一种颗粒介质含水量测量装置

1.本实用新型涉及机械技术领域，尤其是涉及一种颗粒介质含水量测量装置。


背景技术：

2.土壤含水率的测量方法主要可以分为传统方法和现代方法两类。传统测量方法主要利用物理或化学的方法将水分从土壤样本中分离，测算处理前后的土壤重量之差从而得出土壤的水分含量。现代测量方法主要是借助试验仪器，利用土壤中水分的电化学特性测定土壤含水率。现代测量土壤含水率的方法主要通过时域反射仪(tdr)或频域反射仪(fdr)测量出电磁波或电磁脉冲在土壤中传播频率的变化，并依据经验公式或者相关量之间的关系来进一步测定土壤含水率。现代测量方法的普遍优势在于测量误差较小、适用范围广、测量数据速度快、连续性强、自动化程度较高。但其受外部因素的影响较为明显，不利于得出准确的试验数据。而且测量设备主要来源于进口，成本高，限制了现代测量方法的推广。
3.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种颗粒介质含水量测量装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供了一种颗粒介质含水量测量装置，本装置基于摩擦起电的颗粒介质含水率测量原理，利用金属探针贯入颗粒介质过程中摩擦起电与颗粒含水率有关这一特性，将实现在较低成本下对土壤含水率的快速、便捷测量。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种颗粒介质含水量测量装置，包括金属探针与法拉第杯，所述金属探针活动设置于法拉第杯的上方，且所述金属探针与法拉第杯之间相对运动；所述法拉第杯由两个同轴的不锈钢圆筒构成，且所述两个不锈钢圆筒之间间隔设置；所述两个不锈钢圆筒上分别各连接一根电线，且所述两根电线分别与静电计的正负表笔相互连接；所述法拉第杯的顶部设置有烧杯。利用法拉第杯测电法，它的突出优势是能在简单便捷的操作方式下将带电物体的整体带电情况直接测量出来。
7.进一步的，本装置包括两个支架，两个所述支架之间通过丝杠连接，且所述丝杠的其中一端与支架之间设置有丝杠电机；所述丝杠上套设有直线往复电机，且所述金属探针设置于直线往复电机的底部。丝杠在丝杠电机的转动下，带动套设于丝杠上的直线往复电机在丝杠上移动，再利用直线往复电机的上下运动从而实现了金属探针在y轴与x轴上的位置调节，使得金属探针准确的进入法拉第杯内部进行测量，
8.进一步的，两个所述支架之间设置有底板，且所述底板上设置有相互平行的若干对活动的滑块；所述滑块顶部设置有滑板，且所述法拉第杯设置于滑板顶部。滑板带动法拉第杯在两个支架支架z轴上运动，能够更准确的将金属探针延伸在法拉第杯内部，从而实现对法拉第杯内部截至的带电测量。
9.进一步的，所述底板上设置有齿条，且所述齿条上啮合有齿轮；所述齿轮的轴心于滑板驱动电机的输出端连接，且所述滑板驱动电机设置与滑板的顶部；所述滑板驱动电机
的输出端穿设于滑板上。通过齿轮在齿条上的转动，从而实现滑板在底板上的运动，此时的齿条不仅起到导向的作用，还能起到移动齿轮的作用。
10.进一步的，所述滑板上设置有杯托，且所述法拉第杯设置于杯托上；所述杯托与法拉第杯之间转动设置有蜗轮，且所述蜗轮上啮合有蜗杆；所述蜗杆的一端设置有蜗杆驱动电机。杯托在蜗杆驱动电机带动蜗杆转动的过程中，带动蜗轮转动，从而将法拉第杯在滑板上进行小范围的位置移动，是的金属探针在进入法拉第杯时位置更精确。
11.进一步的，所述杯托由绝缘材料制成。该绝缘材料能够防止法拉第杯上电量的外泄，不仅对使用者有安全隐患，同时还会影响测量结果的准确性。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.本装置是利用摩擦起电的颗粒介质进行含水率测量，设计出的独立部件，利用探针贯入设置于法拉第杯内部的颗粒介质过程中摩擦起电与颗粒含水率有关这一特性，实现对土壤含水率的快速、便捷测量，从而达到研究目的；
14.同时，在实验方法上进行创新，利用滑板在底座上移动，金属探针在支架上移动的方式，实现了法拉第杯、烧杯和金属探针独立移动的试验台；采用控制变量法，探究不同因素对土壤含水率的影响；优化了传统的探针法。
附图说明
15.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
16.在附图中：
17.图1是本实用新型中的结构示意图；
18.图2是本实用新型中的左视图；
19.图3是本实用新型中的滑板装配示意图。
20.图中：1、支架；2、丝杠；3、直线往复电机；4、金属探针；5、丝杠电机；6、底板；7、蜗杆驱动电机；8、蜗杆；9、滑板驱动电机；10、齿轮；11、法拉第杯；12、杯托；13、滑块；14、齿条；15、烧杯；16、蜗轮；17、滑板。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.本实用新型提供以下技术方案:
23.如图所示，
