專利名稱：電容式土壤濕度測定儀(1)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種電容式土壤濕度測定儀，屬于田間土壤濕度測定儀器的設(shè)計制造技術(shù)領(lǐng)域。
土壤濕度代表土壤含水量，是土壤的重要物理性質(zhì)之一。測定土壤濕度是研究、利用土壤的一項必不可少的工作內(nèi)容。在測定土壤濕度方法中，最經(jīng)典的烘干法雖然測定準(zhǔn)確，但采樣、烘干費時、費事，不適用于田間土壤濕度的直接測量，特別是原態(tài)-原位測定。
田間土壤濕度的直接測定包括有電導(dǎo)法(石膏電極法)、熱傳導(dǎo)法(電熱法)、微波法、負壓計法、中子法測定。其不足之處在于負壓計法僅能測定土壤毛細管段的含水。由于土壤電導(dǎo)不僅與土壤濕度有關(guān)，而且與離子濃度和種類有關(guān)，因此電導(dǎo)法用于農(nóng)田土壤濕度測定時受施肥和灌溉水水質(zhì)的影響較大，其測定準(zhǔn)確度較低。電熱法、微波法在操作方法、重現(xiàn)性、探測深度等方面也存在一定的局限性。中子法測定范圍寬，精度高，但由于售價高、在儲藏、搬運和使用中需進行核輻射防護，適用面較窄。同時中子法測定受土壤有機質(zhì)含量的影響，不適用于耕層土壤的濕度測定。
本實用新型的目的在于彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種采用插入式探頭結(jié)構(gòu)，利用電容測量原理和水具有極大電介常數(shù)的特性，以被測土壤本身直接作為電容介質(zhì)形成電容體的電容式土壤濕度測定儀。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到由測量探頭、傳輸電纜和測量主機電路構(gòu)成的電容式土壤濕度測定儀，測量探頭頂端的金屬極錐連接絕緣支撐管，絕緣支撐管與電極柱管的連接處置有表面絕緣的金屬極環(huán)，極錐和極環(huán)的電極引線經(jīng)絕緣支撐管和電極柱管的內(nèi)腔引出探頭與測量主機電路連接。
本實用新型的目的還可以通過以下措施來達到測量主機電路包括由正弦波信號發(fā)生器G，集成運算放大器A1-A5組成的電容測量電路、傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償電路、溫度補償電路、整流濾波電路；主機電路中由集成運算放大器A3和以Cx作為傳感器的被測電容以及決定測量范圍的定標(biāo)電容Cn構(gòu)成電容測量電路，電阻R6保持A3有一穩(wěn)定工作狀態(tài)的反饋直流通道；主機電路中由集成運算放大器A2與電容Cp和調(diào)節(jié)電位器Rw構(gòu)成傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償電路；主機電路中由集成運算放大器A4與電阻Rt構(gòu)成溫度補償電路；主機電路中由集成運算放大器A5與二極管D1、D2和電阻R13、電容C3構(gòu)成整流濾波電路；探頭的絕緣支撐管與金屬極錐和電極柱管的連接處均用密封材料封接。


圖1為測量探頭結(jié)構(gòu)圖圖2為測量探頭局部放大剖面圖圖3為測量主機電路結(jié)構(gòu)圖本實用新型下面將結(jié)合附圖作進一步說明如圖1和圖2所示測量探頭頂端的裸金屬極錐(1)連接絕緣支撐管(3)，絕緣支撐管(3)與電極柱管(4)的嵌合連接處之間是表面絕緣的金屬極環(huán)(2)，極錐(1)與極環(huán)(2)之間由絕緣支撐管(3)相隔離，極錐(1)和極環(huán)(2)的電極引線(7)均為單屏蔽線，經(jīng)絕緣支撐管(3)和電極柱管(4)的內(nèi)腔引出到探頭端的接線盒(5)，最后裝配時焊接在接線盒(5)的測量電纜連接插座(6)上，使探頭與主機電路連接。探頭的絕緣支撐管(3)與金屬極錐(1)和電極柱管(4)的連接處均用環(huán)氧樹脂封接。極錐用不銹鋼制作；極環(huán)用銅材料制作；絕緣支撐管和電極柱管用鑄型尼龍或其他抗老化、絕緣好、具有一定機械強度的塑料材料車制或注塑成型。極錐既是電容的一極，同時又能增強探頭入土的壓強，使其容易插入土中；電極柱管的長度決定探頭的最大入土深度；探頭的靈敏度與金屬極環(huán)(2)的外表面積相關(guān)。
如圖3所示測量主機電路包括由正弦波信號發(fā)生器G，集成運算放大器A1-A5組成的電容測量電路、傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償電路、溫度補償電路、整流濾波電路，全部電路均裝在主機殼內(nèi)。集成運算放大器A1為跟隨器，C1為隔直電容，其作用是消除信號發(fā)生器G所產(chǎn)生的直流分量對測量的影響。由集成運算放大器A2與電容Cp和電位器Rw構(gòu)成傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償電路，集成運算放大器A2將集成運算放大器A1輸出的正弦波信號反相，電容Cp為傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容的補償電容，調(diào)節(jié)電位器Rw就可以達到傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償?shù)哪康?