專利名稱：電容法土壤水分測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是電容法土壤水分測量儀。屬土壤水分測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有土壤水分測量領(lǐng)域擁有直接測量和間接測量兩大類方法，其中直接測量法實(shí) 際上就是稱重法；間接測量有電阻法、y射線法、中子法、時(shí)域(TDR)法、核磁共振法、遙感法 等等。直接測量需要取出土樣、間接測量不需取出土樣，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)的測量方便測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量需要，間接測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國情要求。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)作物生長都需要土壤水分信息。中國幅員遼闊需要 的大量的土壤水分測量儀器應(yīng)該先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，促成包括便攜式測量裝置在內(nèi)的高頻法 土壤水分測量的研究。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出的是一種電容法土壤水分測量儀，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)成散射場電容測量傳感器的方法實(shí)現(xiàn)非電量 (水的)電測，同樣適用于其它固態(tài)粉狀物料水分的連續(xù)測量或非連續(xù)測量。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 射場電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)與微孔對穿電介常數(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，三根信號引線通過A、B、C電極 引線過線孔分別引至A電極引線孔、B電極引線孔、和C電極引線孔并焊牢；三根信號引線 對應(yīng)連接高頻電變換器的三個(gè)信號輸入端，高頻電變換器的三個(gè)信號輸出端與智能顯示系 統(tǒng)中的三個(gè)信號輸入端對應(yīng)相接；A電極、B電極、C電極與微孔對穿電介常數(shù)ε件的接觸 面取電極的1/2表面為工作面，微孔對穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場電容式傳感器與被測 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、簡單，操作方便，借把手和(轉(zhuǎn)動螺桿用)把手定位孔 101配合驅(qū)動傳感器垂直升降可測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(垂直)直角邊的放大作用再按要求提高分辨力實(shí)現(xiàn)高精度測量，還加 上通過微孔對穿ε件預(yù)設(shè)介電常數(shù)ε保障高精度條件。測量結(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)給出土壤水分測量結(jié)果，以高精度和超然性為特點(diǎn)；用把手和(轉(zhuǎn)動螺桿用)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)測量或非連續(xù) 測量，方便得出土壤垂直剖面水分分布測量結(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是微孔對穿電介常數(shù)ε件、12是被測土壤。
具體實(shí)施方式
對照附圖，高頻法土壤水分測量儀結(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，散射場電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)10與微孔對穿電介常 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61，三根信號引線通過Α、B、C電極引線過線孔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；三根信號引線對應(yīng) 連接高頻電變換器91的三個(gè)信號輸入端，高頻電變換器91的三個(gè)信號輸出端與智能顯示 系統(tǒng)10中的三個(gè)信號輸入端對應(yīng)相接；A電極4、Β電極5、C電極6與微孔對穿電介常數(shù)ε 件的接觸面取電極的1/2表面為工作面，微孔對穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場電容式傳感 器與被測土壤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。采用微孔對穿電介常數(shù)ε件的ε值為定值或可調(diào)。對照圖2 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)金屬電極長度相等各為Lm Lm = H^H2= KT+100(2)= K · π · dcp · tg β +100 (K 為正整數(shù))(4)微孔對穿電介常數(shù)ε件；(5)金屬制蓋8與電變換室9 ；(6)電變換器(見附圖5)實(shí)現(xiàn)非電量(水的)電測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.散射場電容測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在被測對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的輸入信號輸入A/ D0高頻電變換器在被測對象水分每變化1 %時(shí)將產(chǎn)生2 5PF左右的電容變化；要 求0. 的測量精度，電容分辨力不會大于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存器EPR0M(見附圖6)，所以實(shí)際測量只是以測得的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)告測量結(jié) 果的過程。(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)以及與用來操作(如工作選擇、數(shù)據(jù)預(yù)置等等)的鍵盤等部件構(gòu) 成；測量計(jì)算與工作程序一應(yīng)俱全的存入程序存儲器并受鍵盤控制，也就是說它已經(jīng)“智能化”，只要供電并有Δ f輸入測量將自動進(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)引線(3 根)由A、B、C電極引線過線孔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)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穿電介常數(shù)ε件11，而后埋入土鉆成形的待測測點(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)雙排顯示測量結(jié)果，以方便不同需要。用把手和(轉(zhuǎn)動螺桿用)把手定位孔旋轉(zhuǎn)散射場電容測量傳感器至要測測點(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“測量”，按“顯示”、 LED雙排顯示含水率(％ )和水層厚度(mm)，按“微打”打印測量結(jié)果，完成一次測量或?yàn)檫B 續(xù)測量的開始。
權(quán)利要求電容法土壤水分測量儀，其特征是包括非金屬n頭方牙螺紋套、高頻電變換器，散射場電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)與微孔對穿電介常數(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，三根信號引線通過A、B、C電極引線過線孔分別引至A電極引線孔、B電極引線孔、和C電極引線孔并焊牢；三根信號引線對應(yīng)連接高頻電變換器的三個(gè)信號輸入端，高頻電變換器的三個(gè)信號輸出端與智能顯示系統(tǒng)中的三個(gè)信號輸入端對應(yīng)相接；A電極、B電極、C電極與微孔對穿電介常數(shù)ε件的接觸面取電極的1/2表面為工作面，微孔對穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場電容式傳感器與被測土壤的中間；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量儀，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量儀，其特征在于采用微孔對穿電介常數(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量儀，包括非金屬n頭方牙螺紋套、高頻電變換器，散射場電容式傳感器、智能顯示系統(tǒng)與微孔對穿電介常數(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，三根信號引線通過電極引線過線孔引至電極引線孔并焊牢；信號引線對應(yīng)連接高頻電變換器的信號輸入端，高頻電變換器的信號輸出端與智能顯示系統(tǒng)中的信號輸入端對應(yīng)相接；電極與微孔對穿電介常數(shù)ε件的接觸面取電極的1/2表面為工作面，微孔對穿電介常數(shù)ε件設(shè)置在散射場電容式傳感器與被測土壤的中間。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，實(shí)現(xiàn)垂直剖面上任一點(diǎn)水分的連續(xù)測量或非連續(xù)測量，方便得出土壤垂直剖面水分分布測量結(jié)果。
文檔編號G01N27/22GK201697889SQ201020247018
公開日2011年1月5日 申請日期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, 朱長軍, 楊傳國, 郝振純, 鞠琴 申請人:河海大學(xué)