Wyznaczenie parametrów funkcjonalnych prototypowych sensorów potencjału matrycowego wody w glebie

1. Wyznaczenie parametrów funkcjonalnych prototypowych sensorów potencjału matrycowego wody w glebie W. Skierucha, A. Szypłowska Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN w Lublinie, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin E-Test Sp. z o.o., Stasin 90, 21-030 Motycz • Motywacjaicelpracy • Problem badawczy • Opisbadanegotensjometruglebowego • Wykonanepracebadawcze • Wnioski

2. Motywacjaicelpracy • Zapotrzebowanienataniiniezawodnyprzyrząd do pomiarustatusuwody w glebie, generowaneprzez: • środowiskonaukowe, • rolnictwo, • ogrodnictwo, • służbykomunalne. Celemprac jest określenie przydatności prototypu sensora potencjału matrycowego wody w glebie opracowanego i dostarczonego przez przedsiębiorcę, do wykorzystania w pomiarach laboratoryjnych i polowych gleb różniących się składem mechanicznym, gęstością oraz wilgotnością.

3. Problem badawczy [kPa] • R = 461,5 J/(kg K) jest stałą gazową dla pary wodnej, • T jest temperaturą w stopniach Kelvina, • p/p0 jest wilgotnością względną (tzn. stosunkiem prężności pary wodnej będącej w stanie równowagi z glebą nienasyconą do prężności nasyconej pary wodnej będącej w równowadze z czystą wodą) Woda w glebie nienasyconej utrzymywana jest poprzez adsorpcję oraz siły kapilarne, które są składnikami potencjału matrycowegoFmwody w glebie (Hillel, 2004) Efekt tekstury gleby na retencję wody w glebie. Efekt struktury gleby na retencję wody w glebie

4. Pomiar potencjału matrycowego wody w glebie Tensjometr glebowy z elektronicznym przetwornikiem ciśnienia i mechanicznym wakuometrem połączone z ceramicznym sączkiem porowatym umieszczonym w glebie (Or i Wraith, 2002)

5. Opisbadanegotensjometruglebowego Kształt i wymiary badanego tensjometru glebowego Elementyskładoweprototypowegominiaturowegotensjometruglebowego: sączek porowatyo długości 17 mm, zamocowanydo metalowej rurki, przetwornik ciśnienia umieszczonyw prostopadłościennej obudowie z poliwęglanu o szerokości 27 mm, kabel koncentryczny łączącyczujnik tensjometryczny z urządzeniem pomiarowym (miernik typu TDR/MUX/mpts opracowany wcześniej w IA PAN w Lublinie)

6. Wykonanepracebadawcze • Podstawowym narzędziem badawczym był eksperyment, mający na celu: • selekcję optymalnych sączków porowatych do wmontowania w prototypowym tensometrze glebowym, • ocenę trwałości i niezawodności zastosowanego elektronicznego przetwornika ciśnienia (transducera), • ocenę skuteczności opracowanej procedury odpowietrzania części sensorycznej prototypowego tensometru glebowego, • ocenę skuteczności zastosowanego złącza typu Luer. • Dane uzyskane z eksperymentu poddano obróbce z wykorzystaniem podstawowych narzędzi statystycznych i graficznych dostępnych w pakiecie Microsoft Excel.

7. Dobórceramikiporowatej • Zakład Inżynierii Ceramicznej (IEn Oddział Ceramiki CEREL, ul. Techniczna 1, 36-040 Boguchwała, • Wyznaczenieciśnienia wejścia powietrza (ang. airentrypressure) - opracowanie stanowiska do pomiaru ciśnienia wejścia powietrza dla prototypowych sączków porowatych o różnychtemperaturachspieku.Wartości ciśnienia wejścia powietrza wynosiły 1,15 bara (odch. std. 0,12 bara) i 1,23 bara (odch. std. 0,11 bara) odpowiednio dla temperatury wypieku 1280°C i 1310°C. Stanowisko do pomiaru ciśnienia wejścia powietrza dla prototypowych sączków porowatych

8. Dobór i testowanie szczelnego łącza typu Luer Łącze typu Luer w prototypowym tensjometrze glebowym

9. Interfejselektronicznyłączącyprototypowytensjometr do miernika TDR/MUX/mpts

10. Testowanie dynamiki oraz zakresu pomiarowego • porowatkiceramicznewypiekane w temperaturze 1280°C i 1310°C, • badanianaglebiepiaszczystej, • temperaturaotoczenianie była stabilizowana i wynosiła 20 ±5°C, • pomiary dokonywane były z okresem 10 minutowym itrwałyprzezokres ok. 1 miesiąca. Przykładowy wykres zmienności potencjału matrycowego wody z glebie piaszczystej w dwóch cyklach nawadniania i osuszania próbki

11. Testowanie dynamiki oraz zakresu pomiarowego, cd. Wartości potencjału matrycowego wody w glebie piaszczystej dla pięciu serii pomiarowych

12. Wnioskiirekomendacje Zakres pomiarowy odnoszący się do stanu nasycenia gleby wodą oraz całkowitego osuszenia wynosi od ok. -50 mbar do ok. -850 mbar. Obserwowany zakres pomiarowy w pełni zaspokaja potrzeby użytkowników. Zatem zastosowany czujnik barometryczny spełnił swoje zadanie pod względem zakresu pomiarowego. Eksperyment symulujący gwałtowny opad deszczu po długotrwałej suszy, polegający na gwałtownej zmianie potencjału matrycowe poprzez szybkie nasycenie badanej gleby wykazuje, że dla ceramiki porowatej wypiekanej w temperaturze 1310°C, czas potrzebny na jej nasycenie wynosił ok. 60 minut. Po kilku cyklach napełniania czujnika wodą destylowaną i jego odpowietrzenie zaobserwowano uszkodzenie czujnika. Prawdopodobną przyczyną jest rozpuszczenie przez wodę warstwy zabezpieczającej membranę czujnika. Zatem zastosowany czujnik może wymagać wymiany na inny, który będzie wytrzymały na substancje rozpuszczone w wodzie (rozpuszczone sole). Procedura napełniania elementów czujnika wodą destylowaną oraz odpowietrzania czujnika są łatwe do wykonania i nie powinny sprawić trudności potencjalnym użytkownikom. Opracowana poliwęglanowa obudowa prototypowego czujnika oraz zastosowane łącze typu Luer w sposób istotny zmniejszą koszty produkcji czujnika, nie powinny wpłynąć negatywnie na jego niezawodność oraz znacznie poprawią funkcjonalność i prostotę obsługi czujnika. Zaleca się zastosowanie nowego czujnika ciśnienia, którego część sensoryczna nie ulegnie uszkodzeniu podczas kontaktu z wodą zawierającą rozpuszczone sole (woda w glebie)oraz jest odpornamechanicznie.

13. Pracewykonanow ramach projektu systemowego „Wsparcie Regionalnej Sieci Współpracy” ProgramuOperacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013, Priorytet VIII -Regionalne kadry gospodarki, Działanie 8.2 - Transfer wiedzy, Poddziałanie 8.2.2 - Regionalne strategieinnowacji.