專利名稱：電容法土壤水分測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是電容法土壤水分測(cè)量?jī)x。屬土壤水分測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有土壤水分測(cè)量領(lǐng)域擁有直接測(cè)量和間接測(cè)量?jī)纱箢?lèi)方法，其中直接測(cè)量法實(shí) 際上就是稱重法；間接測(cè)量有電阻法、y射線法、中子法、時(shí)域(TDR)法、核磁共振法、遙感法 等等。直接測(cè)量需要取出土樣、間接測(cè)量不需取出土樣，前者要破壞土壤結(jié)構(gòu)后者不破壞土 壤結(jié)構(gòu)且能保持在一個(gè)固定點(diǎn)上，若干點(diǎn)的測(cè)量方便測(cè)知土壤垂直剖面的水分分布。但電 阻法滯后、量程和準(zhǔn)確度均只能滿足需求不高的測(cè)量需要，間接測(cè)量的其它方法有的不利 健康且造價(jià)太高不完全符合中國(guó)國(guó)情要求。土壤水是水文循環(huán)的主要環(huán)節(jié)，確定產(chǎn)流模式、 制定流域模型，研究流域降雨徑流與農(nóng)作物生長(zhǎng)都需要土壤水分信息。中國(guó)幅員遼闊需要 的大量的土壤水分測(cè)量?jī)x器應(yīng)該先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，促成包括便攜式測(cè)量裝置在內(nèi)的高頻法 土壤水分測(cè)量的研究。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出的是一種電容法土壤水分測(cè)量?jī)x，應(yīng)用非金屬n(n ^ 2，本發(fā)明令η = 3)頭方牙螺紋中分別設(shè)置η(η = 3)個(gè)電極構(gòu)成散射場(chǎng)電容測(cè)量傳感器的方法實(shí)現(xiàn)非電量 (水的)電測(cè)，同樣適用于其它固態(tài)粉狀物料水分的連續(xù)測(cè)量或非連續(xù)測(cè)量。本發(fā)明的技術(shù)解決方案其特征是包括非金屬η頭方牙螺紋套、高頻電變換器，散 射場(chǎng)電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件；其中非金屬η頭方牙螺紋套 內(nèi)依次嵌入金屬A電極、金屬B電極、金屬C電極，在A電極終端上加鉆A電極引線孔，B電 極終端上加鉆B電極引線，C電極終端上加鉆C電極引線孔，三根信號(hào)引線通過(guò)A、B、C電極 引線過(guò)線孔分別引至A電極引線孔、B電極引線孔、和C電極引線孔并焊牢；三根信號(hào)引線 對(duì)應(yīng)連接高頻電變換器的三個(gè)信號(hào)輸入端，高頻電變換器的三個(gè)信號(hào)輸出端與智能顯示系 統(tǒng)中的三個(gè)信號(hào)輸入端對(duì)應(yīng)相接；A電極、B電極、C電極與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件的接觸 面取電極的1/2表面為工作面，微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場(chǎng)電容式傳感器與被測(cè) 土壤的中間；高頻電變換器設(shè)在電變換室內(nèi)，電變換室由蓋和螺桿柱合成；非金屬η頭方牙 螺紋套與螺桿柱用抗剪切力彡2kg/cm2的金屬·非金屬粘結(jié)劑粘為一體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，操作方便，借把手和(轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿用)把手定位孔 101配合驅(qū)動(dòng)傳感器垂直升降可測(cè)知垂直剖面任一高度上的水分量獲得垂直剖面水分分 布。高精度，因?yàn)楝F(xiàn)代技術(shù)電容測(cè)量的分辨力達(dá)10_6PF，更況本發(fā)明選擇10_6PF為基本條件 之后，借螺紋斜邊對(duì)(垂直)直角邊的放大作用再按要求提高分辨力實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，還加 上通過(guò)微孔對(duì)穿ε件預(yù)設(shè)介電常數(shù)ε保障高精度條件。