| Пріоритети: | Використання: для визначення вологості ґрунту по глибинах. Сутність винаходу: змінюють параметри ланцюга постійного струму, в яку включені занурені на задану глибину електроди, визначають вологість ґрунту термостатно-ваговим способом в діапазоні вимірювання вологості для побудови градуювальної залежності вимірюваного параметра від вологості ґрунту, яка використовується в подальшому при визначенні вологості ґрунту. Як вимірюваний параметр використовують напругу, що вимірюється за допомогою вольтметра, включеного послідовно в ланцюг постійного струму з електродами, заглибленими на задану глибину. 6 іл.
Малюнки до патенту Україна 2045027
Винахід стосується вимірювання вологості електричними методами і може бути використаний для визначення вологості ґрунту в природних умовах.
Відомі електричні способи визначення вологості ґрунту, при яких використовуються електричні параметри (діелектрична проникність, опір тощо), визначені при пропусканні електричного струму через електроди, встановлені в ґрунті [1-4] Найближчим до винаходу технічним рішенням є спосіб визначення вологості ґрунту, що реалізується за допомогою вологоміра [4] включає в себе електроди, що стикаються з зразком випробуваного ґрунту і включені в ланцюг джерела постійного струму івимірювального приладу.
Технічний результат винаходу полягає у спрощенні прийомів щодо вологості грунту з досить високою точністю і спрощення виготовлення пристрою.
Сутність винаходу полягає в тому, що як вимірюваний параметр використовується напруга, що вимірюється вольтметром з межами вимірювань, відповідними напруги застосовуваної електричної батареї, включеним послідовно з джерелом постійного струму і переносними електродами, заглибленими на задану глибину.
Фіг.1-6 пояснюють пропонований спосіб.
На фіг. 1 показані переносні електроди 1 і 2, джерело постійного 3 струму, вольтметр 4 і вимикач 5.
Напруга визначається як середня з трьох значень (фіг.2), причому відстань між електродами не регламентується і може бути, наприклад, 20-50 см. При застосуванні трьох електродів вимикач 5 може бути двоконтактним з метою спрощення вимірювання напруги. При використанні способу, наприклад, парниках електроди можуть бути замінені постійним пристроєм, що складається з одного стрижня (фіг.3) з контактними кільцями (пластинками), яке може бути автоматично пов'язане з виконавчими органами, що здійснюють поливання грунту.
Пропонований спосіб полягає в наступному.
На певному ділянці поля, де визначається вологість ґрунту, проводяться виміри напруги батареї постійного джерела струму через переносні електроди на потрібних глибинах. Паралельно на цій же ділянці поля визначається вологість по глибинах термостатно-ваговим способом. Будуються графіки залежності величини напруги від вологості ґрунту. Вихідними даними для побудови графіка є позначка 100% вологості і максимальне значення напруги батареї, що застосовується (наприклад, 4,5 В), наперетині яких ставиться базова точка. Інший базовою точкою є початок осей графіка, тобто точка 0. Після визначення вологості термостатно-ваговим способом і значення напруги на заданій глибині в полі графіка наноситься точка на перетині значень вологості та напруги, через яку проводиться плавна крива до базових точок. Надалі буріння ґрунту виключається, вологість визначається за допомогою графіків за значеннями напруги.
На фіг. 4 показано побудову градуювальних залежностей. Наприклад, на глибині 10 см вологість становила 9% при показанні вольтметра 2,0; на глибині 30 см відповідно 13% та 2,5 В; на глибині 50 см відповідно 12% та 2,7 В; на глибині 70 см відповідно 15% та 3,3 В; на глибині 100 см відповідно 10% і 2,7 В. Проведені криві залежностей означають: крива 7 відповідає глибинам 10 і 30 см, крива 8 глибині 50 см, крива 6 глибинам 70 і 100 см.
Для спрощення побудови графіків можна застосовувати базову точку на перетині 55% і 4,4 В (або 8,8 при використанні електричної батареї з максимальною напругою 9,0 В), що забезпечує практично ту ж точність визначення вологості грунту (фіг.5) .
Експерименти на різних ґрунтах показали, що на більшій глибині криві графіки мають більш вигнутий вигляд ґрунт більш насичений солями і навпаки (фіг. 6), причому при визначенні вологості ґрунту на піщаних ґрунтах криві графіків мають меншу "розбіжність" (меншу відстань між кривими) на відміну від глинистих ґрунтів. Внесення добрив тощо не впливає на криві графіків на великих глибинах (40-100 см), отже одного разу побудованим графіком на певній ділянці поля можна користуватися нескінченно довго. Після внесення добрив можна відкоригувати графіки (зазвичай наглибин 5-20 см). Навіть без такого коригування розбіжності з термостатно-ваговим зазвичай не перевищують 5% Експериментально встановлено, що при такому способі визначення вологості вплив температури ґрунту незначний: з підвищенням (зниженням) температури на 1 про З значення напруги збільшується (зменшується) у 1,007 рази до значень вологості ґрунту 15-20% при більшій вологості зазначений коефіцієнт зменшується. Такий вплив температури не викликає великої похибки, тому необов'язкова побудова додаткових графіків, що відповідають різним температурам ґрунту.
Контроль запропонованого способу визначення вологості грунту полягає у перевірці напруги застосовуваної електричної батареї постійного струму перед здійсненням вимірювань шляхом замикання затискачів проводів, що йдуть до електродів. Напруга повинна відповідати максимальному значенню вибраної батареї (4,5 та 9,0 В). Втрата потужності електричної батареї (твору величини напруги на величину сили струму) не впливає на якість визначення вологості ґрунту, так як при запропонованому способі відіграє напругу. Саме це дозволило здійснити побудову універсальних графіків єдиної залежності напруги від вологості ґрунту, оскільки електрична батарея має певне максимальне значення напруги, на відміну від електричного струму. Термін служби електричної батареї практично такий самий, як у невикористовуваної, що втрачає потужність з часом. З метою обліку природного падіння напруги батареї можна використовувати реостат, включений послідовно у схемі, і встановлювати контрольну напругу, дещо меншу за максимальне значення напруги застосовуваної електричної батареї постійного струму.
Експериментальні дослідження способу визначення вологості ґрунтупоказали значні переваги проти відомими способами аналогічного призначення. Спосіб простий, для його здійснення не потрібне складне обладнання. Пропоноване технічне рішення універсально для всіх видів ґрунтів, має більшу точність визначення вологості ґрунту (поодинокі максимальні розбіжності з термостатно-ваговим способом зазвичай не перевищують 3-5%). Використання винаходу дозволить усунути подальші витрати на розробку та вдосконалення подібних та інших пристроїв для визначення вологості ґрунту.
Спосіб випробуваний за участю представників Могилівського центру з гідрометеорології та радіаційного контролю.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб визначення вологості ґрунту, що включає вимірювання параметра ланцюга постійного струму, до якого включені електроди, що стикаються з ґрунтом, вимірювання вологості зразків ґрунту термостатно-ваговим способом в діапазоні зміни вологості, побудова градуювальної залежності вимірюваного параметра від вологості ґрунту та визначення вологості досліджуваного ґрунту шляхом вимірюваного параметра з його значенням на градуювальній залежності, який відрізняється тим, що електроди заглиблюють у ґрунт на задану глибину і включають їх у ланцюг постійного струму послідовно з вольтметром, показання якого використовують як вимірюваний параметр.