24.一种颗粒介质含水量测量装置，包括金属探针4与法拉第杯11，所述金属探针4活动设置于法拉第杯11的上方，且所述金属探针4与法拉第杯11之间相对运动；所述法拉第杯11由两个同轴的不锈钢圆筒构成，且所述两个不锈钢圆筒之间间隔设置；所述两个不锈钢圆筒上分别各连接一根电线，且所述两根电线分别与静电计的正负表笔相互连接；所述法拉第杯11的顶部设置有烧杯15。
25.进一步的，本装置包括两个支架1，两个所述支架1之间通过丝杠2连接，且所述丝杠2的其中一端与支架1之间设置有丝杠2电机；所述丝杠2上套设有直线往复电机3，且所述金属探针4设置于直线往复电机3的底部。
26.进一步的，两个所述支架1之间设置有底板6，且所述底板6上设置有相互平行的若干对活动的滑块13；所述滑块13顶部设置有滑板17，且所述法拉第杯11设置于滑板17顶部。
27.进一步的，所述底板6上设置有齿条14，且所述齿条14上啮合有齿轮10；所述齿轮10的轴心于滑板驱动电机9的输出端连接，且所述滑板驱动电机9设置与滑板17的顶部；所述滑板驱动电机9的输出端穿设于滑板17上。
28.进一步的，所述滑板17上设置有杯托12，且所述法拉第杯11设置于杯托12上；所述杯托12与法拉第杯11之间转动设置有蜗轮16，且所述蜗轮16上啮合有蜗杆8；所述蜗杆8的一端设置有蜗杆驱动电机7。
29.进一步的，所述杯托12由绝缘材料制成。
30.根据上述的结构，具体的工作原理如下：
31.将法拉第杯内外两个圆筒上各连接一根电线与keithley 6517b静电计正负表笔相连。滑轨驱动电机负责调整滑板上的烧杯在滑板上到正确的位置，由蜗杆驱动电机使烧杯转动，丝杠电机驱动金属探针在横向上移动，两者共同控制金属探针在竖直方向上的定位。在精确定位后直线电机驱动金属探针往复贯入颗粒介质摩擦起电。在金属探针升起过程中经过法拉第杯，由静电感应产生电势差，使keithley 6517b静电计测量得到摩擦起电产生的电荷量。在经过多次不同位置摩擦产生的电荷量后取得平均值和含水率与静电之间的关系从而直接得到颗粒含水率。
32.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种颗粒介质含水量测量装置，其特征在于：包括金属探针(4)与法拉第杯(11)，所述金属探针(4)活动设置于法拉第杯(11)的上方，且所述金属探针(4)与法拉第杯(11)之间相对运动；所述法拉第杯(11)由两个同轴的不锈钢圆筒构成，且所述两个不锈钢圆筒之间间隔设置；所述两个不锈钢圆筒上分别各连接一根电线，且所述两根电线分别与静电计的正负表笔相互连接；所述法拉第杯(11)的顶部设置有烧杯(15)。2.根据权利要求1所述的一种颗粒介质含水量测量装置，其特征在于：本装置包括两个支架(1)，两个所述支架(1)之间通过丝杠(2)连接，且所述丝杠(2)的其中一端与支架(1)之间设置有丝杠(2)电机；所述丝杠(2)上套设有直线往复电机(3)，且所述金属探针(4)设置于直线往复电机(3)的底部。3.根据权利要求2所述的一种颗粒介质含水量测量装置，其特征在于：两个所述支架(1)之间设置有底板(6)，且所述底板(6)上设置有相互平行的若干对活动的滑块(13)；所述滑块(13)顶部设置有滑板(17)，且所述法拉第杯(11)设置于滑板(17)顶部。4.根据权利要求3所述的一种颗粒介质含水量测量装置，其特征在于：所述底板(6)上设置有齿条(14)，且所述齿条(14)上啮合有齿轮(10)；所述齿轮(10)的轴心于滑板驱动电机(9)的输出端连接，且所述滑板驱动电机(9)设置与滑板(17)的顶部；所述滑板驱动电机(9)的输出端穿设于滑板(17)上。5.根据权利要求4所述的一种颗粒介质含水量测量装置，其特征在于：所述滑板(17)上设置有杯托(12)，且所述法拉第杯(11)设置于杯托(12)上；所述杯托(12)与法拉第杯(11)之间转动设置有蜗轮(16)，且所述蜗轮(16)上啮合有蜗杆(8)；所述蜗杆(8)的一端设置有蜗杆驱动电机(7)。6.根据权利要求5所述的一种颗粒介质含水量测量装置，其特征在于：所述杯托(12)由绝缘材料制成。

技术总结
本实用新型涉及机械技术领域，尤其是涉及一种颗粒介质含水量测量装置，包括金属探针与法拉第杯，所述金属探针活动设置于法拉第杯的上方，且所述金属探针与法拉第杯之间相对运动；所述法拉第杯由两个同轴的不锈钢圆筒构成，且所述两个不锈钢圆筒之间间隔设置；所述两个不锈钢圆筒上分别各连接一根电线，且所述两根电线分别与静电计的正负表笔相互连接；所述法拉第杯的顶部设置有烧杯。本装置是利用摩擦起电的颗粒介质进行含水率测量，设计出的独立部件，利用探针贯入设置于法拉第杯内部的颗粒介质过程中摩擦起电与颗粒含水率有关这一特性，实现对土壤含水率的快速、便捷测量，从而达到研究目的。达到研究目的。达到研究目的。


技术研发人员：张宏业 刘思琪 惠昱杰 胡轩恺 王芃 王世曜
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/7/28