pobierz

Report
Wyznaczenie parametrów
funkcjonalnych prototypowych sensorów
potencjału matrycowego wody w glebie
W. Skierucha, A. Szypłowska
Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN w Lublinie,
ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin
E-Test Sp. z o.o., Stasin 90, 21-030 Motycz





Motywacja i cel pracy
Problem badawczy
Opis badanego tensjometru glebowego
Wykonane prace badawcze
Wnioski
Motywacja i cel pracy
Zapotrzebowanie na tani i niezawodny przyrząd do pomiaru statusu wody w glebie,
generowane przez:
• środowisko naukowe,
• rolnictwo,
• ogrodnictwo,
• służby komunalne.
Celem prac jest określenie przydatności prototypu sensora potencjału matrycowego
wody w glebie opracowanego i dostarczonego przez przedsiębiorcę, do wykorzystania
w pomiarach laboratoryjnych i polowych gleb różniących się składem mechanicznym,
gęstością oraz wilgotnością.
Problem badawczy
 = ln

0
[kPa]
₋ R = 461,5 J/(kg K) jest stałą gazową dla pary wodnej,
₋ T jest temperaturą w stopniach Kelvina,
₋ p/p0 jest wilgotnością względną (tzn. stosunkiem
prężności pary wodnej będącej w stanie równowagi
z glebą nienasyconą do prężności nasyconej pary
wodnej będącej w równowadze z czystą wodą)
Woda w glebie nienasyconej
utrzymywana jest poprzez
adsorpcję oraz siły kapilarne,
które
są
składnikami
potencjału matrycowego Fm
wody w glebie (Hillel, 2004)
Efekt tekstury gleby na
retencję wody w glebie.
Efekt struktury gleby na
retencję wody w glebie
Pomiar potencjału matrycowego wody w glebie
Tensjometr glebowy z elektronicznym przetwornikiem ciśnienia i mechanicznym wakuometrem
połączone z ceramicznym sączkiem porowatym umieszczonym w glebie (Or i Wraith, 2002)
Opis badanego tensjometru glebowego
Kształt i wymiary badanego tensjometru glebowego
Elementy składowe prototypowego miniaturowego tensjometru glebowego:
1) sączek porowaty o długości 17 mm, zamocowany do metalowej rurki,
2) przetwornik ciśnienia umieszczony w prostopadłościennej obudowie z poliwęglanu
o szerokości 27 mm,
3) kabel koncentryczny łączący czujnik tensjometryczny z urządzeniem pomiarowym
(miernik typu TDR/MUX/mpts opracowany wcześniej w IA PAN w Lublinie)
Wykonane prace badawcze
Podstawowym narzędziem badawczym był eksperyment, mający na celu:
 selekcję optymalnych sączków porowatych do wmontowania w
prototypowym tensometrze glebowym,
 ocenę trwałości i niezawodności zastosowanego elektronicznego
przetwornika ciśnienia (transducera),
 ocenę skuteczności opracowanej procedury odpowietrzania części
sensorycznej prototypowego tensometru glebowego,
 ocenę skuteczności zastosowanego złącza typu Luer.
Dane uzyskane z eksperymentu poddano obróbce z wykorzystaniem
podstawowych narzędzi statystycznych i graficznych dostępnych w pakiecie
Microsoft Excel.
Dobór ceramiki porowatej
 Zakład Inżynierii Ceramicznej (IEn Oddział Ceramiki CEREL, ul. Techniczna 1, 36-040 Boguchwała,
 Wyznaczenie ciśnienia wejścia powietrza (ang. air entry pressure) - opracowanie stanowiska do
pomiaru ciśnienia wejścia powietrza dla prototypowych sączków porowatych o różnych
temperaturach spieku.
Wartości ciśnienia wejścia powietrza wynosiły 1,15 bara (odch. std. 0,12 bara) i 1,23 bara (odch.
std. 0,11 bara) odpowiednio dla temperatury wypieku 1280°C i 1310°C.
Stanowisko do pomiaru ciśnienia wejścia powietrza dla
prototypowych sączków porowatych
Dobór i testowanie szczelnego łącza typu Luer
Łącze typu Luer w prototypowym tensjometrze glebowym
Interfejs elektroniczny łączący prototypowy
tensjometr do miernika TDR/MUX/mpts
Testowanie dynamiki
oraz zakresu pomiarowego




porowatki ceramiczne wypiekane w temperaturze 1280°C i 1310°C,
badania na glebie piaszczystej,
temperatura otoczenia nie była stabilizowana i wynosiła 20 ±5°C,
pomiary dokonywane były z okresem 10 minutowym i trwały przez okres ok. 1 miesiąca.
Przykładowy wykres zmienności potencjału matrycowego wody z glebie
piaszczystej w dwóch cyklach nawadniania i osuszania próbki
Testowanie dynamiki
oraz zakresu pomiarowego, cd.
Wartości potencjału matrycowego wody w glebie piaszczystej dla pięciu serii
pomiarowych
Wnioski i rekomendacje
1. Zakres pomiarowy odnoszący się do stanu nasycenia gleby wodą oraz całkowitego osuszenia
wynosi od ok. -50 mbar do ok. -850 mbar. Obserwowany zakres pomiarowy w pełni zaspokaja
potrzeby użytkowników. Zatem zastosowany czujnik barometryczny spełnił swoje zadanie pod
względem zakresu pomiarowego.
2. Eksperyment symulujący gwałtowny opad deszczu po długotrwałej suszy, polegający na
gwałtownej zmianie potencjału matrycowe poprzez szybkie nasycenie badanej gleby wykazuje,
że dla ceramiki porowatej wypiekanej w temperaturze 1310°C, czas potrzebny na jej nasycenie
wynosił ok. 60 minut.
3. Po kilku cyklach napełniania czujnika wodą destylowaną i jego odpowietrzenie zaobserwowano
uszkodzenie czujnika. Prawdopodobną przyczyną jest rozpuszczenie przez wodę warstwy
zabezpieczającej membranę czujnika. Zatem zastosowany czujnik może wymagać wymiany na
inny, który będzie wytrzymały na substancje rozpuszczone w wodzie (rozpuszczone sole).
4. Procedura napełniania elementów czujnika wodą destylowaną oraz odpowietrzania czujnika są
łatwe do wykonania i nie powinny sprawić trudności potencjalnym użytkownikom.
5. Opracowana poliwęglanowa obudowa prototypowego czujnika oraz zastosowane łącze typu
Luer w sposób istotny zmniejszą koszty produkcji czujnika, nie powinny wpłynąć negatywnie na
jego niezawodność oraz znacznie poprawią funkcjonalność i prostotę obsługi czujnika.
6. Zaleca się zastosowanie nowego czujnika ciśnienia, którego część sensoryczna nie ulegnie
uszkodzeniu podczas kontaktu z wodą zawierającą rozpuszczone sole (woda w glebie) oraz jest
odporna mechanicznie.
Prace wykonano w ramach projektu systemowego
„Wsparcie Regionalnej Sieci Współpracy”
Programu Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013,
Priorytet VIII - Regionalne kadry gospodarki,
Działanie 8.2 - Transfer wiedzy,
Poddziałanie 8.2.2 - Regionalne strategie innowacji.

similar documents