測(cè)量結(jié)果的記錄、傳遞和保存方 式要求，只要令顯示系統(tǒng)10智能化并配備相應(yīng)接口就可以方便實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求。便宜、高性 價(jià)比。用105°C烘干法刻度或以定ε值條件、用含水率(％ )和水層厚變(mm)兩種單位， 同時(shí)給出土壤水分測(cè)量結(jié)果，以高精度和超然性為特點(diǎn)；用把手和(轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿用)把手定位孔配合、順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)傳感器可以實(shí)現(xiàn)垂直剖面上任一點(diǎn)水分的連續(xù)測(cè)量或非連續(xù) 測(cè)量，方便得出土壤垂直剖面水分分布測(cè)量結(jié)果。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是單頭螺紋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是3頭螺紋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是中軸底寬的示意圖。圖5是高頻電變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是智能顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的1是螺桿柱、101是轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿用把手定位孔、2是粘結(jié)劑、3是非金屬多頭方 牙螺紋套、4是A電極、41是A電極引線孔、5是B電極、51是B電極引線孔、6是C電極、61 是C電極引線孔、7是A、B、C電極引線過(guò)線孔、8是蓋、9是電變換室、91是高頻電變換器、10 是智能顯示系統(tǒng)、11是微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件、12是被測(cè)土壤。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖，高頻法土壤水分測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)是包括非金屬n(n ^ 2，本發(fā)明令η = 3)頭 方牙螺紋套3、高頻電變換器91，散射場(chǎng)電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)10與微孔對(duì)穿電介常 數(shù)ε 11件；其中非金屬η(η彡2，本發(fā)明令η = 3)頭方牙螺紋套內(nèi)依次嵌入金屬A電極4、 金屬B電極5、金屬C電極6，在A電極終端上加鉆電極引線孔41，Β電極終端上加鉆電極引 線孔51，C電極終端上加鉆電極引線孔61，三根信號(hào)引線通過(guò)Α、B、C電極引線過(guò)線孔7分 別引至A電極引線孔41、B電極引線孔51、和C電極引線孔61并焊牢；三根信號(hào)引線對(duì)應(yīng) 連接高頻電變換器91的三個(gè)信號(hào)輸入端，高頻電變換器91的三個(gè)信號(hào)輸出端與智能顯示 系統(tǒng)10中的三個(gè)信號(hào)輸入端對(duì)應(yīng)相接；A電極4、Β電極5、C電極6與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε 件的接觸面取電極的1/2表面為工作面，微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場(chǎng)電容式傳感 器與被測(cè)土壤12的中間。高頻電變換器91設(shè)在電變換室9內(nèi)，電變換室9由蓋8和螺桿柱1合成。非金屬多頭方牙螺紋套與螺桿柱1用抗剪切力彡2kg/cm2的金屬·非金屬粘結(jié)劑 粘為一體。多個(gè)電極做成的螺紋參數(shù)相同。采用微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件的ε值為定值或可調(diào)。對(duì)照?qǐng)D2 4，各主要參數(shù)是螺距S-沿軸向相鄰兩齒的相同位置上點(diǎn)之間的距離；導(dǎo)程T-螺紋轉(zhuǎn)一圈沿軸向所移動(dòng)的距離，單頭螺紋(如圖2)T = S。多頭螺紋(如 圖3)，其中三頭螺紋T = 3S;外徑dQ-螺紋的最大直接；底徑Cl1-螺紋的最小直接；中徑d。