專利名稱：：一種自動灌溉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于農(nóng)田灌溉
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種測試土壤濕度并根據(jù)土壤濕度自動控制灌溉的裝置。
背景技術(shù)：
：我國是一個水資源極端短缺的國家，人均占有水資源約為世界人均占有量的1/4耕地單位面積占有水資源約為世界平均值的3/4。目前有灌溉設(shè)施的0.5億hm2耕地中約有l(wèi)/3供水不足，然而灌溉水的浪費現(xiàn)象又極為嚴重，灌溉水的利用率只有40%左右，而以色列、美國等節(jié)水灌溉先進國家的當(dāng)前我國包括灌溉水和降水在內(nèi)的農(nóng)田利用效率也很低，單方水生產(chǎn)糧食的能力約為0.84kg。為提高灌溉水的利用率，使單方水生產(chǎn)糧食的能力得到提高，靠傳統(tǒng)的灌水方式和灌溉管理方式是難以達到的，只有從高新技術(shù)入手，在管理上下功夫，從過去那種"燒地"轉(zhuǎn)變?yōu)?澆作物"的思想觀念，做到作物需要多少水，灌溉系統(tǒng)就能及時而準確的提供多少水。要實現(xiàn)這一目標，只有發(fā)展先進的灌溉系統(tǒng)，使灌溉過程達到自動控制才有可能。因此，在21世紀的節(jié)水灌溉中，實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的自動化，對節(jié)約用水，提高灌溉水的利用率以及對我國16億人口的糧食安全將起到極為重要的作用，具有重要的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)代自動灌溉系統(tǒng)在國內(nèi)外發(fā)展都相當(dāng)成熟，實現(xiàn)了科技化、自動化、智能化。在發(fā)展水平上，尤顯以色列、美國。現(xiàn)代自動灌溉系統(tǒng)一般采用定時定量灌溉及根據(jù)土壤濕度、氣象等因素的變化進行灌溉的方式進行灌溉。但由于大多自動灌溉系統(tǒng)價格較高，不適宜小戶型農(nóng)業(yè)、庭院草坪灌溉應(yīng)用。國外已經(jīng)進入市場的灌溉自動控制器，放水控制方式大多為定時灌溉方式，個別產(chǎn)品具有配接土壤含水量測量傳感器的能力。典型的產(chǎn)品有美國雨鳥(Rainbird)、尼爾森(N訂sen)，.以色列的耐特菲姆(Netafim)愛爾佳(Elgal)、歐美茲(Oraetz)以及摩托羅拉(Motorola.)等生產(chǎn)的相關(guān)的灌水自動控制器，其中比較先進的產(chǎn)品具有集中無線電遙控控制的功能。比如一套完整的美國雨鳥公司生產(chǎn)的小型草坪灌溉裝置(不包括安裝費、備選設(shè)備及安裝輔助設(shè)備)就需要5300元人民幣，綜合農(nóng)業(yè)成本和農(nóng)業(yè)效益方面的考慮，這樣一個價格對中國普通的公民來說，這顯然是不現(xiàn)實的。研制一種廉價實用的自動灌溉裝置在中國農(nóng)業(yè)發(fā)展之路上想必是一種趨勢。各種農(nóng)作物何時需要灌溉，常用負壓式土壤濕度計來指示。不同作物以及同種作物的不同生育期的豐產(chǎn)栽培對土壤水勢的依賴是非常密切的，而負壓式土壤濕度計便是用來測試土壤水勢(水分張力)的儀器。土壤水勢的大小可以通過負壓式土壤濕度計上的u型水銀管顯示出來，但是不能自動控制灌溉，專利號為ZL97236401的實用新型專利，是在桿體的下端封接有一個多孔陶土頭.而桿體的上部配有透明的集氣室.集氣室的頂端用橡皮塞密封，其關(guān)鍵是在集氣室的一側(cè)接有一只帶開關(guān)結(jié)構(gòu)的真空表。由于真空表造價昂貴，該專利至今沒有推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于根據(jù)負壓式土壤濕度計的工作原理，提供一種廉價實用的自動灌溉裝置。