Датчик вологості

Датчик влажности, включающий соединенные с измерительным устройством электроды, один из которых имеет на конце направляющий зубец в плоскости, перпендикулярной направлению погружения датчика в исследуемую среду, отличающийся тем, что электрод, имеющий на конце направляющий зубец, выполнен в виде цельного полого конусного винта, междувитковая поверхность которого содержит электрически изолированные от поверхности винта электроды, соединенные между собой общим проводником, расположенным в полости винта-электрода и образующим второй электрод, причем полость конусного винта-электрода заполнена гидрофобным материалом Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к датчику влажности и может быть использовано в экспресс-методах измерения влажности как в сельском хозяйстве, так и на агрометеорологических станциях и постах, в строительстве, геологии и других отраслях народного хозяйства Известен емкостной датчик влажности почвы [1], содержащий полый стержень с закрепленными на нем чувствительными элементами в виде шнеков Конструкция датчика не обеспечивает достаточной механической прочности из-за отсутствия надежного соединения изолированного электродашнека с полым стержнем, а также не обеспечивает необходимой точности измерения влажности вследствие недостаточного механического и электрического контакта датчика с исследуемой средой, ограничивая область использования его лишь сыпучими материалами Известен также емкостной датчик влажности почвы [2], включающий металлический шнек, имеющий на конце первого витка электрически изолированную от остальной части шнека диэлектрическую втулку с коническим концом Крепление первого витка посредством диэлектрической втулки, при соответствующем выборе материала втулки, имеет более высокую механическую прочность по сравнению с выше упомянутым датчиком [1] Однако на плотных почвах при погружении датчика его конический конец создает уплотнение почвы по продольной оси, начальная часть датчика и втулка испытывают большие скручивающие нагрузки, приводящие к его поломке Кроме этого, не обеспечивается надежный контакт датчика с исследуемой средой, что существенно влияет на точность измерений Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является датчик влажности почвы [3], включающий соединенные с измерительным устройством электроды один из которых имеет на конце направляющий зубец в плоскости, перпендикулярной направлению погружения датчика в исследуемую среду В этом датчике электроды выполнены в виде двух полувинтов, скрепленных между собой изолятором, образуя в целом винт Несмотря на достоинства этой конструкции датчика, проявляющиеся в высокой чувствительности и относительно высокой механической прочности, позволяющие использовать его на среднеплотных типах почв, использование его на сухих плотных грунтах тяжелого механического состава приводит к расслоению электродов-полувинтов и, в конечном счете, к поломке датчика Соединенные между собой электродыполувинты помимо основных электрических функций, выполняют еще и функцию доставки (24)16 10 2000 см о 00 CM < 27798 датчика на заданную глубину Заглубляя датчик в почву, усилия от рук через штангу передаются на жестко связанный со штангой электрод-полувинт с направляющим зубцом, изолирующий элемент и второй электрод Одновременно на электродыполувинты со стороны почвы действует противодействующий тормозящий момент, обусловленный трением и уплотнением почвы Наиболее слабым звеном этой конструкции является изолирующий элемент, не обеспечивающий требуемой механической прочности в условиях каменистых и плотных сухих почв Общим недостатком вышеупомянутых датчиков является постоянство площади поперечного сечения датчика по его продольной оси При заглублении датчика в почву происходит ее уплотнение и формируется профиль сечения отверстия лишь начальной частью датчика, они имеют с почвой ненадежный электрический контакт, приводящий к снижению точности измерения параметров почвы Кроме того, концентрация нагрузки на начальной части датчиков, особенно ее неравномерность распределения на не жестко связанных со штангой электродах датчика, также ослабляет всю конструкцию Задачей изобретения является создание конструкции датчика влажности, которая обеспечивает высокую механическую прочность и повышение точности измерения электрических параметров исследуемой среды Технический результат достигается тем, что в датчике влажности, включающемсоединенные с измерительным устройством электроды, один из которых имеет на конце направляющий зубец в плоскости, перпендикулярной