太阳能自动灌溉控制器干湿探头抗钝化技术研究

【摘要】： 在当前水资源日益短缺情况下,推广节水灌溉已成为世界各国为缓解水资源危机和实现农业现代化的必然选择。要改变传统的灌溉方式,推行现代精准农业,没有稳定、可靠的土壤干湿探头就无法保证智能化节水灌溉的实施。然而,由于土壤干湿探头长期工作在耕作层土壤中,很易发生腐蚀和钝化,从而引起土壤湿度探测的失灵,进而导致过灌而浪费水资源或缺灌而旱坏农作物和植物。 本文对太阳能自动节水灌溉控制器土壤干湿探头抗钝化技术进行理论和实验研究,研发了石墨胶凝材料的抗钝化探头。采用了压力实验、化学实验、电化学实验、直流探针压降法和扫描电镜等方法和手段,对探头的形状和表面微结构及其设计与制造方法进行了深入的研究,对不同环境和使用条件的土壤干湿探头的导电性能、力学性能、耐腐蚀性能和抗钝化性能进行了对比分析。研究结果表明: (1)电阻值变化与接触面积并不呈线性关系,在接触面积较小时,探头两端电阻值随接触面积的增大而迅速减小,当接触面积增加到一定程度时,探头两端电阻值随着接触面积增大而减小的速率变慢,但探头和土壤之间的接触面积与探头两端电阻值并没有必然的联系。如内“W”形探头插入深度为3mm时与矩形探头插入深度为15mm时相比,不但接触面积较小而且其检测到的电阻值也比较小。 (2)土壤在由湿变干的过程中,有轻微收缩,致使探头与土壤接触由紧变松,导致测量值与实际值发生偏差,土壤越干,偏差越大。合理的形状和表面微结构设计能有效减小这种偏差,其中内“W”型土壤干湿探头和表面微齿结构土壤干湿探头效果最为明显。 (3)在酸、碱、盐环境下进行测试,石墨胶凝材料探头都能保持良好的导电性能,稳定性和可靠性明显高于金属探头。酸性和盐分含量高的环境对石墨胶凝材料探头有一定的侵蚀作用,其中盐含量高的工作环境对石墨胶凝材料探头的腐蚀性最大,但都不影响使用效果,也未见发生钝化,而碱性环境下对石墨胶凝材料探头的基本没有影响。 (4)土壤干湿探头插入土壤后,其两端电阻值在初期阶段并不是很快稳定下来的,而是呈现出不断增大的变化规律。其中金属探头初值很小,其两端电阻值迅速增大,相比而言,石墨胶凝材料探头所测电阻值较稳定,其增速并不明显。 (5)用SEM对四个在相同环境下使用了不同时间的铜镀镍探头横截面进行拍照分析可知,随时间越久,钝化膜层越厚,但膜层厚度与时间并不呈线性关系,膜层生长速度随着时间的增长而减小。 【关键词】：太阳能 自动灌溉 土壤干湿探头 抗钝化性能
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S277.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题的来源11
• 1.2 课题的提出11-12
• 1.3 相关技术研究现状12-18
• 1.3.1 节水灌溉装备技术的研究现状12-13
• 1.3.2 太阳能在节水灌溉方面的利用的研究现状13-14
• 1.3.3 节水灌溉技术的研究现状14-15
• 1.3.4 防腐蚀抗钝化的研究现状15-18
• 1.4 研究的意义与内容18-21
• 1.4.1 研究意义18-19
• 1.4.2 研究内容19-21
• 第二章 干湿探头腐蚀钝化理论分析21-33
• 2.1 金属干湿探头的腐蚀理论分析21-26
• 2.1.1 金属干湿探头的化学腐蚀原理22-23
• 2.1.2 金属干湿探头的电化学腐蚀原理23-26
• 2.2 金属干湿探头的钝化理论分析26-31
• 2.2.1 金属干湿探头的阳极钝化27
• 2.2.2 金属干湿探头的化学钝化27-29
• 2.2.3 金属干湿探头的钝化机理29-31
• 2.3 胶凝材料以及石墨的腐蚀分析31-32
• 2.3.1 胶凝材料腐蚀分析31-32
• 2.3.2 石墨腐蚀分析32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 干湿探头防腐抗钝化材料的研究33-43
• 3.1 干湿探头防腐抗钝化材料的技术要求33-38
• 3.1.1 探头在土壤中的腐蚀情况分析33-37
• 3.1.2 探头钝化情况分析37-38
• 3.2 抗钝化材料制备38-42
• 3.2.1 抗钝化材料配方38-40
• 3.2.2 抗钝化材料的制备工艺40-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 防腐抗钝化干湿探头结构与形状的研究43-54
• 4.1 干湿探头的形状研究44-51
• 4.1.1 矩形干湿探头的研究44-45
• 4.1.2 圆柱型干湿探头的研究45-47
• 4.1.3 “V”型干湿探头的研究47-48
• 4.1.4 内“W”型干湿探头的研究48-50
• 4.1.5 工字型干湿探头的研究50-51
• 4.2 干湿探头表面微结构的研究51-53
• 4.2.1 表面微结构的制备51-52
• 4.2.2 表面微结构的性能分析52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 太阳能灌溉控制器干湿探头实验与分析54-88
• 5.1 石墨胶凝材料机械性能实验55-58
• 5.2 石墨胶凝材料导电性能测试58-62
• 5.3 探头材料腐蚀及钝化实验62-72
• 5.3.1 探头材料在酸液中试验62-65
• 5.3.2 探头材料在碱液中试验65-67
• 5.3.3 探头材料在盐液中试验67-72
• 5.4 探头在土壤中测试72-78
• 5.4.1 初期稳定性测试72-74
• 5.4.2 探头形状与导电性的关系分析74-76
• 5.4.3 微结构对导电性的影响分析76-78
• 5.5 探头表面测试分析78-84
• 5.6 太阳能自动灌溉控制器干湿探头抗钝化技术的工程实例84-87
• 5.7 本章小结87-88
• 第六章 结论与展望88-91
• 6.1 结论88-89
• 6.2 主要创新点89
• 6.3 工作展望89-91
• 参考文献91-97
• 攻读硕士学位期间取得的成果97-98
• 致谢98-99
• 附录199-101
• 附录2101-104

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