智能节水阀门湿敏控制元件湿感灵敏度的研究

发布时间：2017-04-10 14:13

  本文关键词：智能节水阀门湿敏控制元件湿感灵敏度的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无源自控节水灌溉技术的基本原理是利用湿敏材料吸水膨胀失水收缩的特性来指导灌溉。这种技术利用材料本身的特点而不需要外界提供能源,对这种技术的研究给农林节水灌溉技术提供了一种新的方法,对我国农林业灌溉向无源节能化方向发展具有指导意义。 本文首先选择了法国SNF保水剂、膨润土、人造雪、木材、半透膜这五大类材料实验研究其与土壤的水分交换速率,结果表明：保水剂和人造雪膨胀量大且膨胀速度快,但是埋在土壤中时收缩很慢；膨润土膨胀量小不足以推动阀芯关闭阀门；木材膨胀速度很慢且膨胀量小；半透膜的特点是强度不够,容易破损。以上材料都不适宜直接作为控制元件。 接下来研究与空气接触面积对湿敏材料湿感灵敏度的影响,实验发现：湿敏材料在土壤含水率下降到15%时,入十深度35mm、50mm、65mm的三组阀门其含水率相比最高点分别下降了：33.19%,17.17%,6.61%.膨胀高度相比最高点下降百分比83.73%,48.99%,29.34%.收缩高度远远大于打开阀门所需要的5mm的收缩高度。 实验确定了阀门的控制元件外层铁丝网目数为180目,控制元件中砂石直径定为1-2mm,混合物的比例定为1：1,材料最小总体积为0.9m1.通过方差分析和回归分析得到阀门在土壤中实地实验时,控制元件的总体积、阀门插入土壤的深度和不同渗水性能的土壤三种实验因素对阀门打开和关闭时的土壤含水率的影响,得到如下结论： 材料体积越大,阀门打开和关闭时土壤含水率越低,材料体积越小,关闭时土壤含水率越高,阀门打开和关闭时土壤含水率越高。材料体积大于2.5ml时,其土壤含水率均值就可能低于15%,不利于植物正常生长。而体积小于1.5ml,其均值过高,不利于实现节水的功能。 入土深度的不同水平只对阀门打开时的土壤含水率有极显著影响,且影响程度大于其它两个因素。入土深度越大,阀门打开时土壤含水率越低。入土深度30mm时,打开时土壤含水率过高,均值为20.028%,不利于实现节水灌溉,入土深度50mm,打开时土壤含水率均值只有13.218%,小于临界值15%,影响植物正常生长,因此40mm是一个普遍适用的入土深度。 土壤的渗水性能越好,阀门打开时土壤含水率越低,反之则越高,因此应根据不同的土壤类别,结合线性回归方程,合理选择材料体积和入土深度的组合。
【关键词】：水分交换速率 湿敏材料 节水阀门
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S274;TH134
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 引言10-16
• 1.1. 研究智能节水阀门的意义10
• 1.2. 国内外节水灌溉技术研究现状10-13
• 1.2.1. 世界发达国家节水灌溉研究现状10-12
• 1.2.2. 我国节水灌溉研究现状12-13
• 1.3. 智能节水阀门研究现状13-14
• 1.3.1. 智能节水阀门工作原理13-14
• 1.3.2. 智能节水阀门研究进展和存在问题14
• 1.4. 本研究的主要内容14-16
• 1.4.1. 目的和意义14
• 1.4.2. 研究的内容和方法14-16
• 2. 湿敏控制元件与土壤水分交换的实验研究16-42
• 2.1. 实验目的16
• 2.2. 实验材料16
• 2.3. 实验仪器16-18
• 2.3.1. 透明模拟阀门16
• 2.3.2. 差动变压器式位移传感器16-17
• 2.3.3. 数据采集卡17
• 2.3.4. 土壤水分传感器17-18
• 2.4. 实验方法18-41
• 2.4.1. SNF保水剂18-27
• 2.4.2. 膨润土27-30
• 2.4.3. 保水剂与膨润土混合30-31
• 2.4.4. 人造雪31-32
• 2.4.5. 木材32-34
• 2.4.6. 半透膜34-37
• 2.4.7. 保水剂与空气接触的实验37-41
• 本章小结41-42
• 3. 湿敏控制元件成分的确定42-50
• 3.1. 控制元件外层纱网目数的确定42-43
• 3.2. 阀门控制元件成分的确定43-49
• 3.2.1. 砂石直径的选择44-46
• 3.2.2. 混合物的体积和比例的确定46-49
• 3.3. 本章小结49-50
• 4. 土壤中的灌溉试验及数据分析50-68
• 4.1. 实验目的50
• 4.2. 实验器材50-51
• 4.3. 实验因素及水平51
• 4.4. 实验安排及步骤51-52
• 4.5. 实验结果52-53
• 4.6. 阀门关闭时土壤含水率的方差分析与讨论53-56
• 4.6.1. 阀门关闭时土壤含水率影响因素主次顺序53-54
• 4.6.2. 阀门关闭时土壤含水率影响因素显著性分析54
• 4.6.3. 阀门关闭时土壤含水率均值描述54
• 4.6.4. 因素主效应及交互作用对阀门关闭时土壤含水率均值影响分析54-56
• 4.6.4.1. 阀门关闭时土壤含水率在材料体积的不同水平上的均值描述54-55
• 4.6.4.2. 阀门关闭时土壤含水率均值差异性分析55-56
• 4.6.4.3. 各因素对阀门关闭时土壤含水率均值影响分析结论56
• 4.7. 阀门打开时土壤含水率的方差分析与讨论56-61
• 4.7.1. 阀门打开时土壤含水率影响因素主次顺序56-57
• 4.7.2. 阀门打开时土壤含水率影响因素显著性分析57
• 4.7.3. 阀门打开时土壤含水率均值描述57
• 4.7.4. 因素主效应及交互作用对阀门打开时土壤含水率均值影响分析57-61
• 4.7.4.1. 阀门打开时土壤含水率在不同因素的不同水平上的均值描述57-58
• 4.7.4.2. 阀门打开时土壤含水率均值差异性分析58-60
• 4.7.4.3. 各因素对阀门关闭时土壤含水率均值影响分析结论60-61
• 4.8. 阀门打开时土壤含水率的回归分析61-65
• 4.8.1. 砂土条件下线性回归分析61-62
• 4.8.2. 壤土条件下线性回归分析62-63
• 4.8.3. 粘土条件下线性回归分析63-65
• 4.9. 本章小结65-68
• 5. 总结和建议68-70
• 5.1. 总结68
• 5.2. 建议68-70
• 附录70-86
• 参考文献86-88
• 个人简介88-90
• 导师简介90-92
• 获得成果目录92-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：296878