，使集成運算放大器A3的輸出值僅是傳感器測量電容Cx因土壤濕度變化而產(chǎn)生的電容變化值。由集成運算放大器A3和以Cx作為傳感器的被測電容以及決定測量范圍的定標(biāo)電容Cn構(gòu)成電容測量電路，電阻R6保持A3有一穩(wěn)定工作狀態(tài)的反饋直流通道。由集成運算放大器A4與電阻Rt構(gòu)成溫度補償電路，熱敏電阻Rt的阻值隨被測土壤溫度的變化而變化，調(diào)節(jié)集成運算放大器A4的閉環(huán)放大倍數(shù)，從而補償土壤溫度對傳感器測量電容Cx的影響。由集成運算放大器A5與二極管D1、D2和電阻R13、電容C3構(gòu)成整流濾波電路，將測量輸出的交流信號變成直流信號Uo提供給顯示器，電容C2為隔直電容，避免集成運算放大器A3、A4電路產(chǎn)生的直流分量對集成運算放大器A5的影響。
集成運算放大器A1-A4為寬帶高輸入阻抗運算放大器，A5為寬帶低漂移運算放大器。對以干電池供電的便攜式儀器，集成運算放大器A1-A5應(yīng)為寬帶低功放運算放大器。電容Cn、Cp為低溫度系數(shù)精密電容，電阻Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，電容C3為電解電容，二極管D1、D2為檢波二極管。電路中的電阻為金屬膜電阻。
電容式土壤濕度測定儀，利用電容測量原理和水具有極大電介常數(shù)的特性，探頭以被測土壤本身直接作為電容介質(zhì)形成的電容體Cx，當(dāng)土壤濕度變化時，作為探頭傳感器電容Cx的電容值出現(xiàn)明顯變化，利用這一特性，在測得土壤濕度與電容體Cx電容值變化的相關(guān)系數(shù)后就可通過測定其電容值來確定土壤的濕度。測量時除與土壤質(zhì)量濕度有關(guān)外，與土壤松緊度也有關(guān)。
本實用新型具有如下優(yōu)點1、測定土壤非毛細管段含水量具有極好的效果，并能與負壓計測量范圍相銜接。2、土壤含鹽量對測定影響很小。3、探頭以被測土壤本身為電容介質(zhì)形成的傳感器測量電容體，測量時起始電容小、響應(yīng)快，幾乎無滯后現(xiàn)象。4、探頭為插入式結(jié)構(gòu)，極錐既是電容的一極，同時又能增強探頭入土的壓強，使其容易插入土中，對不同深度的土壤均能實施原態(tài)-原位測定。
權(quán)利要求1.一種由測量探頭、傳輸電纜和測量主機電路構(gòu)成的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于測量探頭頂端的金屬極錐(1)連接絕緣支撐管(3)，絕緣支撐管(3)與電極柱管(4)的連接處置有表面絕緣的金屬極環(huán)(2)，極錐(1)和極環(huán)(2)的電極引線(7)經(jīng)絕緣支撐管(3)和電極柱管(4)的內(nèi)腔引出探頭與測量主機電路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于測量主機電路包括由正弦波信號發(fā)生器G、集成運算放大器A1-A5組成的電容測量電路、傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償電路、溫度補償電路、整流濾波電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于主機電路中由集成運算放大器A3和以Cx作為傳感器的被測電容以及決定測量范圍的定標(biāo)電容Cn構(gòu)成電容測量電路，電阻R6保持A3有一穩(wěn)定工作狀態(tài)的反饋直流通道。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于主機電路中由集成運算放大器A2與電容Cp和調(diào)節(jié)電位器Rw構(gòu)成傳感器起始電容和傳輸電纜線間電容補償電路。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于主機電路中由集成運算放大器A4與電阻Rt構(gòu)成溫度補償電路。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于主機電路中由集成運算放大器A5與二極管D1、D2和電阻R13、電容C3構(gòu)成整流濾波電路。
7.如權(quán)利要求1所述的電容式土壤濕度測定儀，其特征在于探頭的絕緣支撐管(3)與金屬極錐(1)和電極柱管(4)的連接處均用密封材料封接。
專利摘要電容式土壤濕度測定儀,屬于利用電容測量原理設(shè)計與制造土壤濕度測定儀的技術(shù)領(lǐng)域。其特征是測量探頭頂端的金屬極錐(1)連接絕緣支撐管(3),絕緣支撐管(3)與電極柱管(4)的連接處置有表面絕緣的金屬極環(huán)(2),極錐(1)和極環(huán)(2)的電極引線(7)經(jīng)絕緣支撐管(3)和電極柱管(4)的內(nèi)腔引出探頭與測量主機電路連接。儀器測量的起始電容小、響應(yīng)快,能對不同深度的土壤實施原態(tài)－原位測定。
文檔編號G01N27/22GK2396397SQ9923256
公開日2000年9月13日 申請日期1999年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月8日
發(fā)明者蔣明富 申請人:中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所