Датчик вологості ґрунту

Реферат: Датчик вологості ґрунту містить два електроди, скріплених діелектриком, і з'єднаних з вимірювальним пристроєм. Містить реагуючий орган, джерело живлення постійного струму, електроди виготовлені у вигляді стрижнів із антикорозійного металу і через транзисторний підсилювач і вимикач увімкнені в коло живлення реагуючого органа. UA 103167 U (12) UA 103167 U UA 103167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій належить до контрольно-вимірювальних приладів і автоматики, зокрема для експрес-контролю вологості закритого ґрунту фермерських господарств і в побуті. Відомі датчики вологості на основі гігроскопічних матеріалів, питомий опір яких сильно залежить від концентрації поглинутих молекул води. Типовий гігристор складається із підкладки, на яку методом трафаретного друку нанесені два зустрічно-штирьових електроди [Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. - М.: Техносфера, 2005. - С. 89, рис. 3.20]. Наприклад, відомий пристрій для телеконтролю вологості повітря [Пат. UA 64206А. МПК (2006) G05D22/00. Опубл. 16.02.2004.- Бюл. № 2] містить джерело живлення, реагуючий орган, датчик, виконаний за схемою аналога лямбда-діода. Кожен датчик містить по два гігристори, ввімкнені між затвором кожного польового транзистора комплементарної пари і стоком іншого. Гігристор виконаний у вигляді двох зустрічно-штирьових растрових електродів на спільній діелектричній пластині, зазор між якими покритий шаром чутливого матеріалу, наприклад хлориду літію (LiCl), опір якого сильно залежить від вологості навколишнього повітря. Недоліком відомих пристроїв з використанням тиристорів є неможливість використання їх для контролю вологості ґрунту. Відомий також датчик вологості [Пат 32321А Україна, МПК (2006) G01 N22/00. - Опубл. 15.12.2000.- Бюл. № 7], виконаний у вигляді двопровідної лінії в формі котушок, робочі грані яких розміщені в площині, паралельній площині вимірюваного матеріалу, дві паралельно розміщені котушки виконані на феритових осердях трикутної форми в поперечному перерізі, площина якого змінюється, а в проміжку між ними розташована діелектрична вставка із матеріалу з великою діелектричною проникністю, розміри якої зменшуються в напрямку, паралельному площині вимірюваного об'єкту. Недолік відомого датчика полягає в складності його застосування, оскілки для роботи він потребує генератор високочастотних електромагнітних коливань на вході і джерело компенсуючої напруги на виході, що унеможливлює його використання в побуті і в закритому ґрунті фермерських господарств. Відомий також пристрій для вимірювання вологості ґрунтів [А.с 379864 SU, МПК G01 N27/02. - Опубл. 20.04.1973. - Бюл. № 20], що містить реактивно-резистивний датчик і вимірювальну схему, датчик виконаний у вигляді довгої електричної лінії, закладеної в контрольований ґрунт, між електродами якої включені від'ємні опори, які розташовані в зонах, відповідних екстремальним значенням режиму роботи лінії. Пристрій працює на частоті порядку 1 МГц, довжина електродів його датчика близько 100 м. Недолік пристрою полягає в його складності, потребі у високочастотному джерелі живлення і великих габаритах, що затрудняє його використання в теплиці і заважатиме обробітку ґрунту. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого, взятим за прототип, є датчик вологості ґрунту [Пат. 239 Україна, МПК (2006.01) G01N25/56.- Опубл. 30.04.1993.- Бюл. № 11, який містить два електроди у вигляді двох півгвинтів, скріплених між собою ізолятором, з утворенням в цілому гвинта, закріплених на штанзі і з'єднаних з вимірювальним пристроєм. Довжина штанги - 90 см, довжина хвилі гвинта - 10 см. Недолік пристрою полягає в його складності і великих габаритах, що затрудняє його використання в теплиці і неможливим - в побуті. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення датчика вологості і його експлуатації, з можливістю його використання в побуті і в захищеному ґрунті фермерських господарств. Поставлена задача вирішується тим, що датчик вологості, який містить два електроди, скріплених діелектриком і з'єднаних з вимірювальним пристроєм, згідно з корисною моделлю, містить реагуючий орган, джерело живлення постійного струму, електроди виготовлені у вигляді стрижнів із антикорозійного металу і через транзисторний підсилювач і вимикач увімкнені в коло живлення реагуючого органа. Також поставлена задача вирішується за рахунок того, що електроди виготовлені у вигляді декількох циліндриків, розташованих з проміжком по осі на своєму діелектричному стрижні, циліндрики приєднані через двополюсний багатопозиційний перемикач до входу транзисторного підсилювача. Один з електродів може бути виконаний у вигляді циліндра, в порожнині якого коаксіально розташований електрод із циліндриків, верхні частини електродів жорстко скріплені між собою діелектриком. Виготовлення електродів у вигляді стрижнів із антикорозійного металу запобігає їхній корозії, а наявність вимикача в колі живлення запобігає електролізній корозії в неробочий період. Застосування транзисторного підсилювача на зіставному транзисторі забезпечує збільшення загального коефіцієнта підсилення, рівного добутку коефіцієнтів підсилення кожного транзистора. Скріплення електродів між собою діелектриком забезпечує жорсткість конструкції і ізоляцію між ними, а увімкнення резистора в коло "негативний електрод вхід транзисторного підсилювача" обмежує величину струму КЗ при випадковому замиканні між електродами. 