電阻型土壤水分傳感器的製作工藝的製作方法
2023-06-01 11:13:56 2
本發明涉及土壤檢測儀器，尤其涉及一種電阻型土壤水分傳感器的製作工藝。
背景技術：
電阻型土壤水分傳感器是一種常用的土壤墒情檢測裝置，其通過電阻塊的含水率與電阻之間的對應關係，來判斷土壤的含水量，具有較高的測定精度和穩定性，且易於標定，成本低。但其仍存在一些問題，比如，其土壤水吸力測定範圍較小，當土壤含水量較大時，可以實現相對精確的測量，但當土壤含水量較小時，則測量精度會下降。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發明提供了一種測量範圍寬、測量精度高的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝。
本發明提供的技術方案為：
一種電阻型土壤水分傳感器的製作工藝，包括：
步驟一、將二氧化矽一級顆粒、二氧化矽二級顆粒、二氧化矽三級顆粒以及石膏粉按質量比12:55:7:2混合均勻，得到顆粒混合物，其中，所述二氧化矽一級顆粒的粒徑為1～1.5mm，所述二氧化矽二級顆粒的粒徑為0.3～0.7mm，所述二氧化矽三級顆粒的粒徑為50～80μm，所述石膏粉的粒徑為80～100μm；
步驟二、向顆粒混合物中加入聚丙烯醯胺溶液，且顆粒混合物和聚丙烯醯胺的質量比為1500:1，製成填充料，聚丙烯醯胺溶液的質量濃度為0.001％；
步驟三、利用陶土製作外殼，所述外殼呈內部中空的管狀，且所述外殼的上端開口，下端呈半球形；
步驟四、將填充料填充至所述外殼內，並再次向填充料中滴加聚丙烯醯胺溶液0.1mL，將填充有填充料的外殼置於一振蕩設備中進行振蕩，振蕩頻率為30～40次/min，振蕩時間為10～15min，從而製成電阻塊；振蕩結束後，再向所述填充料插入一對電極，每個電極的一端插入至所述電阻塊內，另一端延伸至所述外殼之外，用封板密封所述開口。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝，還包括：
步驟五、將一對信號線分別焊接至一對電極上。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述步驟四中，振蕩結束後，再將所述填充料插入一對電極，每個電極的一端插入至所述電阻塊內，另一端延伸至所述外殼之外，之後再次振蕩，振蕩頻率為10～15次/min，振蕩時間為5～8min，之後再用封板密封所述開口。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述封板為由環氧樹脂製成。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述步驟三中，利用陶土製作外殼的具體過程包括：先提供一個模具，所述模具呈柱狀，且所述模具的外表面具有若干均勻分布的凹坑，將陶土和水混合製成陶土泥，將陶土泥塗覆在所述模具外表面，形成陶土坯，進行燒制，最後脫模，製成內表面具有若干均勻分布的凸起的外殼。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述步驟三中，在將所述陶土泥塗覆在所述模具外表面時，還在陶土坯的外表面製作若干環形翅片，所述若干環形翅片相對於所述模具的軸線均勻分布。
本發明所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝合理配製不同粒徑的二氧化矽顆粒以及石膏粉的配比，並改進了電阻塊的製備工藝，最終製備的電阻塊的內部結構更均勻，吸水性更好，從而擴大傳感器的測量範圍，改善了傳感器的測量精度。
附圖說明
圖1為本發明所述的電阻型土壤水分傳感器的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
如圖1所述，本發明提供一種電阻型土壤水分傳感器的製作工藝，包括：
步驟一、將二氧化矽一級顆粒、二氧化矽二級顆粒、二氧化矽三級顆粒以及石膏粉按質量比12:55:7:2混合均勻，得到顆粒混合物，其中，所述二氧化矽一級顆粒的粒徑為1～1.5mm，所述二氧化矽二級顆粒的粒徑為0.3～0.7mm，所述二氧化矽三級顆粒的粒徑為50～80μm，所述石膏粉的粒徑為80～100μm；
