电阻型土壤水分传感器的制作工艺[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106841321 A(43)申请公布日 2017.06.13

(21)申请号 201710081465.8(22)申请日 2017.02.15

(71)申请人 上海花小二科技有限公司

地址 201203 上海市自由贸易实验区芳春

路400号1幢3层(72)发明人 郑明　

(74)专利代理机构 北京远大卓悦知识产权代理

事务所(普通合伙) 11369

代理人 史霞(51)Int.Cl.

G01N 27/04(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)发明名称

电阻型土壤水分传感器的制作工艺(57)摘要

本发明公开了一种电阻型土壤水分传感器的制作工艺，包括：步骤一、将二氧化硅一级颗粒、二氧化硅二级颗粒、二氧化硅三级颗粒以及石膏粉按质量比12:55:7:2混合均匀，二氧化硅一级颗粒的粒径为1～1.5mm，二氧化硅二级颗粒的粒径为0.3～0.7mm，二氧化硅三级颗粒的粒径为50～80μm，石膏粉的粒径为80～100μm；步骤二、向颗粒混合物中加入聚丙烯酰胺溶液，制成填充料；步骤三、利用陶土制作外壳；步骤四、将填充料填充至外壳内，置于一振荡设备中进行振荡，振荡频率为30～40次/min，振荡时间为10～15min，从而制成电阻块。本发明扩大传感器的测量范围，改善了传感器的测量精度。

CN 106841321 ACN 106841321 A

权　利　要　求　书

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1.一种电阻型土壤水分传感器的制作工艺，其特征在于，包括：步骤一、将二氧化硅一级颗粒、二氧化硅二级颗粒、二氧化硅三级颗粒以及石膏粉按质量比12:55:7:2混合均匀，得到颗粒混合物，其中，所述二氧化硅一级颗粒的粒径为1～1.5mm，所述二氧化硅二级颗粒的粒径为0.3～0.7mm，所述二氧化硅三级颗粒的粒径为50～80μm，所述石膏粉的粒径为80～100μm；

步骤二、向颗粒混合物中加入聚丙烯酰胺溶液，且颗粒混合物和聚丙烯酰胺的质量比为1500:1，制成填充料，聚丙烯酰胺溶液的质量浓度为0.001％；

步骤三、利用陶土制作外壳，所述外壳呈内部中空的管状，且所述外壳的上端开口，下端呈半球形；

步骤四、将填充料填充至所述外壳内，并再次向填充料中滴加聚丙烯酰胺溶液0.1mL，将填充有填充料的外壳置于一振荡设备中进行振荡，振荡频率为30～40次/min，振荡时间为10～15min，从而制成电阻块；振荡结束后，再向所述填充料插入一对电极，每个电极的一端插入至所述电阻块内，另一端延伸至所述外壳之外，用封板密封所述开口。

2.如权利要求1所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，其特征在于，还包括：步骤五、将一对信号线分别焊接至一对电极上。

3.如权利要求1所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，其特征在于，所述步骤四中，振荡结束后，再将所述填充料插入一对电极，每个电极的一端插入至所述电阻块内，另一端延伸至所述外壳之外，之后再次振荡，振荡频率为10～15次/min，振荡时间为5～8min，之后再用封板密封所述开口。

4.如权利要求1所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，其特征在于，所述封板为由环氧树脂制成。

5.如权利要求1所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，其特征在于，所述步骤三中，利用陶土制作外壳的具体过程包括：先提供一个模具，所述模具呈柱状，且所述模具的外表面具有若干均匀分布的凹坑，将陶土和水混合制成陶土泥，将陶土泥涂覆在所述模具外表面，形成陶土坯，进行烧制，最后脱模，制成内表面具有若干均匀分布的凸起的外壳。

6.如权利要求5所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，其特征在于，所述步骤三中，在将所述陶土泥涂覆在所述模具外表面时，还在陶土坯的外表面制作若干环形翅片，所述若干环形翅片相对于所述模具的轴线均匀分布。

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电阻型土壤水分传感器的制作工艺

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技术领域[0001]本发明涉及土壤检测仪器，尤其涉及一种电阻型土壤水分传感器的制作工艺。背景技术

