【摘要】： 水資源短缺已成為世界面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)的節(jié)水灌溉設(shè)備自動(dòng)化程度普遍偏低；國(guó)外的節(jié)水灌溉設(shè)備雖能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水平的要求，但成本都比較高。自適應(yīng)式節(jié)水閥門(mén)是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外節(jié)水灌溉設(shè)備所存在的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一種高自動(dòng)化、低成本且能實(shí)現(xiàn)無(wú)源自動(dòng)控制的設(shè)備。控制元件是自適應(yīng)式節(jié)水閥門(mén)的核心部位，對(duì)其性能進(jìn)行研究是自適應(yīng)式節(jié)水閥門(mén)研制成功的關(guān)鍵。 本文所研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下： 1．控制元件的選擇。通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，經(jīng)篩選，最終選取TERRACOTTEM保水劑、木質(zhì)纖維合成吸水劑、羧甲基纖維素鈉、木材纖維、木耳、吸水膨脹橡膠這六種具有典型性的材料作為控制元件實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象。最終選擇保水劑、木耳與木材纖維的混合物作為控制元件的最佳選擇。 2．控制元件微觀結(jié)構(gòu)的研究。將保水劑、木耳、木材纖維以一定比例混合，觀察其在土壤不同含水率時(shí)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化。隨著土壤含水率的增加，混合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨吸水膨脹材料的膨脹相互間的縫隙被填充，透水材料間的距離在吸水材料膨脹力的作用下增大，從而引起總體積的增大。 3．控制元件使用壽命的研究。反復(fù)灌溉10次以上，控制元件的性能參數(shù)均未發(fā)生變化，性能穩(wěn)定，具體的使用壽命尚未確定。 4．模擬實(shí)驗(yàn)。將以一定比例相混合的保水劑、木耳與木材纖維作為自適應(yīng)式節(jié)水閥門(mén)的控制元件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。 本研究利用特殊材料的特殊性能來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，想法新穎，為灌溉設(shè)備的進(jìn)一步研究提供了有效的思路。 本研究使節(jié)水灌溉設(shè)備實(shí)現(xiàn)了邊追蹤邊監(jiān)測(cè)邊灌溉的目標(biāo)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白。
【圖文】：

硅橡薄壁硅橡膨開(kāi)啟時(shí)關(guān)閉時(shí)圖1一 1Irristat閥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.l一 1ThestruetUraldiagr田 mofthe加statvalve②對(duì)洲stat所做的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論:康奈爾大學(xué)的R.WLanghans教授和康涅狄格大學(xué)的J.S.Koths教授在溫室內(nèi)對(duì)而stat進(jìn)行了十二年的測(cè)試，效果良好。此外，加stat還應(yīng)用于華盛頓州立大學(xué)的櫻桃園區(qū)以及美國(guó)西北部分地區(qū)和加州部分地區(qū)。在試用而stat的過(guò)程當(dāng)中，Lenard.Omstein教授運(yùn)用線形回歸法進(jìn)行分析，結(jié)果表明土壤水分蒸發(fā)量與植物用水量有很大的相關(guān)性。植物從土壤中吸收水分，并將所吸收的大部分水分通過(guò)葉子釋放到空氣中。理想情況下，人們可以通過(guò)測(cè)量水分釋放到空氣中的量來(lái)確定灌溉水量�，F(xiàn)代技術(shù)還無(wú)法測(cè)量流經(jīng)植物的總水量，但流經(jīng)植物的總水量大部分取決于空氣中水的蒸發(fā)量。實(shí)驗(yàn)中，土壤水分蒸發(fā)量是通過(guò)一種名叫 panevaP~eter的蒸發(fā)計(jì)測(cè)得的 (LanGoodwin

利用濕敏材料控制節(jié)水閥門(mén)的研究圖2一 2Irristat閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2一 2ThestrUetL甘 aldiagr別舊 ofthelrristatvalve2.2結(jié)構(gòu)設(shè)想及簡(jiǎn)圖土壤水分張力計(jì)和lrristat閥都是利用水分平衡的原理來(lái)控制灌溉。土壤水分張力計(jì)是靠真空壓力表的讀數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)土壤墑情，從而指導(dǎo)灌溉，實(shí)際上土壤水分張力計(jì)相當(dāng)于一個(gè)土壤濕度傳感器;而而stat閥則是利用特殊材料的吸水膨脹、失水收縮的性能來(lái)監(jiān)測(cè)土壤墑情和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，它兼具傳感器、自動(dòng)開(kāi)關(guān)和滴灌的功能。本設(shè)計(jì)的初衷是根據(jù)土壤水分張力計(jì)的工作原理及而stat閥的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種低成本、節(jié)能、高自動(dòng)化且適合推廣普及的節(jié)水設(shè)備。加stat閥能滿足低成本、節(jié)能、高自動(dòng)化的要求，但未能得到普及推廣，其原因有很多種，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷是其中原因之一。它的進(jìn)水口和出水口均是埋在地下的，這樣就造成使用和監(jiān)測(cè)的不便，，且而stat閥的出水口只有一個(gè)，即滴灌點(diǎn)只有一個(gè)，這樣造成植物周?chē)址植疾痪鶆�。本設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)土壤水分張力計(jì)的工作原理及加stat閥的控制原理設(shè)計(jì)出一種外形小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝和布置管網(wǎng)、滿足不同作物需水要求、成本低、節(jié)能且不需要計(jì)算機(jī)和傳感器就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的設(shè)備。設(shè)想結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2一3:卜卜一，‘一，， 日日日 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{一 一 一 一一入 入一 一一止止 止廠一一—.丁2———圖2一3自適應(yīng)式節(jié)水閥門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2一 3ThestrUeturaldiagr剮趕 oftheauto一 adaPtedwater-sa、
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：TH134

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636278