Zespół:

Dr inż. Mariusz Kormanek

Istota wynalazku

Zwięzłość gleby jest to cecha gleby wskazująca na stopień (siłę) związania poszczególnych cząstek glebowych ze sobą. Wartość tej siły, jest ściśle związana z oporem, jaki gleba stawia siłom zewnętrznym wywieranym na nią podczas np. jej uprawy, czy wykonywania innych prac ziemnych. Zwięzłość zależy głównie od składu granulometrycznego, struktury, układu, zawartości koloidów, wilgotności. Do pomiaru zwięzłości stosuje się różne przyrządy pomiarowe, z których bardzo znanym i popularnym jest penetrometr stożkowy. W penetrometrze mierzona jest wartość siła, z jaką gleba przeciwstawia się wciskania w nią stożka penetrometrycznego o znormalizowanych wymiarach.

Przedmiotem wynalazku jest przenośny terenowy ręczny penetrometr stożkowy z zapisem elektronicznym, służący do pomiaru zwięzłości gleby w funkcji zagłębiania stożka w badaną glebę oraz zapisu wyników pomiarów na karcie pamięci. Z literatury znane są przenośne urządzenia mierzące zwięzłość gleby, w których głębokość, na jakiej znajduje się stożek nie jest mierzona lub mierzona jest orientacyjnie, ale i urządzenia, w których jest ona określana za pomocą czujnika ultradźwiękowego. W przypadku urządzeń z czujnikiem ultradźwiękowym, w celu wykonania pomiaru na powierzchni gleby należy każdorazowo ułożyć płytę pełniącą rolę reflektora dla odbijanych fal ultradźwiękowych. Jest to uciążliwe, zwłaszcza podczas wykonywania szeregu pomiarów w terenie. Ponadto czujniki ultradźwiękowe stosowane w takich penetrometrach są nieodporne na zakłócenia, jakie może nawet nieświadomie spowodować osoba wykonująca pomiar. Innym mankamentem występującym w typowych rozwiązaniach penetrometrów jest ich nieodporność na siły boczne oraz naprężenia skręcające oddziałujące na pręt, na którym zamontowany jest stożek, podczas jego zagłębiania w ziemię, co wpływa na dokładność pomiaru siły.

W zgłoszonym do ochrony patentowej urządzeniu pomiarowym wyeliminowano przedstawione problemy, a dzięki temu uzyskano miarodajne porównywalne wyniki pomiarów.

Istota wynalazku polega na tym, że penetrometr posiada korpus, do którego przymocowana jest grubościenna tuleja. Korpus wyposażony jest w stalowe ramiona, na które naciskając powodujemy wciskanie stożka w glebę. Wewnątrz tulei osadzony jest pręt wprowadzający, za pośrednictwem łożysk liniowych, zakończony od dołu stożkiem penetrometrycznym. Nad korpusem, zamocowana jest rozłącznie obudowa z umieszczonym w niej czujnikiem tensometrycznym siły wciskania stożka penetrometrycznego w glebę. U dołu i u góry czujnika znajdują się ułożone prostopadle do jego osi pierścienie osadzenia czujnika. We wgłębieniach pierścieni umieszczone są kulki łożyskowe, przez które przekazywana jest do czujnika siłą nacisku w jego osi. Między dolną kulką łożyskową, a prętem wprowadzającym znajduje się toczne łożysko wzdłużne, niwelujące naprężenia skręcające działające na czujnik. Z boku korpusu zamocowana jest tuleja, przez którą poprowadzony jest przelotowo pręt pomiaru głębokości penetracji stożka zakończony stopą podporową. Wewnątrz tulei znajdują się toczne łożyska liniowe. Pręt pomiaru głębokości połączony jest z wymienną listwą wyposażoną w równomiernie liniowo rozmieszczone otwory. Listwa z otworami przesuwana jest wewnątrz czujnika fotooptycznego (transoptora). Czujnik fotooptyczny połączony jest z układem kształtowania impulsów, i z cyfrowym układem rejestrującym. Układ elektroniczny penetrometru znajduje się w obudowie, przymocowanej do górnej części korpusu. Składa się z dwóch podzespołów pomiarowych oraz układu rejestracji wyników pomiarów.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Urządzenie wykonane według wynalazku jest urządzeniem przenośnym i lekkim, co pozwala na dokonywanie nawet dużej liczby pomiarów w każdych warunkach terenowych. Zastosowanie prostego czujnika fotooptycznego powoduje, iż urządzenie jest niezawodne i nie podlega zakłóceniom zewnętrznym podczas wykonywania pomiarów, oraz nie wymaga stosowania dodatkowego oprzyrządowania takiego jak np. płyta odbijająca fale ultradźwiękowe. Możliwość wymiany listwy z otworami pozwala w łatwy sposób zmienić rozdzielczość pomiarów siły w funkcji zagłębiania stożka w glebę. Największą zaletą przedmiotowego rozwiązania jest zastosowanie układu tocznych łożysk liniowych, które zapobiegają blokowaniu pręta podczas dokonywania pomiarów, kiedy nacisk na pręt nie jest idealnie pionowy oraz tocznego łożyska wzdłużnego, co zapobiega skręceniu czujnika siły i błędom pomiaru siły potrzebnej do zagłębiania stożka w glebę. Zapis wyników pomiarów na karcie pamięci pozwala na łatwe przenoszenie danych do komputera.

Potencjał komercjalizacyjny

Urządzenie może być wykorzystane przede wszystkim przez przedsiębiorstwa zajmujące się budową i modernizacją infrastruktury drogowej oraz w budownictwie. Innym szerokim zastosowaniem jest rolnictwo i leśnictwo, w celu określania możliwości wykonania prac maszynami w danych warunkach terenowych. Urządzenie może być również wykorzystywane przez jednostki naukowo-badawcze.