토양 수분장력계용 다공컵
专利汇可以提供토양 수분장력계용 다공컵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且A porous ceramic cup composition for a tensiometer, and a method for preparing a porous ceramic cup for a tensiometer are provided to allow the soil moisture tension to be measured stably on spot to a higher limit of 100 kPa or more. A porous ceramic cup composition for a tensiometer comprises a powder material which comprises 87.0 wt% of aluminum oxide(Al2O3), 11.0 wt% of silicon dioxide, 1.5 wt% of diatomite, and 0.5 wt% of a peptizing agent; 60 wt% of water; and 2 wt% of poly(vinyl alcohol)(PVA) and 1 wt% of polyethylene glycol(PEG) as a binder. Also the powder material comprises 85.0-88.0 wt% of Al2O3; 10.7-11.3 wt% of SiO2; 0.15 wt% of MgO; 0.20 wt% of Fe2O3; 0.09 wt% of CaO; 0.02 wt% of K2O; 0.33 wt% of Na2O; and 0.02 wt% of TiO2.，下面是토양 수분장력계용 다공컵专利的具体信息内容。
토양 수분장력계용 다공컵{Porous Cup for Tensiometric Measurement of soil Water}
도 1 본 발명의 제조공정도
도 2 본 발명의 토양 수분장력계용 다공컵사진
도 3 일본 다이키사 제품의 KICET(요업기술원), SEI 10.0kV×10.000 사진
도 4 유럽 Sedect사 제품의 KICET(요업기술원), SEI 10.0kV×10.000 사진
도 5 미국 Soil Moisture사 제품의 KICET(요업기술원), SEI 10.0kV×10.000 사진
도 6 본 발명 제품의 KICET(요업기술원), SEI 10.0kV×5.000 사진
도 7 본 발명 제품의 KICET(요업기술원), SEI 10.0kV×10.000 사진
본 발명은 투명 아크릴 파이프와 진공(부압) 압력계 그리고 다공질 컵으로 구성되어 토양의 수분의 건조 또는 과습한 정도를 진공압력으로 나타내는 압력계에 사용하는 다공컵(다공성 세라믹 필터)에 관한 것이다. 토양에서 식물로의 물 이동은 에너지 개념으로 물분자는 전기적으로 중성이지만 분자 내의 전하(電荷)는 비대칭적 으로 분포되어 있다. 물분자는 강력한 극성을 띠고 있으며, 수소결합에 의해서 수소와 산소이온이 결합 되어 있다. 한편 토양입자도 음,양의 전하를 띠고 있기 때문에 토양입자에 의한 물분자의 강력한 인력(높은 수분장력)은 토양입자 주위에 물이 퍼져서 수막을 형성한다. 토양입자 표면에의 물의 흡착은 물분자의 운동 감소 즉 물분자의 자유에너지 크기 감소, 낮은 에너지 준위로 물로 전환됨으로써 열을 방출하게 된다. 토양입자 표면에의 물분자의 흡착은 몇 개 층을 형성하는데, 이것은 입자와 물분자간의 강력한 부착력에 의한다. 부착력에 의하여 흡착된 물을 흡착수라고 하는데 이 물은 흡착에너지가 크기 때문에 흡수될 수 없으므로 유효수가 아니다. 토양입자의 강력한 인력이 미치는 영역을 지나서 물분자가 응집력에 의해서 수막에 부착된다. 이와 같이 수막 외부에 부착되어 있는 물을 물분자간의 응집력에 의한 응집수(凝集水))라고 한다. 응집수는 물분자 간의 수소결합에 의한다. 응집수의 물분자는 흡착수와 비교하여 볼 때 운동이 활발하고 에너지 준위(Potential)도 높아서 곧 이동할 수 있다. 응집수를 이루는 토양입자 주위의 수막의 두께는 15~20분자 층 정도이다. 이 수막의 2/3는 식물이 이용할 수 있는 유효수이다. 물의 에너지 준위를 자유에너지 상태 즉, 준위로 표시할 수 있으며 음(-)의 값으로 나타내기도 한다. 토양수분장력(Soil Water Tension)과 토양수분준위(Soil Water Potential)과의 관계는 SWP=SWT×(-1) 이다. 토양수분장력을 측정하는데 진공게이지형 텐시오미터(Tensiometer)를 사용한다. 토양의 수분함량과 토양수분장력과의 관계는 수분함량이 많아질수록 수분장력이 작아지고, 수분함량이 적을수록 수분장력은 커진다. 토양수분장력과 식물생육 관계는 수분장력이 커질수록 식물의 흡수력 이 떨어져 생장속도는 작아진다.