p_螺紋的近似平均直接；普通螺紋dcp = d。-0. 6495S，梯形螺紋d。p = d0-0. 5S。螺旋角β -中徑的螺紋方向與垂直于軸線的平面之間的夾角；齒形角α -螺紋兩側(cè)邊之間的夾角；[0025]普通螺紋α =60°，梯形螺紋α =30°，方牙螺紋α =90° (本發(fā)明取值)如果α興90°，圖4中軸底寬b為b = Y~{dcp-dX)tga/2 (1)(3)同種金屬制A電極4，B電極5，C電極6。需要的長(zhǎng)度Lm(單位為mm)為有效 使用高度H1和預(yù)置高度H2的和(預(yù)置高度H2主要用于電極終端(上端)A電極引線孔41、B電極引線孔51、C電極引線孔61，三個(gè)(A電極4、B電極5、C 電極6)金屬電極長(zhǎng)度相等各為L(zhǎng)m Lm = H^H2= KT+100(2)= K · π · dcp · tg β +100 (K 為正整數(shù))(4)微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件；(5)金屬制蓋8與電變換室9 ；(6)電變換器(見(jiàn)附圖5)實(shí)現(xiàn)非電量(水的)電測(cè)用電變換器線路甚多，如附圖5可供電變換器91實(shí)用， 它由兩個(gè)部分組成Al.高頻振蕩部分由Cl、C2和L組成，其工作頻率fw
^w' 2πxyflχ(C1+C2)(3)Α2.散射場(chǎng)電容測(cè)量傳感器部分用三元件“替代電路”表示，由傳感器的有功電 阻Rn、襯墊容抗CruA電極4、B電極5和C電極6并以圖5示意接線方法接線。實(shí)際上，Al和Α2可以看成電容的并聯(lián)，Α2在被測(cè)對(duì)象水分變化作用下電容跟蹤變 化，電路輸出頻率Δ f變化，將隨水分變化的Af作為智能顯示系統(tǒng)10的輸入信號(hào)輸入A/ D0高頻電變換器在被測(cè)對(duì)象水分每變化1 %時(shí)將產(chǎn)生2 5PF左右的電容變化；要 求0. 的測(cè)量精度，電容分辨力不會(huì)大于10_2PF，而實(shí)際的分辨力達(dá)10_6PF，他們引發(fā)Af 的變量可用式(1)估算。經(jīng)實(shí)驗(yàn)(如105°C烘干法)刻度得出的Af與水分對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格，或公式、經(jīng)驗(yàn) 公式與半經(jīng)驗(yàn)公式編程存入程序儲(chǔ)存器EPR0M(見(jiàn)附圖6)，所以實(shí)際測(cè)量只是以測(cè)得的Δ f 為依據(jù)去智能顯示系統(tǒng)10查閱表格或依式計(jì)算將結(jié)果以預(yù)定的方式(顯示)報(bào)告測(cè)量結(jié) 果的過(guò)程。(7)實(shí)現(xiàn)智能顯示用智能系統(tǒng)多種多樣，如附圖6所示，可供智能顯示系統(tǒng)10為實(shí) 用方法之一，它由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(如7135)、單片微型計(jì)算機(jī)PI (如8031)、并行接口 1/0(如8155)、程序存儲(chǔ)器EPROM(如2764)、LED顯示器、記錄器具(如微型打印機(jī))、與 另一微機(jī)的通訊和磁帶機(jī)以及與用來(lái)操作(如工作選擇、數(shù)據(jù)預(yù)置等等)的鍵盤(pán)等部件構(gòu) 成；測(cè)量計(jì)算與工作程序一應(yīng)俱全的存入程序存儲(chǔ)器并受鍵盤(pán)控制，也就是說(shuō)它已經(jīng)“智能化”，只要供電并有Δ f輸入測(cè)量將自動(dòng)進(jìn)行。用在粘合劑市售店查得的金屬 非金屬粘合適用的粘結(jié)劑(抗剪切力≥2kg/cm2) 將非金屬方牙螺紋套3與螺或桿柱1粘為一體，是否加溫固化和固化用時(shí)間由選用粘結(jié)劑 性能確定；將A電極4、B電極5、C電極6依次旋入3頭方牙螺紋套3 (必要時(shí)可加粘結(jié)劑加 固)；在各電極終端(上端)分別加鉆電極引線孔41、51、和61 ；將備用的(信號(hào))引線(3 根)由A、B、C電極引線過(guò)線孔7上部向下分別引至電極引線孔41、51、和61焊牢；將所述 的3根(信號(hào))引線分別同電變換器91的輸入端接線；將電變換器輸出線引至螺或桿柱1 外以方便與智能顯示系統(tǒng)10接線；將蓋8扭入螺桿柱1內(nèi)；將上述已裝件旋入微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件11，而后埋入土鉆成形的待測(cè)測(cè)點(diǎn)?？