本實用新型的任務(wù)是以下述方式完成的，一種自動灌溉裝置，由負壓式土壤濕度計構(gòu)成，其特征在于電磁開關(guān)帶電電磁線圈兩端頭分別置入負壓式土壤濕度計的水銀U形管內(nèi)，U形管左管電磁線圈端頭與水銀保持接觸，U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度65%—75%時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置，電磁開關(guān)連接電源和水泵作為水泵的通斷電開關(guān)。所述的自動灌溉裝置，U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度60%—70%時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置。所述的自動灌溉裝置，U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度60X時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置。所述的自動灌溉裝置，U形管右管設(shè)置夾持電磁線的夾持件。該夾持件用來調(diào)節(jié)U形管右管電磁線圈端頭的高低。所述的自動灌溉裝置，u形管右管水銀液面上設(shè)置一層水。所述的自動灌溉裝置，電磁開關(guān)另外連接電源和指示燈作為指示燈的通斷電開關(guān)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，而且能夠達到自動灌溉的目的，一種廉價實用的適合中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀的自動灌溉裝置。圖l是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是土壤最大持水量的測定實驗數(shù)據(jù)圖。具體實施方式如圖l一種自動灌溉裝置，由負壓式土壤濕度計1構(gòu)成，其特征在于電磁開關(guān)2的帶電電磁線圈兩端頭2—1、2—2分別置入負壓式土壤濕度計的水銀U形管內(nèi)，U形管左管l一l的電磁線圈端頭2—1與水銀保持接觸，U形管右管1一2的電磁線圈端頭2—2設(shè)置在土壤濕度60%(55%—75%之間都行)時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置，電磁開關(guān)2連接電源3和水泵4作為水泵的通斷電開關(guān)。所述的自動灌溉裝置，U形管右管設(shè)置夾持電磁線的夾持件5。該夾持件用來調(diào)節(jié)U形管右管電磁線圈端頭2—2的高低。所述的自動灌溉裝置，U形管右管水銀液面上設(shè)置一層水。所述的自動灌溉裝置，電磁開關(guān)另外連接電源6和指示燈7作為指示燈的通斷電開關(guān)。以下是實驗報告根據(jù)土壤濕度進行自動灌溉的裝置摘要通過傳感器部分(負壓式土壤濕度計)對土壤濕度變化做出的動態(tài)監(jiān)測來控制電路通斷，由此控制水泵開關(guān)開閉的時間和灌溉的水量從而實現(xiàn)自動灌溉。一、自動灌溉的設(shè)計用材傳感器繼電器水泵導(dǎo)線等二、自動灌溉裝置的工作原理通過傳感器部分(負壓式土壤濕度計)對土壤濕度變化做出的動態(tài)監(jiān)測來控制電路通斷，由此控制水泵開關(guān)開閉的時間和灌溉的水量從而實現(xiàn)自動灌溉。(一)傳感器的工作原理該裝置的傳感器是負壓式土壤濕度計。負壓式土壤濕度計能夠動態(tài)監(jiān)測土壤水吸力。土壤水吸力是指土壤水受到各種力的吸持情況下所處的能態(tài)，是土壤水的負壓力。土壤水分受土壤空隙的毛管引力和土粒的分子引力，使處于負壓(引力)狀態(tài)。土壤水吸力大小與土壤含水量之間有一定的關(guān)系。土壤含水量是土壤水的容量指標。一般來說，土壤吸水力愈大，含水量愈小；土壤吸力愈小，含水量愈大。而由陶土頭、U型管和集氣管組成的負壓式土壤濕度計被水浸潤后能利用陶土頭透過水和溶質(zhì)，阻止空氣和土粒通過的作用與由土壤水吸力而引起汞液面高度差的變化來動態(tài)反應(yīng)土壤水吸力和土壤含水量的關(guān)系。