步驟二、向顆粒混合物中加入聚丙烯醯胺溶液，且顆粒混合物和聚丙烯醯胺的質量比為1500:1，製成填充料，聚丙烯醯胺溶液的質量濃度為0.001％；
步驟三、利用陶土製作外殼4，所述外殼呈內部中空的管狀，且所述外殼的上端開口，下端呈半球形；
步驟四、將填充料6填充至所述外殼4內，並再次向填充料中滴加聚丙烯醯胺溶液0.1mL，將填充有填充料的外殼置於一振蕩設備中進行振蕩，振蕩頻率為30～40次/min，振蕩時間為10～15min，從而製成電阻塊；振蕩結束後，再向所述填充料插入一對電極1，每個電極的一端插入至所述電阻塊內，另一端延伸至所述外殼之外，用封板2密封所述開口。
本發明將二氧化矽顆粒分成二氧化矽一級顆粒、二氧化矽二級顆粒以及二氧化矽三級顆粒，二氧化矽一級顆粒的粒徑為1～1.5mm，二氧化矽二級顆粒的粒徑為0.3～0.7mm，二氧化矽三級顆粒的粒徑為50～80μm，上述三者與石膏粉的質量比為12:55:7:2，而石膏粉的粒徑選定為80～100μm，基於該選擇，幾種顆粒混合在一起，其最終顆粒之間的孔隙可以控制在範圍內，從而使得電阻塊表現出較好的吸水規律，在土壤含水量較低的情況其電阻值仍然有規律地變化。另外，在將填充料填充至外殼內時，進行設定頻次的振蕩，以促使整個電阻塊內顆粒分布均勻，保證電阻值在使用時所測量的數值穩定。
經過測定，本發明所製備得到的傳感器的測試範圍可以達到3Kpa～20Mpa，其測定精度為±1Kpa，適合在多種場合使用，尤其可以滿足在土壤較為缺水的情況下使用。
在吸力平板儀上對傳感器進行標定，測得土壤水吸力-傳感器電導率關係曲線。標定曲線為電阻與土壤水吸力的對數線性關係，其相關係數R2大於0.99。通過對傳感器進行標定，在3Kpa～20Mpa範圍內，傳感器電阻與土壤水吸力的響應關係良好。而且對35個傳感器進行標定，相關係數均大於0.99。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝，還包括：步驟五、將一對信號線分別焊接至一對電極上。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述步驟四中，振蕩結束後，再將所述填充料插入一對電極，每個電極的一端插入至所述電阻塊內，另一端延伸至所述外殼之外，之後再次振蕩，振蕩頻率為10～15次/min，振蕩時間為5～8min，之後再用封板密封所述開口。
當電極插入至填充料內時，會使得填充料在電極周圍的部分出現局部地分布不均勻的情況，導致傳感器的測試精度下降，因此，在插入電極後，還進行小幅度短時間的振蕩，以改善填充料的分布情況。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述封板為由環氧樹脂製成。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述步驟三中，利用陶土製作外殼的具體過程包括：先提供一個模具，所述模具呈柱狀，且所述模具的外表面具有若干均勻分布的凹坑，將陶土和水混合製成陶土泥，將陶土泥塗覆在所述模具外表面，形成陶土坯，進行燒制，最後脫模，製成內表面具有若干均勻分布的凸起5的外殼。
經過上述過程，所製備的外殼的外表面存在均勻分布的凸起，這些凸起增加了外殼的內表面積，增加了外殼與電阻塊的接觸，使外殼可以更好地將水分傳遞至電阻塊，減少外殼與電阻塊之間的空隙，從而使得電阻塊可以更充分地吸收土壤內部的水分，傳感器的測試結果更為精確。
優選的是，所述的電阻型土壤水分傳感器的製作工藝中，所述步驟三中，在將所述陶土泥塗覆在所述模具外表面時，還在陶土坯的外表面製作若干環形翅片3，所述若干環形翅片相對於所述模具的軸線均勻分布。
進一步地，為了使還在外殼的外表面增加了翅片，翅片增加了外殼的表面積，外殼與土壤更緊密地接觸，使電阻塊更充分地吸收土壤中的水分，傳感器的測試結果更為精確。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。