专利名称：：一种自动灌溉装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于农田灌溉
技术领域：
，涉及一种测试土壤湿度并根据土壤湿度自动控制灌溉的装置。
背景技术：
：我国是一个水资源极端短缺的国家，人均占有水资源约为世界人均占有量的1/4耕地单位面积占有水资源约为世界平均值的3/4。目前有灌溉设施的0.5亿hm2耕地中约有l/3供水不足，然而灌溉水的浪费现象又极为严重，灌溉水的利用率只有40%左右，而以色列、美国等节水灌溉先进国家的当前我国包括灌溉水和降水在内的农田利用效率也很低，单方水生产粮食的能力约为0.84kg。为提高灌溉水的利用率，使单方水生产粮食的能力得到提高，靠传统的灌水方式和灌溉管理方式是难以达到的，只有从高新技术入手，在管理上下功夫，从过去那种"烧地"转变为"浇作物"的思想观念，做到作物需要多少水，灌溉系统就能及时而准确的提供多少水。要实现这一目标，只有发展先进的灌溉系统，使灌溉过程达到自动控制才有可能。因此，在21世纪的节水灌溉中，实现灌溉系统的自动化，对节约用水，提高灌溉水的利用率以及对我国16亿人口的粮食安全将起到极为重要的作用，具有重要的现实意义。现代自动灌溉系统在国内外发展都相当成熟，实现了科技化、自动化、智能化。在发展水平上，尤显以色列、美国。现代自动灌溉系统一般采用定时定量灌溉及根据土壤湿度、气象等因素的变化进行灌溉的方式进行灌溉。但由于大多自动灌溉系统价格较高，不适宜小户型农业、庭院草坪灌溉应用。国外已经进入市场的灌溉自动控制器，放水控制方式大多为定时灌溉方式，个别产品具有配接土壤含水量测量传感器的能力。典型的产品有美国雨鸟(Rainbird)、尼尔森(N订sen)，.以色列的耐特菲姆(Netafim)爱尔佳(Elgal)、欧美兹(Oraetz)以及摩托罗拉(Motorola.)等生产的相关的灌水自动控制器，其中比较先进的产品具有集中无线电遥控控制的功能。比如一套完整的美国雨鸟公司生产的小型草坪灌溉装置(不包括安装费、备选设备及安装辅助设备)就需要5300元人民币，综合农业成本和农业效益方面的考虑，这样一个价格对中国普通的公民来说，这显然是不现实的。研制一种廉价实用的自动灌溉装置在中国农业发展之路上想必是一种趋势。各种农作物何时需要灌溉，常用负压式土壤湿度计来指示。不同作物以及同种作物的不同生育期的丰产栽培对土壤水势的依赖是非常密切的，而负压式土壤湿度计便是用来测试土壤水势(水分张力)的仪器。土壤水势的大小可以通过负压式土壤湿度计上的u型水银管显示出来，但是不能自动控制灌溉，专利号为ZL97236401的实用新型专利，是在杆体的下端封接有一个多孔陶土头.而杆体的上部配有透明的集气室.集气室的顶端用橡皮塞密封，其关键是在集气室的一侧接有一只带开关结构的真空表。由于真空表造价昂贵，该专利至今没有推广应用。
发明内容本实用新型的目的在于根据负压式土壤湿度计的工作原理，提供一种廉价实用的自动灌溉装置。本实用新型的任务是以下述方式完成的，一种自动灌溉装置，由负压式土壤湿度计构成，其特征在于电磁开关带电电磁线圈两端头分别置入负压式土壤湿度计的水银U形管内，U形管左管电磁线圈端头与水银保持接触，U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度65%—75%时水银面对应当位置，电磁开关连接电源和水泵作为水泵的通断电开关。所述的自动灌溉装置，U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度60%—70%时水银面对应当位置。所述的自动灌溉装置，U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度60X时水银面对应当位置。所述的自动灌溉装置，U形管右管设置夹持电磁线的夹持件。该夹持件用来调节U形管右管电磁线圈端头的高低。所述的自动灌溉装置，u形管右管水银液面上设置一层水。所述的自动灌溉装置，电磁开关另外连接电源和指示灯作为指示灯的通断电开关。本实用新型结构简单，制造成本低，而且能够达到自动灌溉的目的，一种廉价实用的适合中国农业现状的自动灌溉装置。