(二)自動灌溉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(三)自動灌溉裝置的工作原理利用傳感器的工作原理，當(dāng)傳感器中的U型管內(nèi)的右側(cè)汞柱柱下降至某個刻度(對應(yīng)某個土壤最大持水量60%，此時需要進行灌溉，根據(jù)不同土壤可以選擇對應(yīng)土壤最大持水量55%—65%任一刻度)時，左端汞柱面與電極脫離，電路①斷開，繼電器停止工作，電路②接通，綠燈亮，電路③斷開，紅燈熄滅，裝置開始澆水。當(dāng)水量達到這種土壤最大持水量的60%時，則傳感計中U型管右側(cè)汞柱柱會上升至某刻度(電極所在位置)。此時，右側(cè)汞柱面與電極接觸而使電路①接通，繼電器開始工作，電路③接通，紅燈亮，電路②斷開，綠燈熄滅，水泵停止燒水。從而實現(xiàn)灌溉的自動化和及時性。(四)負壓式濕度計的工作原理的相關(guān)內(nèi)容負壓式土壤濕度計由陶土管、u型管和集氣管組成。陶土管是儀器的感應(yīng)部件。它是一個多孔體，被水浸潤之后，其空隙間的水膜具有一定的張力能透過水和溶質(zhì)，但能阻止空氣和土粒通過。水膜在100kpa以上的壓力下才能破裂透過空氣。汞柱負壓表使用方便，是儀器的指示部件。集氣管為收集儀器里的空氣之用。儀器使用時應(yīng)充滿無氣水，不允許有空氣，在儀器的使用過程中溶解于土壤中的空氣往往進入儀器內(nèi)，在一定的負壓下，這部分溶解的空氣使氣化逸出而聚集到集氣管中。一個完全充滿水，且封閉的土壤濕度極插入土壤之后，通過土壤水與儀器內(nèi)水分的流動，使土壤與儀器的水是趨于平衡。設(shè)儀器的水勢為ψωD，土水勢為ψωs，則ψωD=ψωS因為ψωS=ψps(土壤壓力勢)+ψms(基質(zhì)勢)+ψos(滲透勢)+ψgs(重力勢)當(dāng)忽略了重力勢(ψgs)和ψos(滲透勢)后，則:ψωD=ψps+ψmsψωD=ψpD+ψmD式中ψpD——儀器的壓力勢ψmD——儀器的基質(zhì)勢將式ψωD=ψps+ψms及式ψωD=ψpD+ψmD代入式ψωD=ψωS，則:ψps+ψms=ψpD+ψmD因為土壤的壓力勢(以大氣壓為參考)為零，而儀器內(nèi)無基質(zhì)，其基質(zhì)勢為零，故ψms=ψpD;ψs=VωΔPDVωΔPD式中Vω為土壤溶液的密度-cm3/g，而ΔPD則為負壓表的壓力，故ψs=VωΔPD表示土壤的基質(zhì)勢，可有負壓表的壓力來量度，土壤基質(zhì)勢為負值，土壤水吸力為正值，但兩者絕對值相等。(五)傳感器(負壓式土壤濕度計)的安裝及使用注意事項1、U型管的除氣由集氣管給負壓計注滿無氣水，水逐漸滲入陶土管壁繼續(xù)而向外滲出，直到陶土管外布滿小水珠，并往下滴淌30min后再向主桿及塑料軟管連接的玻璃管中注無氣水，是集氣管及叉型管中都充滿水，集氣管口塞上塞子，叉型管夾上夾子使儀器封閉。檢査整個封閉系統(tǒng)中有無空氣存在，如有氣泡，應(yīng)驅(qū)趕至集氣管或叉型管中，打開塞子或彈簧夾，在進行注水、封閉。擦去陶土管外水漬，至于通氣出蒸發(fā)，儀器內(nèi)使產(chǎn)生負壓，隨之汞柱上升。隱藏在儀器里的空氣，由于負壓逐漸增加，還會不斷溢出，輕輕叩擊儀器，使氣泡集中于集氣管中，當(dāng)集氣管聚集了一定數(shù)量的氣泡，汞柱上升速度極慢時，將陶土頭浸入無氣水中，使儀器中汞柱回"0"位，打開塞子，充水，封閉，再進行蒸發(fā)，如此反復(fù)數(shù)次，直到汞柱能升到85kpa時，集氣管中氣泡較少。回水時，汞柱下降迅速，從集氣管中幾乎看不到氣泡存在時，才算除盡了空氣。再次注滿水，封閉好，陶土管浸泡在無氣水中備用。2、安裝選擇有代表性的地點，用直徑比陶土管略細的土鉆鉆孔至待測的深度，撒入少量的碎土并灌水少許，然后插入陶土管，再填入少量碎土，并將儀器上下移動，使陶土頭與周圍土壤密接，然后填入其余的土壤，使地面與原地面等平。不可過多地擾動和踏實附近的土壤，以免使測定地點失去代表性。3、觀測儀器安裝之后一般需224h方能達到平衡。平衡后便可進行觀測讀數(shù)。儀器使用期間在觀測的同時要檢査U型管汞柱型負壓計用塑料軟管連接的玻璃管中是否有阻隔氣泡，應(yīng)將它驅(qū)趕至叉形管頂部，氣泡數(shù)量若影響到水柱的連續(xù)時需除氣。當(dāng)集氣管中空氣量接近集氣的接口或約占集氣管容量的一半時，應(yīng)重新充水排氣。