专利名称：电容式土壤湿度测定仪(2)的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种电容式土壤湿度测定仪，属于田间土壤湿度测定仪器的设计制造技术领域。
在测定土壤湿度方法中，最经典的烘干法虽然测定准确，但采样、烘干费时、费事，不适用于田间土壤湿度的直接测量，特别是原态-原位测定。
田间土壤湿度的直接测定包括有电导法(石膏电极法)、热传导法(电热法)、微波法、负压计法、中子法测定。其不足之处在于负压计法仅能测定土壤毛细管段的含水。由于土壤电导不仅与土壤湿度有关，而且与离子浓度和种类有关，因此电导法用于农田土壤湿度测定时受施肥和灌溉水水质的影响较大，其测定准确度较低。电热法、微波法在操作方法、重现性、探测深度等方面也存在一定的局限性。中子法测定范围宽，精度高，但由于售价高，在储藏、搬运和使用中需进行核辐射防护，适用面较窄。同时中子法测定受土壤有机质含量的影响，不适用于耕层土壤的湿度测定。
本实用新型的目的在于弥补上述现有技术的不足而提供一种插入式探头，以吸湿介质材料作为电容介质形成电容体结构的电容式土壤湿度测定仪。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到由测量探头、传输电缆和测量主机电路构成的电容式土壤湿度测定仪，测量探头顶端是金属引锥，探头杆下部连接一个由多孔金属管与其中心的绝缘金属棒及其之间的吸湿介质组成的传感器电容体，多孔金属管和绝缘金属棒的电极引线均由探头杆的内腔引出探头与测量主机电路连接。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到测量主机电路包括由正弦波信号发生器、集成运算放大器组成的电容测量电路、传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿电路、温度补偿电路、整流滤波电路；主机电路中由集成运算放大器A3和以Cx作为传感器的被测电容以及决定测量范围的定标电容Cn构成电容测量电路，电阻R6保持A3有稳定工作状态的反馈直流通道；主机电路中由集成运算放大器A2与电容Cp和调节电位器Rw构成传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿电路；主机电路中由集成运算放大器A4与电阻Rt构成温度补偿电路；主机电路中由集成运算放大器A5与二极管D1、D2和电阻R13、电容C3构成整流滤波电路；吸湿介质是玻璃棉。
图1为测量探头结构图图2为测量探头电容体结构放大剖面图图3为测量主机电路结构图本实用新型下面将结合附图作进一步说明如图1和图2所示测量探头杆(6)顶端是金属引锥(1)，探头杆(6)下部连接一个由多孔金属管(2)与绝缘金属棒(3)及其之间的吸湿介质(4)组成的传感器电容体Cx，多孔金属管(2)与绝缘金属棒(3)的电极引线(5)均为单屏蔽线，由探头杆(6)管内引出到探头端的接线金(7)，最后装配时焊接在接线盒(7)的测量电缆连接插座(8)上，使探头与主机电路连接。引锥和多孔金属管用不锈钢制作；绝缘金属棒用铜材料制作；探头杆用尼龙材料或其他抗老化、绝缘好、具有一定机械强度的塑料材料车制或注塑成型。引锥能增强探头入土的压强，使其容易插入土中；探头杆的长度决定探头的最大入土深度。
如图3所示测量主机电路包括由正弦波信号发生器G，集成运算放大器A1-A5组成的电容测量电路、传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿电路、温变补偿电路、整流滤波电路，均装在主机壳内。集成运算放大器A1为跟随器，C1为隔直电容，其作用是消除信号发生器所产生的直流分量对测量的影响。由集成运算放大器A2与电容Cp和电位器Rw构成传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿电路，集成运算放大器A2将集成运算放大器A1输出的正弦波信号反相，电容Cp为传感器起始电容和传输电缆线间电容的补偿电容，调节电位器Rw就可以达到传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿的目的，使集成运算放大器A3的输出值仅是传感器测量电容Cx因土壤湿度变化而产生的电容变化值。由集成运算放大器A3和以Cx作为传感器的被测电容以及决定测量范围的定标电容Cn构成电容测量电路，电阻R6保持A3有一稳定工作状态的反馈直流通道。由集成运算放大器A4与电阻Rt构成温度补偿电路。热敏电阻Rt的阻值随被测土壤温度的变化而变化，调节集成运算放大器A4的闭环放大倍数，从而补偿土壤温度对传感器测量电容Cx的影响。由集成运算放大器A5与二极管D1、D2和电阻R13、电容C3构成整流滤波电路，将测量输出的交流信号变成直流信号U。提供给显示器，电容C2为隔直电容，避免集成运算放大器A3、A4电路产生的直流分量对集成运算放大器A5的影响。