1 UA 103167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Регулювальний резистор в базі транзистора забезпечує зміну уставки спрацювання реагуючого органа залежно від вологості ґрунту. Виконання електродів у вигляді циліндриків з проміжком по осі забезпечує контроль вологості ґрунту на різній глибині, а їхнє приєднання до входу транзисторного підсилювача через двополюсний багатопозиційний перемикач забезпечує зміну контрольованої глибини ґрунту. Виконання одного з електродів у вигляді циліндра, скріпленого у верхній частині з електродом із циліндриків, забезпечує підвищену жорсткість конструкції. Технічний результат полягає в спрощенні конструкції датчика, два електроди якого розташовані в контрольованому ґрунті, і через підсилювач увімкнені в коло живлення реагуючого органа, що дозволяє використовувати датчик як в побуті, так і в закритому ґрунті фермерських господарств. Технічна суть корисної моделі пояснюється графічним матеріалом, де на Фіг.1 зображена електрична схема датчика; на Фіг. 2 - схема увімкнення електродів у вигляді циліндриків через двополюсний багатопозиційний перемикач; на Фіг. 3 - конструкція циліндричних коаксіально розташованих електродів. Датчик вологості ґрунту містить два електроди 1, реагуючий орган 2 з контактом 3 (контактів може бути декілька, різних за призначенням), акумулятор 4 (як джерело постійного струму) з вимикачем 5, транзисторний підсилювач 6, зіставний з двох біполярних транзисторів 7, 8. Резистори 9, 10, діелектричні стрижні 11 з електродними циліндриками 12, двополюсний багатопозиційний перемикач 13. Електрод може бути у вигляді циліндра 14 з діелектриком 15 у верхній частині. Датчик вологості ґрунту працює наступним чином. Датчик вологості ґрунту містить два електроди 1 із антикорозійного матеріалу, скріплених діелектриком (на схемі не показаного), розташовані в контрольованому ґрунті, і через вимикач 5 увімкнені в коло живлення акумулятора 4. Транзисторний підсилювач 6, зіставний з двох біполярних транзисторів 7, 8 n-p-n провідності. Головне, щоб той транзистор, у якого зворотний струм колектора менший в зіставному транзисторі стояв першим (наприклад, 7 - типу КТ315Б і 8 - КТ318Б). База транзистора 7 приєднана через резистор до негативного електрода 1 і через регулювальний резистор 10 до мінусової клеми акумулятора 4. До виходу транзисторного підсилювача приєднаний реагуючий орган 2 з контактом 3. Якщо ґрунт сухий, міжелектродний опір збільшується, і струм через електроди 1 датчика не протікає. При зволоженні ґрунту міжелектродний опір зменшується, струм через електроди збільшується, транзистори 7, 8 відкриваються і реагуючий орган спрацьовує. Змінюючи опір регулювального резистора 10, змінюють уставку спрацювання датчик. Для контролю вологості ґрунту на різній глибині електроди можуть бути у вигляді циліндриків 12, розташованих на діелектричних стрижнях 11 з проміжком по осі (на Фіг.2 - по три). Електродні циліндрики 12, увімкнені в коло акумулятора 4 через двополюсний багатопозиційний (на фіг. 2 - чотирипозиційний) перемикач 13. Зміною положення перемикача 13 (a, b, c, d на фіг. 2) змінюють глибину контрольованого ґрунту. Один з електродів може бути виготовлений у вигляді циліндра 14, в порожнині якого коаксіально розташований стрижень 11 з електродними циліндриками 12, і скріплений з ним діелектриком 15. Така конструкція більш жорстка і може застосовуватися у закритому ґрунті фермерських господарств. В неробочий період вимикач 5 повинен бути вимкнений, щоб запобігти електролізній корозії електродів 1 від протікання постійного струму мізерної величини. Технічний результат полягає в спрощенні конструкції датчика та його експлуатації, що дозволяє використовувати датчик як в побуті, так і в закритому ґрунті фермерських господарств. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Датчик вологості ґрунту, що містить два електроди, скріплених діелектриком і з'єднаних з вимірювальним пристроєм, який відрізняється тим, що містить реагуючий орган, джерело живлення постійного струму, електроди виготовлені у вигляді стрижнів із антикорозійного металу і через транзисторний підсилювач і вимикач увімкнені в коло живлення реагуючого органа. 2. Датчик вологості ґрунту за п. 1, який відрізняється тим, що електроди виготовлені у вигляді декількох циліндриків, розташованих з проміжком по осі на своєму діелектричному стрижні, циліндрики приєднані через двополюсний багатопозиційний перемикач до входу транзисторного підсилювача. 3. Датчик вологості ґрунту за п. 2, який відрізняється тим, що один з електродів виконаний у вигляді циліндра, в порожнині якого коаксіально розташований електрод із циліндриків, причому верхні частини електродів жорстко скріплені між собою ізолятором. 2 UA 103167 U 3 UA 103167 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4