土壤水分雙電極田間定位測量儀制造技術

本發(fā)明專利技術是一種定位測量土壤水分含量的儀器，該儀器由電極—土電極和水電極以及與土電極、水電極電連接的檢測器組成，土電極專營測量土壤的電導，水電極專營測量土壤水的電導，通過土壤含水量與電導間的函數(shù)關系很方便地得出土壤含水量。土電極和水電極為土壤和土壤水的電導的傳感器，檢測器為檢測物質(zhì)電導的裝置，檢測器可采用人工或自動或遙測檢測裝置。（*該技術在2009年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種土壤水分含量的測量儀器。現(xiàn)有的定位測量土壤水分含量的測量儀器主要是張力計和中子水分儀。張力計用來測量土壤的勢能、測量范圍十分有限，加之土壤水的勢能和土壤含水量是土壤水性狀的兩個方面，通過勢能換算成含水量存在著技術上的困難。因此張力計的使用實際上是有限的。中子水分儀直接用來測量土壤含水量，并且不受到測量范圍的限制，在使用上，它是目前一種較好的方法，但中子水分儀有它固有的弊病，儀器昂貴，有放射污染，還存在校正上的困難，又由于它是測的一個直徑約50-80cm的球形土體的平均含水量，故在觀測土壤水分時空上的變化方面反應不靈敏，因此它的應用也受到很大限制。另外，在40年代，人們就采用過電測法測量儀，測量原理是在土壤中埋入一石膏制成的吸收塊，吸收塊中置入兩個電極，當吸收塊中的水分與土壤中的水分達到平衡后，測量吸收塊中兩電極的電導，并通過標準曲線換算出土壤含水量，這種儀器測量結果受溫度的影響比較大，因此測量精度很低。本專利技術的目的是要提供一種結構簡單，測量精度高，使用方便的田間定位測量土壤水分含量測量儀。本專利技術根據(jù)電測法的基本原理，采用雙電極-土電極和水電極分別與檢測器連接，土電極為土壤電導的傳感器，水電極作為土壤水電導的傳感器，檢測器為能檢測出物質(zhì)電導的裝置，土電極用來測量土壤中的電導，水電極測量土壤水中的電導，用水電極測出的電導值校正離子濃度和溫度所引起的測量土壤水分含量的誤差，由土壤含水量與電導間的函數(shù)關系就可得出測量結果。下面結合附圖對本專利技術作詳細的描述。附圖說明圖1水電極結構;圖2水分傳感器主視圖;圖3水分傳感器俯視圖;圖4單傳感器桿式雙電極土壤水分測量儀;圖5土壤水分探頭主視圖;圖6土壤水分探頭俯視圖;圖7雙傳感器桿式雙電極土壤水分測量儀;圖8遠距離遙測土壤水分含量系統(tǒng)圖示。圖中1-多孔吸水介質(zhì)，2-銀鉑絲電極，3-基板，4-膠結劑，5-焊接點，6-導線抽頭，7-外殼，8、14、20-土電極，9-基板，10、15、19-水電極，11-溫度傳感器，12、22-檢測器，13-單傳感器桿，16-水分傳感器，17、26-土壤，18、23-引線，21-基板，24-土壤水分探頭，25-雙傳感器桿，26-園管。土電極(8)采用耐腐蝕，導電性好，有一定機械強度，并與土壤的親和力較大的材料如碳棒電極等，土電極與土壤接觸部分的形狀為園柱形或半球形。水電極(10)由多孔吸水介質(zhì)(1)、銀鉑絲電極(2)、基板(3)、導線扦頭(6)、外殼(7)組成。多孔吸水介質(zhì)(1)采用多孔陶瓷或多孔塑料或硅膠等多孔高吸水材料，厚度約2mm。用耐腐蝕、耐高溫的兩根銀鉑絲電極(2)垂直插入多孔吸水介質(zhì)(1)中，插入深度約1mm，兩根銀鉑絲電極(2)的間距不超過2mm。多孔吸水介質(zhì)(1)膠結在基板(3)上，基板(3)采用不導電，有一定強度的材料如有機玻璃用來固定多孔吸水介質(zhì)(1)，銀鉑絲電極(2)與導線抽頭(6)的連接，采用焊接，通過焊接點(5)連接，多孔吸水介質(zhì)(1)，基板(3)通過膠結劑(4)膠結在一個碗狀的外殼(7)內(nèi)。土電極和水電極既可單獨使用，還可根據(jù)土電極和水電極的不同組合，制做為不同的土壤水分測量儀。圖2中是兩個土電極(8)、一個水電極(10)固定在一個不良導體材料的基板(9)上，構成一個水分傳感器(16)，基板(9)為園環(huán)狀，便于插入土壤，園環(huán)的上下兩端有螺紋或其它形式的連接結構，園環(huán)外徑約20mm為宜，多個園環(huán)形水分傳感器(16)連接構成單傳感器桿(13)，如通過園管(26)螺紋連接。水分傳感器(16)的引線(18)用導線從園管(26)的一端引出，然后將各接口和單傳感器桿(13)的上下端密封，一個單式傳感器桿(13)和一套檢測器(12)構成一種單傳感器桿式雙電極土壤水分測量儀(圖4)。