集成运算放大器A1-A4为宽带高输入阻抗运算放大器，A5为宽带低漂移运算放大器。对以干电池供电的便携式仪器，集成运算放大器A1-A5应为宽带低功放运算放大器。电容Cn、Cp为低温度系数精密电容，电阻Rt为正温度系数热敏电阻，电容C3为电解电容，二极管D1、D2为检波二极管。电路中的电阻为金属膜电阻。
电容式土壤湿度测定仪，探头下部采用多孔金属管(2)与其中心的绝缘金属棒(3)之间的吸湿快、解吸也快的介质材料(4)作为电容介质形成的传感器电容体Cx结构，插入土壤中的非毛细管含水段，当土壤湿度变化时，作为探头传感器电容Cx的电容值出现明显变化，利用这一特性，在测得土壤湿度与电容体电容值变化的相关系数后就可通过测定其电容值来确定土壤的湿度，其测量与土壤的松紧度无关。
本实用新型具有如下优点1、测定土壤非毛细管段含水量具有极好的效果，并能与负压计测量范围相衔接。2、土壤含盐量对测定影响很小。3、探头为插入式结构，引锥增强了探头入土的压强，使其容易插入土中，可对不同深度的土壤实施原态-原位测定。
权利要求1.一种由测量探头、传输电缆和测量主机电路构成的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于测量探头顶端是金属引锥(1)，探头杆(6)下部连接一个由多孔金属管(2)与绝缘金属棒(3)及其之间的吸湿介质(4)组成的传感器电容体Cx，多孔金属管(2)和绝缘金属棒(3)的电极引线(5)均由探头杆(6)的内腔引出探头与测量主机电路连接。
2.如权利要求1所述的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于测量主机电路包括由正弦波信号发生器、集成运算放大器A1-A5组成的电容测量电路、传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿电路、温度补偿电路、整流滤波电路。
3.如权利要求1或2所述的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于主机电路中由集成运算放大器A3和以Cx作为传感器的被测电容以及决定测量范围的定标电容Cn构成电容测量电路，电阻R6保持A3有一定工作状态的反馈直流通道。
4.如权利要求1或2所述的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于主机电路中由集成运算放大器A2与电容Cp和调节电位器Rw构成传感器起始电容和传输电缆线间电容补偿电路。
5.如权利要求1或2所述的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于主机电路中由集成运算放大器A4与电阻Rt构成温度补偿电路。
6.如权利要求1或2所述的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于主机电路中由集成运算放大器A5与二极管D1、D2和电阻R13、电容C3构成整流滤波电路。
7.如权利要求1所述的电容式土壤湿度测定仪，其特征在于吸湿介质(4)是玻璃棉。
专利摘要电容式土壤湿度测定仪,属于对土壤湿度测定仪器的改进。其特征是测量探头顶端是金属引锥(1),探头杆(6)下部连接一个由多孔金属管(2)与其中心的绝缘金属棒(3)之间的吸湿介质(4)组成的传感器电容体,多孔金属管(2)与绝缘金属棒(3)的电极引线(5)均由探头杆(6)的内腔引出探头与测量主机电路连接。仪器能对不同深度的土壤能实施原态－原位测定。
文档编号G01N27/22GK2396398SQ9923256
公开日2000年9月13日 申请日期1999年9月8日 优先权日1999年9月8日
发明者蒋明富 申请人:中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所