4、注意事項(1)為了避免溫度造成的誤差，一般應(yīng)在早晨6:008:00固定時間內(nèi)進行讀數(shù)。(2)當(dāng)溫度降至冰點時，要撤出儀器，避免凍壞。(3)零位校正(4)土壤水與儀器內(nèi)部水的參考壓力都是大氣壓。其零位校正值為陶土管中部至U形管"0"點的距離再加上左邊汞柱上升的部分。注意事項1.本法測定范圍在085kpa.2.本法測定土壤水吸力時土壤的鹽分存在對測定無影響；但在土壤中含有一定數(shù)量鹽分時，應(yīng)分別測定其溶質(zhì)勢或溶質(zhì)水吸力。3.實驗證明，土壤基質(zhì)勢或土壤水吸力與含水量之間的并非一單值函數(shù)，因干、濕過程的不同，土水勢或土壤水吸力與含水量之間有較大差異，即所謂"滯后現(xiàn)象"所以用負壓計來標定土壤含水量是不適宜的，其誤差可達±2%±4%(水的質(zhì)量對烘干土質(zhì)量的百分數(shù))，精度比一般的含水量測定法低，故以它來估算土壤的含水量，結(jié)果是粗略。4.負壓計用畢后一定要將上面的蓋子打開，把水倒出或用畢后直接放到無氣水中泡著。5.實驗地結(jié)冰前，應(yīng)將儀器撤回，以防凍壞。三、裝置的原理試驗(一)試驗l土壤含水量的測定試驗1、試驗方法及目的用酒精燃燒法測定土壤含水量。2、實驗材料及設(shè)備鮮取的土壤(牧醫(yī)樓前東側(cè)花壇中)，無水乙醇、鋁盒3個、電子天平、取土環(huán)刀、火柴、玻璃棒等。3、實驗步驟1)記鋁盒編號分別為l，2,3。分別稱鋁盒的質(zhì)量為ml，m2，m3。2)分別用鋁盒稱取三份各2O克土壤。3)分別向三個鋁盒中注入無水乙醇，使其液面高于土壤表面，點燃無水乙醇。燃盡后，再注入反復(fù)進行三次。然后稱其重量分別為nl，n2，n3.4、實驗數(shù)據(jù)(如下表)及計算<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>計算公式<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage10</formula>5、試驗結(jié)果土壤平均含水量為17.88%(二)試驗2土壤最大持水量的測定1、試驗方法及目的用酒精燃燒法測定土壤的大持水量2、實驗材料及設(shè)備鮮取的土壤(牧醫(yī)樓前東側(cè)花壇中與實驗l同時同地取土)，無水乙醇、鋁盒3個、電子天平、取土環(huán)刀、火柴、玻璃棒、皮筋、濾紙、淺平底圓形玻璃皿等3、實驗步驟1)分別測出兩個環(huán)刀的質(zhì)量為al,a2(環(huán)刀編號為1，2);分別稱鋁盒質(zhì)量為bl，b2;2)分別用兩個環(huán)刀取土壤，然后削平上下面，稱其質(zhì)量分別為cl,c2。3)分別在兩環(huán)刀的一段墊上濾紙(半徑大于環(huán)刀半徑)用皮筋把濾紙固定在環(huán)刀上，分別置于盛有蒸餾水的淺平底圓形玻璃皿中。放置一適宜溫度，一定濕度的室內(nèi)一晝夜。4)分別稱量達到最大持水量時的土壤和鋁盒質(zhì)量分別為ml，in25)取出土壤，用酒精燃燒法將其燒制成干土使每次稱量小于O.1%(至少五次)6)把干土分別進行稱量干土壤和鋁盒質(zhì)量分別為nl，n24、實5&數(shù)據(jù)(如下表)及計算<table>complextableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>5、試驗結(jié)果計算公式土壤平均最大持水量^[(ml-al)-(nl-bl)]/(nl-bl)*100%+[(m2-a2)-(n2-b2)]/(n2-b2)氺畫oV2由公式計算可知土壤平均最大持水量為38.13%(三)試驗3確定傳感器U型管右側(cè)管中電極的位置1、試驗方法及目的由最大持水量60%的土壤測出負壓式濕度計中U型管右側(cè)汞柱下降達到平衡時的位置，從而確定電極的位置。2、實驗步驟1)先將土壤配制成其最大持水量60%的土壤。(加入水量的計算公式b%*60%*[m-m*a/100*(l+a%)]-m*a/100*(l+a%)b。/o為該土壤最大持水量，m為該土壤的質(zhì)量，aW為該土壤的含水量)2)將陶土頭插入配置好的土壤中，連好裝置。