一种水动力精确比例施肥器的制作方法

本发明涉及水动力精确比例施肥器，特别一种适用于水肥一体化灌溉系统中。

背景技术：

化肥是农业可持续发展的物质保证，是粮食增产的物质基础。据统计，1996～2009年间，我国化肥使用量增长了41.2％，而粮食总产量却只增长了5.2％，不断增加的化肥投入并没有持续增加粮食的产量。导致这种现象的一个重要原因是化肥利用率降低导致增产效应下降。我国已经成为化肥大国，但不是化肥强国，虽然在传统化肥品种方面与世界无大差距,但化肥利用率与发达国家相比仍然有较大差距。

现在的化肥市场主要以全溶、速溶、速散的化肥品种为主,加剧了肥料的浪费和流失。常用的速效肥料肥效期短，在生产上必须通过多次追肥，才能满足作物整个发育期对养分的需求。这不仅费工，增加施肥成本，而且追肥时表施肥料损失量大，肥效明显降低,难以发挥肥料的增产效应。

水肥一体化技术，指灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过管道系统供水、供肥。水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌,均匀、定时、定量浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量；同时根据不同的作物的需肥特点、土壤环境和养分含量状况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物，具有肥料利用率高的特点。

“一种热带花卉的精确灌溉施肥系统”、“精确比例施肥机调节器”，两者利用系统电路，通过控制肥液与水的流量从而达到精确施肥的目的，但是存在需要外部动力将肥液压力管道中与水混合的问题。

本发明设计了一种水动力精确比例施肥器，将文丘里管与控制系统结合起来，利用水流的射流附壁与卷吸作用，将肥液与空气自动吸入管道中，形成混合均匀的气液两相流，同时根据作物生长需求改变肥液浓度，从而达到精确比例施肥的目的。

技术实现要素：

本发明是在文丘里管单吸口的基础上，增加了吸气口，利用文丘里管喉道产生的负压自动吸入肥液与空气，在管道中形成气液两相流。同时流量计、单片机精确地监测与控制管道中肥液浓度，根据不同的作物的需肥特点、土壤环境和养分含量状况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定量，按比例直接提供给作物，为农作物提供混合均匀、定量的水肥混合液，具有肥料利用率高、节省成本、保护环境的优点。

为了达到以上目的，本发明采取的方案是：

一种水动力精确比例施肥器，包括吸气管、吸肥管、文丘里管和单片机；所述文丘里管包括进口直管段、收缩段、喉道、扩散段和出口直管段；所述进口直管段与进口管连通，喉道上连通有吸肥管和吸气管。

进一步的，所述进口管上设置有第一流量调节器和第一电磁流量计；所述第一流量调节器、第一电磁流量计通过导线与单片机连接。

进一步的，所述吸肥管上设置有第二流量调节器和第二电磁流量计；所述第二流量调节器和第二电磁流量计通过导线与单片机连接。

进一步的，所述单片机与pc机相连。

进一步的，所述出口直管段内设置有第一涡流叶轮与第二涡流叶轮。

进一步的，所述第一电磁流量计与第二电磁流量计上分别设置有第一压力表与第二压力表。

进一步的，所述吸肥管的另一端与肥液箱相连。

进一步的，所述第一涡流叶轮与第二涡流叶轮结构相同，安装方向相反。

进一步的，所述吸气管另一端通有空气。

本发明的有益效果在于：

(1)应用范围广，可以适用于所有水肥一体化灌溉系统中。

(2)在文丘里管单吸口的基础上，增加一个吸气管，从而吸气管中的吸气口利用气压差分别自动吸入肥液与空气，形成气液两相流，无需外界动力。

(3)无论流进管线的水流量和压力如何变化，注入的溶液剂量总是与流进水管的水量成固定比例，精确简便。

(4)水流在管道内紊动强烈，肥液混合充分、均匀。

(5)保护环境，本发明通过合理调控可以减少化肥对环境的污染。

(6)抗腐蚀能力强，增加灌水系统使用寿命。

附图说明

图1为比例施肥器示意图；

图2为图1中涉及到的文丘里管示意图；

图3为图1中涉及到的第一涡流叶轮示意图；

图4为图1中涉及到的第二涡流叶轮示意图。

附图标记如下：

1.进口管；2.第一流量调节器；3.单片机；4.pc机；5.第一压力表；6.第一电磁流量计；7.第二流量调节器；8.第二电磁流量计；9.第二压力表；10.肥液箱；11.吸肥管；12.出口直管段；13.文丘里管；14.吸气管；15.第一涡流叶轮；16.第二涡流叶轮；17.喉道；18.扩散段；19.收缩段；20.进口直管段。