潭然蚍Q標(biāo)定的方法不止一種，如≤ 1Χ10_3天平的105°C烘干法，最終取可以同 時(shí)用含水率(％ )和水層厚度(mm)雙排顯示測(cè)量結(jié)果，以方便不同需要。用把手和(轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿用)把手定位孔旋轉(zhuǎn)散射場(chǎng)電容測(cè)量傳感器至要測(cè)測(cè)點(diǎn)(垂 直高度上的點(diǎn))將電變換器9’輸出與顯示系統(tǒng)10輸入端接牢，給電、按“測(cè)量”，按“顯示”、 LED雙排顯示含水率(％ )和水層厚度(mm)，按“微打”打印測(cè)量結(jié)果，完成一次測(cè)量或?yàn)檫B 續(xù)測(cè)量的開(kāi)始。
權(quán)利要求電容法土壤水分測(cè)量?jī)x，其特征是包括非金屬n頭方牙螺紋套、高頻電變換器，散射場(chǎng)電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件；其中非金屬n頭方牙螺紋套內(nèi)依次嵌入金屬A電極、金屬B電極、金屬C電極，在A電極終端上加鉆A電極引線孔，B電極終端上加鉆B電極引線，C電極終端上加鉆C電極引線孔，三根信號(hào)引線通過(guò)A、B、C電極引線過(guò)線孔分別引至A電極引線孔、B電極引線孔、和C電極引線孔并焊牢；三根信號(hào)引線對(duì)應(yīng)連接高頻電變換器的三個(gè)信號(hào)輸入端，高頻電變換器的三個(gè)信號(hào)輸出端與智能顯示系統(tǒng)中的三個(gè)信號(hào)輸入端對(duì)應(yīng)相接；A電極、B電極、C電極與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件的接觸面取電極的1/2表面為工作面，微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場(chǎng)電容式傳感器與被測(cè)土壤的中間；高頻電變換器設(shè)在電變換室內(nèi)，電變換室由蓋和螺桿柱合成；非金屬n頭方牙螺紋套與螺桿柱用抗剪切力≥2kg/cm2的金屬·非金屬粘結(jié)劑粘為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容法土壤水分測(cè)量?jī)x，其特征是多個(gè)電極做成的螺紋參數(shù) 相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容法土壤水分測(cè)量?jī)x，其特征在于采用微孔對(duì)穿電介常數(shù) ε件的ε值為定值或可調(diào)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種電容法土壤水分測(cè)量?jī)x，包括非金屬n頭方牙螺紋套、高頻電變換器，散射場(chǎng)電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件；其中非金屬多頭方牙螺紋套內(nèi)依次嵌入三個(gè)金屬電極，在三電極終端上加鉆電極引線孔，三根信號(hào)引線通過(guò)電極引線過(guò)線孔引至電極引線孔并焊牢；信號(hào)引線對(duì)應(yīng)連接高頻電變換器的信號(hào)輸入端，高頻電變換器的信號(hào)輸出端與智能顯示系統(tǒng)中的信號(hào)輸入端對(duì)應(yīng)相接；電極與微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件的接觸面取電極的1/2表面為工作面，微孔對(duì)穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場(chǎng)電容式傳感器與被測(cè)土壤的中間。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)垂直剖面上任一點(diǎn)水分的連續(xù)測(cè)量或非連續(xù)測(cè)量，方便得出土壤垂直剖面水分分布測(cè)量結(jié)果。
文檔編號(hào)G01N27/22GK201697889SQ201020247018
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者佘超, 余鐘波, 張大偉, 徐海卿, 朱長(zhǎng)軍, 楊傳國(guó), 郝振純, 鞠琴 申請(qǐng)人:河海大學(xué)