開始計時時，每個五分鐘記一次U型管中兩汞柱的高度差A(yù)H3、實驗數(shù)據(jù)如圖24、試驗結(jié)果負壓式濕度計兩汞柱高度差達到8cm時穩(wěn)定。此點即使負壓式濕度計U型管中右側(cè)管中電極所在位置。三、作品特點動態(tài)監(jiān)測，準確性高，結(jié)構(gòu)簡單，全自動化，成本低廉。四、作品的使用范圍對旱作農(nóng)地在具有灌溉條件的情況下，進行動態(tài)連續(xù)監(jiān)測并自動灌溉。五、市場分析及經(jīng)濟效益預(yù)測由其技術(shù)特點可以分析、判斷，該作品存在著巨大的經(jīng)濟價值和社會價值。首先，它能連續(xù)監(jiān)測、準確及時地實現(xiàn)自動控制，能降低勞動強度，提高勞動效率。其次，使用范圍廣，可用于園林灌溉，大田作物，高效農(nóng)業(yè)示范區(qū)，大棚蔬菜，溫室瓜果等。因此，該作品在農(nóng)業(yè)灌溉以及庭院草坪、花卉灌溉等管理上會有廣闊的市場。六、結(jié)論對旱作農(nóng)地在具有灌溉條件的情況下，該裝置能進行動態(tài)連續(xù)監(jiān)測并自動灌溉。權(quán)利要求1、一種自動灌溉裝置，由負壓式土壤濕度計構(gòu)成，其特征在于電磁開關(guān)帶電電磁線圈兩端頭分別置入負壓式土壤濕度計的水銀U形管內(nèi)，U形管左管電磁線圈端頭與水銀保持接觸，U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度55％-75％時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置，電磁開關(guān)連接電源和水泵作為水泵的通斷電開關(guān)。2、如權(quán)利要求1所述的自動灌溉裝置，其特征在于U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度60%—70%時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置。3、如權(quán)利要求2所述的自動灌溉裝置，其特征在于U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度60%時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置。4、如權(quán)利要求3所述的自動灌溉裝置，其特征在于U形管右管設(shè)置夾持電磁線的夾持件。5、如權(quán)利要求4所述的自動灌溉裝置，其特征在于U形管右管水銀液面上設(shè)置一層水。6、如權(quán)利要求5所述的自動灌溉裝置，其特征在于電磁開關(guān)另外連接電源和指示燈作為指示燈的通斷電開關(guān)。專利摘要本實用新型是一種自動灌溉裝置，由負壓式土壤濕度計構(gòu)成，其特征在于電磁開關(guān)帶電電磁線圈兩端頭分別置入負壓式土壤濕度計的水銀U形管內(nèi)，U形管左管電磁線圈端頭與水銀保持接觸，U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度65％-75％時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置，電磁開關(guān)連接電源和水泵作為水泵的通斷電開關(guān)U形管右管電磁線圈端頭設(shè)置在土壤濕度60％時水銀面對應(yīng)當(dāng)位置。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，而且能夠達到自動灌溉的目的，一種廉價實用的適合中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀的自動灌溉裝置。文檔編號A01G25/16GK201072944SQ200720090公開日2008年6月18日申請日期2007年4月24日優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日發(fā)明者王耀行申請人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)