направлению погружения датчика в исследуемую среду, согласно изобретению, электрод, имеющий на конце направляющий зубец, выполнен в виде цельного полого конусного винта, междувитковая поверхность которого содержит электрически изолированные от поверхности винта электроды, соединенные между собой общим проводником, расположенным в полости винта-электрода и образующим второй электрод, который связан с измерительным устройством, причем полость конусного винта-электрода заполнена гидрофобным материалом Так как электрод, имеющий на конце направляющий зубец, выполнен в виде цельного конусного винта, междувитковая поверхность которого содержит электрически изолированные от поверхности винта электроды, то при заглублении датчика в исследуемую среду он испытывает незначительные механические нагрузки вследствие их равномерного распределения по оси датчика Создается также надежный электрический контакт поверхности электродов датчика и исследуемой среды вследствие уплотнения материала в приповерхностном к датчику слое не только у его начальной части, но, благодаря конусности, и на последующих участках датчика Поэтому при измерении параметров исследуемой среды исключаются ошибки, обусловленные наличием воздушного слоя между электродами и средой Кроме того, можно изменять чувствительность и вид функции преобразования датчика, регулируя ко личество и размер электродов в междувитковой поверхности Заполнение же полости конусного винта гидрофобным материалом также обеспечивает увеличение механической прочности при заглублении датчика в исследуемую среду и повышение точности измерения параметров этой среды В качестве гидрофобного материала использован, например, парафин, которым в жидком состоянии заполняют весь объем полого конусного винта-электрода После застывания парафин образует надежную электрическую изоляцию электродов, расположенных на междувитковой поверхности, от корпуса электрода-винта, а также предохраняет их от воздействия влаги, препятствуя ее проникновению в полость электрода-винта Соединенные между собой и расположенные в полости электрода-винта электрические проводники также оказываются защищенными, кроме того, скрепление их застывшим парафином увеличивает их устойчивость к механическим нагрузкам На чертеже на фиг 1 схематически изображен заявляемый датчик влажности Датчик влажности состоит из цельного полого конусного винта-электрода 1 с направляющим зубцом 2, электродов 3, электрически изолированных от поверхности электрода 1, который соединен с измерительным устройством проводником 4 Электроды 3 соединены между собой и связаны с измерительным устройством проводником 5 Полость конусного винта заполнена гидрофобным материалом 6 Датчик влажности работает следующим образом Датчик погружают в исследуемую среду на заданную глубину с помощью двух ручек, поперечных по отношению к штанге, имеющих метки погружения (на чертеже не показаны), путем вращения по часовой стрелке Электрод-винт 1 с направляющим зубцом 2 при погружении, практически не нарушая исследуемую среду, например, почву, легко входят в нее, обеспечивая надежный контакт с ней электродов 3 Подключая затем электроды 1 и 3 посредством электрических проводников 4 и 5 к измерительному устройству производят замеры необходимых электрических характеристик исследуемой среды, например, модуля полного электрического сопротивления, проводимости, емкости, диэлектрической проницаемости и др После этого датчик отключают и заглубляют на следующий горизонт для проведения замеров Извлекают датчик из исследуемой среды вращением ручек в противоположном направлении Таким образом, имеется возможность послойного измерения параметров исследуемой среды по высоте слоя, определяемой размерами электродов и параметрами измерительного сигнала, от верхнего слоя до глубины 100-150 см и глубже Конструктивное выполнение предлагаемого датчика обеспечивает его использование как на легких, так и на плотных типах почв, в том числе и на плотных сухих глинах Кроме этого, срок службы предлагаемого датчика в 5-10 раз больше, чем у всех известных Он экологически чист и безопасен для обслуживающего персонала, конструктив 27798 но прост в изготовлении, надежен в эксплуатации и точен при экспрессном измерении параметров исследуемой среды как в естественных (полевых), так и в искусственных условияхФиг. 1 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку 0&0У Обсяг О 35^обл -вид арк 2001 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам &? УкрІНТЕІ Вул Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22