图l是本实用新型结构示意图。图2是土壤最大持水量的测定实验数据图。具体实施方式如图l一种自动灌溉装置，由负压式土壤湿度计1构成，其特征在于电磁开关2的带电电磁线圈两端头2—1、2—2分别置入负压式土壤湿度计的水银U形管内，U形管左管l一l的电磁线圈端头2—1与水银保持接触，U形管右管1一2的电磁线圈端头2—2设置在土壤湿度60%(55%—75%之间都行)时水银面对应当位置，电磁开关2连接电源3和水泵4作为水泵的通断电开关。所述的自动灌溉装置，U形管右管设置夹持电磁线的夹持件5。该夹持件用来调节U形管右管电磁线圈端头2—2的高低。所述的自动灌溉装置，U形管右管水银液面上设置一层水。所述的自动灌溉装置，电磁开关另外连接电源6和指示灯7作为指示灯的通断电开关。以下是实验报告根据土壤湿度进行自动灌溉的装置摘要通过传感器部分(负压式土壤湿度计)对土壤湿度变化做出的动态监测来控制电路通断，由此控制水泵开关开闭的时间和灌溉的水量从而实现自动灌溉。一、自动灌溉的设计用材传感器继电器水泵导线等二、自动灌溉装置的工作原理通过传感器部分(负压式土壤湿度计)对土壤湿度变化做出的动态监测来控制电路通断，由此控制水泵开关开闭的时间和灌溉的水量从而实现自动灌溉。(一)传感器的工作原理该装置的传感器是负压式土壤湿度计。负压式土壤湿度计能够动态监测土壤水吸力。土壤水吸力是指土壤水受到各种力的吸持情况下所处的能态，是土壤水的负压力。土壤水分受土壤空隙的毛管引力和土粒的分子引力，使处于负压(引力)状态。土壤水吸力大小与土壤含水量之间有一定的关系。土壤含水量是土壤水的容量指标。一般来说，土壤吸水力愈大，含水量愈小；土壤吸力愈小，含水量愈大。而由陶土头、U型管和集气管组成的负压式土壤湿度计被水浸润后能利用陶土头透过水和溶质，阻止空气和土粒通过的作用与由土壤水吸力而引起汞液面高度差的变化来动态反应土壤水吸力和土壤含水量的关系。(二)自动灌溉装置的结构示意图如图1(三)自动灌溉装置的工作原理利用传感器的工作原理，当传感器中的U型管内的右侧汞柱柱下降至某个刻度(对应某个土壤最大持水量60%，此时需要进行灌溉，根据不同土壤可以选择对应土壤最大持水量55%—65%任一刻度)时，左端汞柱面与电极脱离，电路①断开，继电器停止工作，电路②接通，绿灯亮，电路③断开，红灯熄灭，装置开始浇水。当水量达到这种土壤最大持水量的60%时，则传感计中U型管右侧汞柱柱会上升至某刻度(电极所在位置)。此时，右侧汞柱面与电极接触而使电路①接通，继电器开始工作，电路③接通，红灯亮，电路②断开，绿灯熄灭，水泵停止烧水。从而实现灌溉的自动化和及时性。(四)负压式湿度计的工作原理的相关内容负压式土壤湿度计由陶土管、u型管和集气管组成。陶土管是仪器的感应部件。它是一个多孔体，被水浸润之后，其空隙间的水膜具有一定的张力能透过水和溶质，但能阻止空气和土粒通过。水膜在100kpa以上的压力下才能破裂透过空气。汞柱负压表使用方便，是仪器的指示部件。集气管为收集仪器里的空气之用。仪器使用时应充满无气水，不允许有空气，在仪器的使用过程中溶解于土壤中的空气往往进入仪器内，在一定的负压下，这部分溶解的空气使气化逸出而聚集到集气管中。一个完全充满水，且封闭的土壤湿度极插入土壤之后，通过土壤水与仪器内水分的流动，使土壤与仪器的水是趋于平衡。设仪器的水势为ψωD，土水势为ψωs，则ψωD=ψωS因为ψωS=ψps(土壤压力势)+ψms(基质势)+ψos(渗透势)+ψgs(重力势)当忽略了重力势(ψgs)和ψos(渗透势)后，则:ψωD=ψps+ψmsψωD=ψpD+ψmD式中ψpD——仪器的压力势ψmD——仪器的基质势将式ψωD=ψps+ψms及式ψωD=ψpD+ψmD代入式ψωD=ψωS，则:ψps+ψms=ψpD+ψmD因为土壤的压力势(以大气压为参考)为零，而仪器内无基质，其基质势为零，故ψms=ψpD;ψs=VωΔPDVωΔPD式中Vω为土壤溶液的密度-cm3/g，而ΔPD则为负压表的压力，故ψs=VωΔPD表示土壤的基质势，可有负压表的压力来量度，土壤基质势为负值，土壤水吸力为正值，但两者绝对值相等。