[0002]电阻型土壤水分传感器是一种常用的土壤墒情检测装置，其通过电阻块的含水率与电阻之间的对应关系，来判断土壤的含水量，具有较高的测定精度和稳定性，且易于标定，成本低。但其仍存在一些问题，比如，其土壤水吸力测定范围较小，当土壤含水量较大时，可以实现相对精确的测量，但当土壤含水量较小时，则测量精度会下降。发明内容[0003]针对上述技术问题，本发明提供了一种测量范围宽、测量精度高的电阻型土壤水分传感器的制作工艺。[0004]本发明提供的技术方案为：[0005]一种电阻型土壤水分传感器的制作工艺，包括：[0006]步骤一、将二氧化硅一级颗粒、二氧化硅二级颗粒、二氧化硅三级颗粒以及石膏粉按质量比12:55:7:2混合均匀，得到颗粒混合物，其中，所述二氧化硅一级颗粒的粒径为1～1.5mm，所述二氧化硅二级颗粒的粒径为0.3～0.7mm，所述二氧化硅三级颗粒的粒径为50～80μm，所述石膏粉的粒径为80～100μm；[0007]步骤二、向颗粒混合物中加入聚丙烯酰胺溶液，且颗粒混合物和聚丙烯酰胺的质量比为1500:1，制成填充料，聚丙烯酰胺溶液的质量浓度为0.001％；[0008]步骤三、利用陶土制作外壳，所述外壳呈内部中空的管状，且所述外壳的上端开口，下端呈半球形；[0009]步骤四、将填充料填充至所述外壳内，并再次向填充料中滴加聚丙烯酰胺溶液0.1mL，将填充有填充料的外壳置于一振荡设备中进行振荡，振荡频率为30～40次/min，振荡时间为10～15min，从而制成电阻块；振荡结束后，再向所述填充料插入一对电极，每个电极的一端插入至所述电阻块内，另一端延伸至所述外壳之外，用封板密封所述开口。[0010]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，还包括：[0011]步骤五、将一对信号线分别焊接至一对电极上。[0012]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述步骤四中，振荡结束后，再将所述填充料插入一对电极，每个电极的一端插入至所述电阻块内，另一端延伸至所述外壳之外，之后再次振荡，振荡频率为10～15次/min，振荡时间为5～8min，之后再用封板密封所述开口。[0013]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述封板为由环氧树脂制成。[0014]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述步骤三中，利用陶土制作外壳的具体过程包括：先提供一个模具，所述模具呈柱状，且所述模具的外表面具有若

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干均匀分布的凹坑，将陶土和水混合制成陶土泥，将陶土泥涂覆在所述模具外表面，形成陶土坯，进行烧制，最后脱模，制成内表面具有若干均匀分布的凸起的外壳。[0015]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述步骤三中，在将所述陶土泥涂覆在所述模具外表面时，还在陶土坯的外表面制作若干环形翅片，所述若干环形翅片相对于所述模具的轴线均匀分布。[0016]本发明所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺合理配制不同粒径的二氧化硅颗粒以及石膏粉的配比，并改进了电阻块的制备工艺，最终制备的电阻块的内部结构更均匀，吸水性更好，从而扩大传感器的测量范围，改善了传感器的测量精度。附图说明[0017]图1为本发明所述的电阻型土壤水分传感器的结构示意图。

