту, які зазвичай спостерігаються в польових умовах. У цьому майже виключається вплив «загальних» властивостей грунтів, тобто. відмінностей у їх мінералогічному складі та гумусованості, оскільки ґрунтові мінерали та органічні речовини є, по суті, діелектриками і не впливають значною мірою на електропровідність ґрунту. Електропровідність порід і мінералів, що становлять ґрунт, відносно не велика - до 10 -15 Ом -1 ·м -1 , що дозволяє без особливої похибки віднести їх до діелектриків, особливо при низьковольтному напрузі струму, що використовується при визначенні електропровідності ґрунту за запропонованим способом. Запропонований спосіб здійснюють наступним чином.
Відібрані в полі проби ґрунту висушують при природній температурі повітря без впливу прямого сонячного світла до повітряно-сухого стану, подрібнюють у фарфоровій ступці або на спеціальному млині, просіюють через сито з осередками діаметром 2 мм і ретельно перемішують. З підготовленої таким способом проби відбирають навішення повітряно-сухого ґрунту і поміщають його в кювету, виготовлену з діелектричної пластмаси. Доцільний обсяг грунтової навішування повинен відповідати внутрішньому об'єму кювети. Поміщену в кювету навішування вирівнюють по висоті насипу шпателем і зволожують дистильованою водою до 30-відсоткової вологості по відношенню до повітряно-сухоїгрунті, не враховуючи гігроскопічну вологу. Для цього воду точно обмірюваного об'єму обережно, малим струменем виливають на поверхню грунту, по можливості рівномірно розподіляючи по всій площі кювети. Через пухкий і однорідний по всій масі складання ґрунту в кюветі прилита вода протягом декількох хвилин рівномірно розподіляється по всій масі навішування, що визначає готовність ґрунтового зразка до вимірювання його електропровідності. Таким чином, через 5 хвилин після зволоження ґрунту можна проводити аналіз його електропровідності. За наявності великої кількості зразків та серійної пробопідготовки зволоження ґрунту в кюветах доцільно проводити не більше ніж за 15 хвилин до вимірювання електропровідності, щоб уникнути суттєвих втрат води на випаровування із зволоженого ґрунту. Процеси пробопідготовки та аналізу електропровідності необхідно здійснювати при стабільній кімнатній температурі близько 20°С або термостатуючи ґрунтові зразки, щоб їх температура при аналізі була приблизно однаковою, враховуючи, що зміна температури електролітів (розчини солей низької концентрації) на ±5°С змінює їх електропровідність на ±10-11%.
За першим методом прямого вимірювання питомої електропровідності ґрунту вимірювальний ланцюг складається з джерела постійного струму низької напруги (до 10 вольт), вольтметра, міліамперметра та вимірювального осередку. При пропущенні електроструму через вимірювальний осередок з ґрунтом фіксуються показання напруги та сили струму у вимірювальному ланцюзі. Електропровідність ґрунту в сименсах (См), або обернених омах (Ом -1 ), розраховують шляхом поділу сили струму на величину напруги в порівнянних за розмірністю одиницях.
За другим, більш простим і зручним методом вимірювальний ланцюг монтується з джерелазмінного струму напругою 220 вольт і частотою 50 герц, омметра з межею вимірювання від 0 до 10 кілоом та вимірювальної комірки. Можуть застосовуватися також портативні омметри із внутрішнім джерелом струму. У цих випадках вимірюється омічний опір ґрунтового зразка, а його електропровідність розраховується шляхом розподілу одиниці (число) на величину опору ґрунту. Схема вимірювального електричного ланцюга з використанням омметра, загальний вигляд кондуктометра та вимірювального осередку (окремо) представлені на фіг.1-3.
На фіг.1 представлена схема кондуктометра, що складається з вимірювального осередку (позиція 1), електродів (2), електричних проводів (3), омметра (4). На фіг.2 показаний загальний вигляд (фотографія) кондуктометра, що відповідає наведеній вище схемі, тобто. вимірювальний осередок, наповнений ґрунтом, з електродами та електричними проводами, підключеними до омметра, який у свою чергу підключений до електричної мережі змінного струму. На фіг.3 окремо показана вимірювальна осередок з ґрунтом і вставленими в ґрунт електродами (фотографія).
Вимірювання електропровідності ґрунту здійснюється в наступному порядку. Пластинчасті електроди поміщають у кювету з ґрунтом впритул до торців кювети так, щоб вони з обох внутрішніх сторін кювети повністю контактували з усією торцевою площею ґрунтового зразка. Після включення електроструму до вимірювального ланцюга проводиться запис відліку за шкалою вимірювальних приладів (міліамперметра, вольтметра або омметра) з подальшим розрахунком питомої електропровідності ґрунту.
Розрахунок електропровідності ґрунту при вимірюванні сили струму та напруги проводять за формулою з дотриманням пропорційності показників (1):
де: G - електропровідність, Ом-1;
I – сила струму, ампер (А);
U - напруга струму,вольт (В).
Розрахунок електропровідності ґрунту при вимірюванні електричного опору проводять за формулою (2):
де: G - електропровідність, Ом-1;
R - електричний опір, Ом.
Питома електропровідність розраховується розподілом отриманого результату електропровідності на об'єм ґрунтового зразка, виражений у кубічних сантиметрах за формулою (3):
де: γ - питома електропровідність, Ом -1 · см -1;
G - електропровідність, Ом-1;
V - обсяг ґрунтового зразка в кюветі, см 3 .
Приклад конкретного виконання запропонованого способу прямого визначення питомої електропровідності ґрунту за першим методом його вимірювання. Відібрані в полі 8 проб чорнозему звичайного, суглинистого гранулометричного складу, масою 500 г кожна після висушування подрібнили згідно загальноприйнятої методики у фарфоровій ступці, просіяли через сито з діаметром осередків 2 мм. Відібрані з проб навішування масою по 300 г помістили в пластмасові кювети (нижні частини стандартних коробок для зберігання ґрунтових зразків, які мають внутрішні розміри: довжина 14 см, ширина 9 см, висота 4 см), вирівняли шпателем поверхню ґрунту і прилили в кювети по 100 мл дистильованої води для доведення вологості ґрунту до 30% (за масою, без урахування гігроскопічної вологи). Після рівномірного розподілу прилитої рідини по всій масі ґрунту, що зайняв за часом 2-3 хвилини, у внутрішні торцеві сторони кювет для контакту з ґрунтом вставляли пластинчасті електроди, послідовно приєднані проводами у вимірювальний ланцюг кондуктометра. Почергові в часі вимірювання електропровідності 8 ґрунтових зразків при напрузі постійного струму 2,2 вольта показали, що за цим показником вони відрізнялися максимально на 0,06 10-3 Ом-1. Для розрахунку питомої електропровідності показники електропровідності ґрунтового зразка розділили на обсяг ґрунту в кюветі, виражений у кубічних сантиметрах, тобто. на 504 см 3 (14 9 4). Результати питомої електропровідності ґрунту при її вологості близько 30% представлені в таблиці.