具体实施方式

为对本发明做进一步的了解，现结合附图做进一步的说明：

一种水动力精确比例施肥器，包括文丘里管13、单片机3、pc机4和吸肥管11；所述文丘里管13包括进口直管段20、收缩段19、喉道17、扩散段18和出口直管段12；所述出口直管段12内设第一涡流叶轮15与第二涡流叶轮16；所述吸肥管11一端与喉道17相连，吸肥管11上设有第二流量调节器7、第二电磁流量计8与第二压力表9，另外一段与肥液箱10相连；所述单片机3分别与第一流量调节器2、第二流量调节器7、第一电磁流量计6和第二电磁流量计8相连；所述pc机4与单片机3相连；所述进口直管段20分别与外部水源和文丘里管13相连；所述出口直管段12分别与文丘里管13和灌溉管网相连。

所述进口管1上设有第一流量调节器2与第一电磁流量计6；吸肥管11上设有第二流量调节器7和第二电磁流量计8。

所述第一压力表5监测第一电磁流量计6水流压力，第二压力表9监测第二电磁流量计8水流压力。

所述第一电磁流量计6与第二电磁流量计8、第一流量调节器2与第二流量调节器7、第一压力表5和第二压力表9结构性能完全相同。

所述第一涡流叶轮15与第二涡流叶轮16结构性能完全相同，安装方向相反。

所述pc机4能够显示进口直管段20与吸肥管11中的实时流量、压力与出口直管段12肥液浓度，并可以输入所需不同肥液浓度。

工作过程：

水流流过文丘里管收缩段时，在喉管部分会产生负压，将肥液与空气通过吸入管道中与水混合，形成气液两相流，实现自动吸肥过程的同时，将肥液与水充分混合。本发明具有施肥精确、肥液浓度可调、结构简单等优点，同时操作方便，具有客观的经济效益：

结合附图1与附图2，当外部水源流入进口管1时，第一电磁流量计6与第一压力表5能够显示水流流速与压力，并将数据传入单片机3中；水流继续流动，通过文丘里管13的收缩段19时，由于水流的射流附壁与卷吸作用，水流在喉道17处存在负压区；喉道17下方设有吸肥管11，吸肥管11一端与肥液箱10相连，吸肥管11两端存在压力差，于是肥液在外界大气压作用下，自动流入扩散段18，完成自动吸肥过程；喉道17上方设有吸气管14，由于喉道17与大气压存在压力差，因此能够将空气自动吸入管道中；肥液、空气与水流在出口段12混合后，形成气液两相流，肥液与水的混合液中含有大量气泡，肥液与水能够充分混合，并流入出口直管段12中。当混合液通过第一涡流叶轮15时，其进行顺时针旋转，当混合液通过第二涡流叶轮16时，其进行反方向(即逆时针)旋转。

当肥液从肥液箱10流入喉道17时，第二电磁流量计8与第二压力表9显示肥液流速与压力，并将数据传入单片机3中；单片机3综合第一电磁流量计6与第二电磁流量计8的数据，计算出出口段12中肥液的浓度，并将数据显示在pc机4上。

另外，如果根据不同作物需求与生长周期需求，需要不同浓度的肥液时，可以将所需肥液浓度输入pc机4上，pc机将指令传入到单片机3中，单片机3通过第一流量调节器2与第二流量调节器7分别控制进口段1中水流的流速与吸肥管11中肥液流速，最终将出口段12中肥液的浓度控制在所需的浓度值。

假设需要浓度为w的肥液n立方米，第一电磁流量计6监测水流速度为v1(m³/s)，进口直管段20截面积为a1(m²)，第二电磁流量计8监测肥液流速为v2(m³/s)，吸肥管11截面积为a2(m²)，施肥时间为t，则肥液浓度计算公式为：

容量n计算公式为：n＝(v1a1+v2a2)×t

由于a1与a2为常量，单片机3通过控制水流速度v1与肥液流速v2达到所需肥液浓度w，通过控制施肥时间t达到施肥容量n。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。