具体实施方式[0018]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。[0019]如图1所述，本发明提供一种电阻型土壤水分传感器的制作工艺，包括：[0020]步骤一、将二氧化硅一级颗粒、二氧化硅二级颗粒、二氧化硅三级颗粒以及石膏粉按质量比12:55:7:2混合均匀，得到颗粒混合物，其中，所述二氧化硅一级颗粒的粒径为1～1.5mm，所述二氧化硅二级颗粒的粒径为0.3～0.7mm，所述二氧化硅三级颗粒的粒径为50～80μm，所述石膏粉的粒径为80～100μm；[0021]步骤二、向颗粒混合物中加入聚丙烯酰胺溶液，且颗粒混合物和聚丙烯酰胺的质量比为1500:1，制成填充料，聚丙烯酰胺溶液的质量浓度为0.001％；[0022]步骤三、利用陶土制作外壳4，所述外壳呈内部中空的管状，且所述外壳的上端开口，下端呈半球形；[0023]步骤四、将填充料6填充至所述外壳4内，并再次向填充料中滴加聚丙烯酰胺溶液0.1mL，将填充有填充料的外壳置于一振荡设备中进行振荡，振荡频率为30～40次/min，振荡时间为10～15min，从而制成电阻块；振荡结束后，再向所述填充料插入一对电极1，每个电极的一端插入至所述电阻块内，另一端延伸至所述外壳之外，用封板2密封所述开口。[0024]本发明将二氧化硅颗粒分成二氧化硅一级颗粒、二氧化硅二级颗粒以及二氧化硅三级颗粒，二氧化硅一级颗粒的粒径为1～1.5mm，二氧化硅二级颗粒的粒径为0.3～0.7mm，二氧化硅三级颗粒的粒径为50～80μm，上述三者与石膏粉的质量比为12:55:7:2，而石膏粉的粒径选定为80～100μm，基于该选择，几种颗粒混合在一起，其最终颗粒之间的孔隙可以控制在范围内，从而使得电阻块表现出较好的吸水规律，在土壤含水量较低的情况其电阻值仍然有规律地变化。另外，在将填充料填充至外壳内时，进行设定频次的振荡，以促使整个电阻块内颗粒分布均匀，保证电阻值在使用时所测量的数值稳定。[0025]经过测定，本发明所制备得到的传感器的测试范围可以达到3Kpa～20Mpa，其测定精度为±1Kpa，适合在多种场合使用，尤其可以满足在土壤较为缺水的情况下使用。[0026]在吸力平板仪上对传感器进行标定，测得土壤水吸力-传感器电导率关系曲线。标定曲线为电阻与土壤水吸力的对数线性关系，其相关系数R2大于0.99。通过对传感器进行

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标定，在3Kpa～20Mpa范围内，传感器电阻与土壤水吸力的响应关系良好。而且对35个传感器进行标定，相关系数均大于0.99。[0027]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺，还包括：步骤五、将一对信号线分别焊接至一对电极上。[0028]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述步骤四中，振荡结束后，再将所述填充料插入一对电极，每个电极的一端插入至所述电阻块内，另一端延伸至所述外壳之外，之后再次振荡，振荡频率为10～15次/min，振荡时间为5～8min，之后再用封板密封所述开口。[0029]当电极插入至填充料内时，会使得填充料在电极周围的部分出现局部地分布不均匀的情况，导致传感器的测试精度下降，因此，在插入电极后，还进行小幅度短时间的振荡，以改善填充料的分布情况。[0030]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述封板为由环氧树脂制成。[0031]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述步骤三中，利用陶土制作外壳的具体过程包括：先提供一个模具，所述模具呈柱状，且所述模具的外表面具有若干均匀分布的凹坑，将陶土和水混合制成陶土泥，将陶土泥涂覆在所述模具外表面，形成陶土坯，进行烧制，最后脱模，制成内表面具有若干均匀分布的凸起5的外壳。[0032]经过上述过程，所制备的外壳的外表面存在均匀分布的凸起，这些凸起增加了外壳的内表面积，增加了外壳与电阻块的接触，使外壳可以更好地将水分传递至电阻块，减少外壳与电阻块之间的空隙，从而使得电阻块可以更充分地吸收土壤内部的水分，传感器的测试结果更为精确。[0033]优选的是，所述的电阻型土壤水分传感器的制作工艺中，所述步骤三中，在将所述陶土泥涂覆在所述模具外表面时，还在陶土坯的外表面制作若干环形翅片3，所述若干环形翅片相对于所述模具的轴线均匀分布。[0034]进一步地，为了使还在外壳的外表面增加了翅片，翅片增加了外壳的表面积，外壳与土壤更紧密地接触，使电阻块更充分地吸收土壤中的水分，传感器的测试结果更为精确。[0035]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

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说　明　书　附　图

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图1

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