利用湿敏材料控制节水阀门的研究

发布时间：2020-04-22 06:56

【摘要】： 水资源短缺已成为世界面临的严重问题。目前，国内的节水灌溉设备自动化程度普遍偏低；国外的节水灌溉设备虽能实现自动化水平的要求，但成本都比较高。自适应式节水阀门是针对目前国内外节水灌溉设备所存在的问题而设计的一种高自动化、低成本且能实现无源自动控制的设备。控制元件是自适应式节水阀门的核心部位，对其性能进行研究是自适应式节水阀门研制成功的关键。本文所研究的主要内容和结论如下： 1．控制元件的选择。通过查阅大量文献资料，经筛选，最终选取TERRACOTTEM保水剂、木质纤维合成吸水剂、羧甲基纤维素钠、木材纤维、木耳、吸水膨胀橡胶这六种具有典型性的材料作为控制元件实验研究的对象。最终选择保水剂、木耳与木材纤维的混合物作为控制元件的最佳选择。 2．控制元件微观结构的研究。将保水剂、木耳、木材纤维以一定比例混合，观察其在土壤不同含水率时内部微观结构的变化。随着土壤含水率的增加，混合物内部结构随吸水膨胀材料的膨胀相互间的缝隙被填充，透水材料间的距离在吸水材料膨胀力的作用下增大，从而引起总体积的增大。 3．控制元件使用寿命的研究。反复灌溉10次以上，控制元件的性能参数均未发生变化，性能稳定，具体的使用寿命尚未确定。 4．模拟实验。将以一定比例相混合的保水剂、木耳与木材纤维作为自适应式节水阀门的控制元件进行模拟实验，可以实现自动灌溉。本研究利用特殊材料的特殊性能来实现自动控制，想法新颖，为灌溉设备的进一步研究提供了有效的思路。本研究使节水灌溉设备实现了边追踪边监测边灌溉的目标，填补了国内外空白。
【图文】：

结构示意图,土壤水分蒸发,总水量

硅橡薄壁硅橡膨开启时关闭时图1一 1Irristat阀结构示意图Fig.l一 1ThestruetUraldiagr田 mofthe加statvalve②对洲stat所做的实验和结论:康奈尔大学的R.WLanghans教授和康涅狄格大学的J.S.Koths教授在温室内对而stat进行了十二年的测试，效果良好。此外，加stat还应用于华盛顿州立大学的樱桃园区以及美国西北部分地区和加州部分地区。在试用而stat的过程当中，Lenard.Omstein教授运用线形回归法进行分析，结果表明土壤水分蒸发量与植物用水量有很大的相关性。植物从土壤中吸收水分，并将所吸收的大部分水分通过叶子释放到空气中。理想情况下，人们可以通过测量水分释放到空气中的量来确定灌溉水量。现代技术还无法测量流经植物的总水量，但流经植物的总水量大部分取决于空气中水的蒸发量。实验中，土壤水分蒸发量是通过一种名叫 panevaP~eter的蒸发计测得的 (LanGoodwin

土壤水分张力,自动灌溉,土壤墒情,出水口

利用湿敏材料控制节水阀门的研究图2一 2Irristat阀结构简图Fig.2一 2ThestrUetL甘 aldiagr别旧 ofthelrristatvalve2.2结构设想及简图土壤水分张力计和lrristat阀都是利用水分平衡的原理来控制灌溉。土壤水分张力计是靠真空压力表的读数来监测土壤墒情，从而指导灌溉，实际上土壤水分张力计相当于一个土壤湿度传感器;而而stat阀则是利用特殊材料的吸水膨胀、失水收缩的性能来监测土壤墒情和实现自动灌溉，它兼具传感器、自动开关和滴灌的功能。本设计的初衷是根据土壤水分张力计的工作原理及而stat阀的结构和功能特点，设计出一种低成本、节能、高自动化且适合推广普及的节水设备。加stat阀能满足低成本、节能、高自动化的要求，但未能得到普及推广，其原因有很多种，结构的设计缺陷是其中原因之一。它的进水口和出水口均是埋在地下的，这样就造成使用和监测的不便，，且而stat阀的出水口只有一个，即滴灌点只有一个，这样造成植物周围水分分布不均匀。本设计的目的是根据土壤水分张力计的工作原理及加stat阀的控制原理设计出一种外形小巧、结构简单、便于安装和布置管网、满足不同作物需水要求、成本低、节能且不需要计算机和传感器就能实现自动灌溉的设备。设想结构简图如图2一3:卜卜一，‘一，，日日日 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{一一一一一入入一一一止止止厂一一—.丁2———图2一3自适应式节水阀门结构简图Fig.2一 3ThestrUeturaldiagr剐赶 oftheauto一 adaPtedwater-sa、
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH134

【参考文献】