(五)传感器(负压式土壤湿度计)的安装及使用注意事项1、U型管的除气由集气管给负压计注满无气水，水逐渐渗入陶土管壁继续而向外渗出，直到陶土管外布满小水珠，并往下滴淌30min后再向主杆及塑料软管连接的玻璃管中注无气水，是集气管及叉型管中都充满水，集气管口塞上塞子，叉型管夹上夹子使仪器封闭。检査整个封闭系统中有无空气存在，如有气泡，应驱赶至集气管或叉型管中，打开塞子或弹簧夹，在进行注水、封闭。擦去陶土管外水渍，至于通气出蒸发，仪器内使产生负压，随之汞柱上升。隐藏在仪器里的空气，由于负压逐渐增加，还会不断溢出，轻轻叩击仪器，使气泡集中于集气管中，当集气管聚集了一定数量的气泡，汞柱上升速度极慢时，将陶土头浸入无气水中，使仪器中汞柱回"0"位，打开塞子，充水，封闭，再进行蒸发，如此反复数次，直到汞柱能升到85kpa时，集气管中气泡较少。回水时，汞柱下降迅速，从集气管中几乎看不到气泡存在时，才算除尽了空气。再次注满水，封闭好，陶土管浸泡在无气水中备用。2、安装选择有代表性的地点，用直径比陶土管略细的土钻钻孔至待测的深度，撒入少量的碎土并灌水少许，然后插入陶土管，再填入少量碎土，并将仪器上下移动，使陶土头与周围土壤密接，然后填入其余的土壤，使地面与原地面等平。不可过多地扰动和踏实附近的土壤，以免使测定地点失去代表性。3、观测仪器安装之后一般需224h方能达到平衡。平衡后便可进行观测读数。仪器使用期间在观测的同时要检査U型管汞柱型负压计用塑料软管连接的玻璃管中是否有阻隔气泡，应将它驱赶至叉形管顶部，气泡数量若影响到水柱的连续时需除气。当集气管中空气量接近集气的接口或约占集气管容量的一半时，应重新充水排气。4、注意事项(1)为了避免温度造成的误差，一般应在早晨6:008:00固定时间内进行读数。(2)当温度降至冰点时，要撤出仪器，避免冻坏。(3)零位校正(4)土壤水与仪器内部水的参考压力都是大气压。其零位校正值为陶土管中部至U形管"0"点的距离再加上左边汞柱上升的部分。注意事项1.本法测定范围在085kpa.2.本法测定土壤水吸力时土壤的盐分存在对测定无影响；但在土壤中含有一定数量盐分时，应分别测定其溶质势或溶质水吸力。3.实验证明，土壤基质势或土壤水吸力与含水量之间的并非一单值函数，因干、湿过程的不同，土水势或土壤水吸力与含水量之间有较大差异，即所谓"滞后现象"所以用负压计来标定土壤含水量是不适宜的，其误差可达±2%±4%(水的质量对烘干土质量的百分数)，精度比一般的含水量测定法低，故以它来估算土壤的含水量，结果是粗略。4.负压计用毕后一定要将上面的盖子打开，把水倒出或用毕后直接放到无气水中泡着。5.实验地结冰前，应将仪器撤回，以防冻坏。三、装置的原理试验(一)试验l土壤含水量的测定试验1、试验方法及目的用酒精燃烧法测定土壤含水量。2、实验材料及设备鲜取的土壤(牧医楼前东侧花坛中)，无水乙醇、铝盒3个、电子天平、取土环刀、火柴、玻璃棒等。3、实验步骤1)记铝盒编号分别为l，2,3。分别称铝盒的质量为ml，m2，m3。2)分别用铝盒称取三份各2O克土壤。3)分别向三个铝盒中注入无水乙醇，使其液面高于土壤表面，点燃无水乙醇。燃尽后，再注入反复进行三次。然后称其重量分别为nl，n2，n3.4、实验数据(如下表)及计算<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>计算公式<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage10</formula>5、试验结果土壤平均含水量为17.88%(二)试验2土壤最大持水量的测定1、试验方法及目的用酒精燃烧法测定土壤的大持水量2、实验材料及设备鲜取的土壤(牧医楼前东侧花坛中与实验l同时同地取土)，无水乙醇、铝盒3个、电子天平、取土环刀、火柴、玻璃棒、皮筋、滤纸、浅平底圆形玻璃皿等3、实验步骤1)分别测出两个环刀的质量为al,a2(环刀编号为1，2);分别称铝盒质量为bl，b2;2)分别用两个环刀取土壤，然后削平上下面，称其质量分别为cl,c2。