Кварцевый влагомер для быстрого измерения влажности почвы

 

В данной статье приводятся разработка и принцип работы кварцевого влагомера для быстрого измерения влажности почвы.

 

При установлении режима орошения хлопчатника сроки поливов и продолжительность межполивных периодов необходимо определить по влажности почвы в зоне аэрации.

Применяемые способы измерений влажности почвы можно объединить в группы [1]: термостатно-весовой метод (эталонный); электрический — по диэлектрической проницаемости (ёмкости), индуктивности, сопротивлению; радиоактивный; спиртовой; тензиометрический;

Термостатно-весовой метод трудоемкий, измерения проводятся в лабораторных условиях. При нагревании из почвы выделяются влага и другие элементы, что вносит погрешность в измерения массы влаги.

В электрическом (емкостном) методе оказывают влияние на диэлектрическую проницаемость и гидроксильные группы соединений, содержащиеся в почве, элементы химического состава. В результате анализа почвы учитывается связанная влага.

Радиоактивный метод измерения влажности требует тарировок и контроля при использовании его в полевых условиях. Под влиянием солнечной радиации отмечены большие погрешности в измерениях.

Результаты исследований. В данной работе предлагается простой метод оперативной диагностики интегральной влажности почвы с применением кварцевого влагомера. Преимуществом кварцевого влагомера является компактность устройства и оперативность определения интегральной влажности без физических измерений образца почвы.

Принцип работы кварцевого влагомера основан на психометрической способе, позволяющий оценить влажности почвы.

Разработана методика прерывного «отсасывания» почвенного воздуха через исследуемый образец.

Схема работы кварцевого влагомера для измерения показана на рисунке.

Рис. 1. Схема работы кварцевого влагомера

 

В измерителе влажности установлены гигрометр и измеритель температуры, с помощью которого производится непрерывное отсасывание влаги исследуемого образца.

В качестве гигрометра использован кварцевый влагомер, сущность действия которого основан на высокой чувствительности параметров кварцевых резонаторов к воздействию влаги на его поверхность.

Схема работы влагомера выполнена на базе интегральных схем серии К 176 средней интеграции. Устройство потребляет незначительное количество энергии и может работать от батареи типа «Крона-ВЦ» или аккумулятора 7Д-01, введена система индикации по фиксации измерений на светодиоде. Устройство по размерам не превосходит калькулятор, имеет вес менее 500 г, его можно применять в полевых условиях при ограниченных возможностях энергопитания.

Измерение влажности производится в следующем порядке:

–                    отбирается образец, который добавляют определенное количество гранул негигроскопического материала;

–                    пробный образец закладывается в камеру, через которую с помощью ручного микронасоса или микрокомпрессора типа МК-1М прогоняется просушенный селикогелем воздух;

–                    с помощью кварцевого влагомера периодически измеряется влажность воздуха (W_пр);

–                    вместо пробного камера заполняется эталонным образцом, предварительно омоченным определенным количеством производится измирение влажности (W_эт);

–                    определяется разность значений интегральных влажностей воздуха

∆W = (W_пр — W_эт)(1)

Влажность почвы вычисляется по формуле

W = ρV_в •(2)

где V_в — количество добавляемой воды в эталонный образец почвы, м³

ρ — параметр массы камеры с почвой (ρ=1)

С помощью градуированной таблицы с высокой точностью можно определять влажность почвы даже при условии низкой квалификации и недостаточных навыков рабочего.

Тарировка влагомера и сопоставление изменений влажности почвы по слоям через 0.10 м приведены ниже в таблице. Отклонение показаний кварцевого влагомера от данных влажности, определенной термостатно-весовым методом (эталонным), составили ±3,2–3,5 % при 10 измерениях влажности.

 

Таблица 1

Сравнительные данные определения влажности почв между ТВМ и предлагаемым методами

Глубина, на которой взяты образцы, м	Влажность почвы (%), определенная:		% отклонения показаний кварцевого влагомера от влажности по ТВМ
	Термостатно-весовым методом	Кварцевым влагомером
0–0,10	26,21	26,72	-1,9
0,10–0,20	28,2	26,87	-3,3
0,20–0,30	25,90	25,00	3,5
0,30–0,40	25,84	25,23	2,4
0,40–0,50	25,41	24,61	3,1
0,50–0,60	25,33	26,13	-3,2
0,60–0,70	25,27	25,67	-1,5
0,70–0,80	25,40	25,71	-1,2
0,80–0,90	25,00	25,31	-1,2
0,90–1,0	24,61	24,22	1,6

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Подчеркнуты максимальные и минимальные значения.

Выводы

1.                Установлено, что в работе кварцевого влагомера использование психометрического способа является преимущественным.
2.                Сравнением измерений влажности почвы термостатно-весового метода и предлагаемым влагомером, определено отклонение равное ±1,1 ÷ 1,2 %

 

Литература:

 

1.                Ахмеджанов Г. Определение водно-физических свойств почвы. Ред. журн. Изв. АН РУз, Ташкент, 1994, с 7–9.