一個土電極(20)和一個水電極(19)固定在一個不良導體材料的基板(21)上，構成一個土壤水分探頭(24)，兩個水分探頭(24)為一組構成一個土壤水分傳感器，該兩個水分探頭(24)分別置于兩個雙傳感器桿(25)相同高度的位置上。多個水分探頭裝在同一個非導體材料園管的不同位置上，便于測量不同深層土壤的含水量，園管外徑約20mm，水分探頭(24)的引線(23)從園管的上端引出，然后將上下兩端密封。兩根帶土壤水分探頭(24)的園管構成雙傳感器桿(25)，雙傳感器桿(25)和檢測器(22)構成雙傳感器桿式雙電極土壤水分測量儀。檢測器(12、22)根據(jù)不同的檢測方式采用不同的設備，人工檢測，可以采用萬用表或電導儀(例如DOS-11A型電導儀)，自動檢測和記錄采用XWD、XDD系列自動顯示記錄儀。遠距離遙測，其遙測系統(tǒng)分為田間和室內(nèi)兩大部分，田間部分包括土壤水分傳感器，信號轉換器，信號放大和發(fā)射器和信號監(jiān)控器，室內(nèi)系統(tǒng)包括信號接收處理器，信號輸出裝置和信號監(jiān)控臺，一個室內(nèi)系統(tǒng)可以對多個田間系統(tǒng)進行監(jiān)控。在使用本專利技術進行田間定位測量中，單傳感器桿(13)或雙傳感器桿(25)必須垂直地埋入土壤中，用烘干并過孔徑為2mm篩的原土壤填實，經(jīng)過一段時間(一般經(jīng)歷幾次大的降雨)后，探頭與土壤充分接觸，即土電極直接與土壤緊密接觸，土壤水進入水電極的多孔吸水介質(zhì)中，儀器才能正常使用。對于雙傳感器桿(25)，兩測桿埋入土壤中的距離約為400mm，所測到的近似為以對應探頭的連線為長軸的旋轉橢球的土體的容積含水量。與中子水分儀測到的結果相似，都受到石礫的影響。單傳感器式土壤水分測量儀所測到的主要為探頭周圍很近的土壤的容積含水量，受石礫的影響很小。前者可用以研究土粒和石礫對水分運動的共同作用，是估算區(qū)域水分儲量的可靠依據(jù)，后者可用以研究土粒對水分運動的獨立作用，靈敏度較前者高，但其結果不能作為估算區(qū)域水分儲量的依據(jù)。因此，這兩種方式可以相互補充，不能互相取代。兩套單傳感器桿式測量儀合用可以兼做這兩種測量，實際使用中，多個單傳感器桿(13)共用一套檢測器，能夠大大降低儀器成本。圖3中，水分傳感器(16)中設置一個溫度傳感元件(11)，則本專利技術可以同時測量土壤含水量，土壤鹽分、土壤溫度的時空動態(tài)變化。使用本專利技術進行土壤水分含量定位測量時，只要由檢測器(12、22)中得出土電極間的電導值和水電極的電導值，便可求算出土壤含水量。下面詳細介紹使用本專利技術得到土壤含水量的方法。設有一體積為Vs的濕潤土體，其中水所占體積Vw，溶于水中的導電離子有X克當量，以水作為溶劑時，其當量濃度為μ＝X/Vw土體作為“溶劑”時，當量濃度為μs＝X/Vs，則土壤的容積含水量θv＝ (Vw)/(Vs) ＝ (μs)/(μw) (1)上式表明如果同時得到土壤的導電離子濃度μs和土壤水中的導電離子濃度μw，就可得到含水量θ，為了實現(xiàn)這一目標，采用兩組電極土電極和水電極分別測量出土壤中的電導Gs和土壤水中的電導Gw，由于物質(zhì)的導電離子濃度和電導之間存在一定的函數(shù)關系，因此根據(jù)電導就可得出土壤的含水量。由于土壤的含水量只與土壤的導電離子濃度與土壤水中導電離子濃度之比有關，這樣就消除了離子濃度和溫度的干擾。設在標準溫度To，由實驗分別確定了函數(shù)關系μs(To)＝f1〔Gs(To)〕 (2)μw(To)＝f2〔Gw(To)〕 (3)其中Gs(To)、Gw(To)分別是在To時土電極和水電極測到的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種土壤水分測量儀，包括專營測定土壤電導的土電極，與土電極電連接的檢測器，其特征在于有專營測量土壤水分電導的水電極與檢測器電連接，土電極為土壤電導的傳感器，采用耐腐蝕，導電性好，有一定機械強度，并與土壤的親和力較大的材料，水電極為測定土壤水電導的傳感器，檢測器為能檢測物質(zhì)的電導的裝置。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：盛利元，
申請(專利權)人：中南林學院，
類型：發(fā)明
國別省市：43[中國|湖南]