3)分别在两环刀的一段垫上滤纸(半径大于环刀半径)用皮筋把滤纸固定在环刀上，分别置于盛有蒸馏水的浅平底圆形玻璃皿中。放置一适宜温度，一定湿度的室内一昼夜。4)分别称量达到最大持水量时的土壤和铝盒质量分别为ml，in25)取出土壤，用酒精燃烧法将其烧制成干土使每次称量小于O.1%(至少五次)6)把干土分别进行称量干土壤和铝盒质量分别为nl，n24、实5&数据(如下表)及计算<table>complextableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>5、试验结果计算公式土壤平均最大持水量^[(ml-al)-(nl-bl)]/(nl-bl)*100%+[(m2-a2)-(n2-b2)]/(n2-b2)氺画oV2由公式计算可知土壤平均最大持水量为38.13%(三)试验3确定传感器U型管右侧管中电极的位置1、试验方法及目的由最大持水量60%的土壤测出负压式湿度计中U型管右侧汞柱下降达到平衡时的位置，从而确定电极的位置。2、实验步骤1)先将土壤配制成其最大持水量60%的土壤。(加入水量的计算公式b%*60%*[m-m*a/100*(l+a%)]-m*a/100*(l+a%)b。/o为该土壤最大持水量，m为该土壤的质量，aW为该土壤的含水量)2)将陶土头插入配置好的土壤中，连好装置。开始计时时，每个五分钟记一次U型管中两汞柱的高度差AH3、实验数据如图24、试验结果负压式湿度计两汞柱高度差达到8cm时稳定。此点即使负压式湿度计U型管中右側管中电极所在位置。三、作品特点动态监测，准确性高，结构简单，全自动化，成本低廉。四、作品的使用范围对旱作农地在具有灌溉条件的情况下，进行动态连续监测并自动灌溉。五、市场分析及经济效益预测由其技术特点可以分析、判断，该作品存在着巨大的经济价值和社会价值。首先，它能连续监测、准确及时地实现自动控制，能降低劳动强度，提高劳动效率。其次，使用范围广，可用于园林灌溉，大田作物，高效农业示范区，大棚蔬菜，温室瓜果等。因此，该作品在农业灌溉以及庭院草坪、花卉灌溉等管理上会有广阔的市场。六、结论对旱作农地在具有灌溉条件的情况下，该装置能进行动态连续监测并自动灌溉。权利要求1、一种自动灌溉装置，由负压式土壤湿度计构成，其特征在于电磁开关带电电磁线圈两端头分别置入负压式土壤湿度计的水银U形管内，U形管左管电磁线圈端头与水银保持接触，U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度55％-75％时水银面对应当位置，电磁开关连接电源和水泵作为水泵的通断电开关。2、如权利要求1所述的自动灌溉装置，其特征在于U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度60%—70%时水银面对应当位置。3、如权利要求2所述的自动灌溉装置，其特征在于U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度60%时水银面对应当位置。4、如权利要求3所述的自动灌溉装置，其特征在于U形管右管设置夹持电磁线的夹持件。5、如权利要求4所述的自动灌溉装置，其特征在于U形管右管水银液面上设置一层水。6、如权利要求5所述的自动灌溉装置，其特征在于电磁开关另外连接电源和指示灯作为指示灯的通断电开关。专利摘要本实用新型是一种自动灌溉装置，由负压式土壤湿度计构成，其特征在于电磁开关带电电磁线圈两端头分别置入负压式土壤湿度计的水银U形管内，U形管左管电磁线圈端头与水银保持接触，U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度65％-75％时水银面对应当位置，电磁开关连接电源和水泵作为水泵的通断电开关U形管右管电磁线圈端头设置在土壤湿度60％时水银面对应当位置。本实用新型结构简单，制造成本低，而且能够达到自动灌溉的目的，一种廉价实用的适合中国农业现状的自动灌溉装置。文档编号A01G25/16GK201072944SQ200720090公开日2008年6月18日申请日期2007年4月24日优先权日2007年4月24日发明者王耀行申请人:河南农业大学