수분장력과 공극의 관계를 [표 1]에서와 같이, 다공컵 공극의 유효크기가 증가함에 따라 최대 장력 측정값은 감소하였고, 텐시오미터 최대 측정장력 100kPa(1bar) 수분장력 측정을 위한 유효 공극직경은 2.6~3.2㎛를 나타내고 있다. 이와 같은 다공컵의 공극 크기와 수분장력 측정값의 관계는 상용세라믹 제품의 제원[표 2]에서도 확인이 되고 있다.
측정하고자 하는 수분장력값( Ψ )과 다공컵 공극의 유효반경( Rs )과의 관계는 식(1)로 나타낼 수 있다.
----------------------- 식(1)상기 식(1)에서, Ψ =수분장력, Ts =25℃, 물의 모세관 공극내 접촉각에서의 물의 표면장력값(72 mN/m), Rs = 다공컵 공극 유효반경, Ds =다공컵 공극 유효직경이다.
본 발명은 토양의 수분상태를 측정하는데 주로 사용되는 100KPa(1bar)용 수분장력계 다공컵 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 종래의 100KPa용 수분장력계 다공컵은 80KPa(0.8bar) 부근에서 압력이 해제되어 1000KPa 범위의 장력을 측정할 수가 없었다. 따라서, 본 발명은 100KPa 수분장력 측정을 위한 유효공극 직경을 예의 연구한 결과 유효 공극직경이 2.6~3.2㎛임을 밝혀내고, 이를 달성하기 위해 다공컵의 원료 조성성분의 최적비 및 제조공정의 개선으로 본 발명을 완성하게 되었다.
[표 1]다공질 유효공극(직경) 대 공기유입압력
[표 2]상용 다공질 재료의 제원(Soilmoisture Equipment Corp., 2003)
| Type of HAE Ceramic | Approx. Pore Diameter (x10 -3 mm) | Air-Entry Value(KPa) |
| 1/2 bar high flow 1 bar 1 bar high flow 2 bar 3 bar 5 bar 15 bar | 6.00 1.70 2.50 1.10 0.70 0.50 0.16 | 48-62 138-207 131-193 262-310 317-483 550 1520 |
본 발명의 다공컵의 원료 조성성분은 (Al 2 O 3 )x ; (SiO 2 )y 가지며, 여기서 x는 80~90, y는 10~20의 조성을 가지며, 소량의 규조토를 조공제로 첨가한다. 제조공정은 공지의 분말 가압성형법을 이용하여 제조한다. 다공컵의 물성 및 성능평가는 다음의 방법에 의해 분석하였다.
시험방법
(1) 기공율은 Micromeritics사 AUTOPORE IV 9500(V 1.06)로 수은압입법에 의한 기기분석으로 측정하였다.
(2) FE-SEM(Field Emission-Scanning electron microscopy) 분석에서 사용된 기기는 일본JEOL사(JSM-6700F)이고, 가속전압 10kV에서 10,000배 비율로 이미지를 관찰하였다.
(3) 상분석은 X-선 회절분석법(XRD)으로 측정하였다.
(4) 조성성분은 EDX(energy dispersive X-ray analyzer)기로 한국기술표준원 KS L 3128(2004년), KS L 3316(2003년)의 시험분석방법으로 측정하였다.
성능평가
본 발명의 다공컵은 조성성분 비 및 공극을 조절하여 상용 제품과 같은 크기로 소성하여, 생황토 → 풍건 → 2㎜ 체 통과 → 0.5 ㎜ 체 통과한 토양에서 최대 장력 및 투수성 측정 장치, 반복성 및 응답성 시험 장치에서 최대 장력 측정 값, 응답성 및 반복성을 측정한다.
<실시예 1>
원료물질인 산화알루미늄(Al 2 O 3 ) 87.0중량%, 이산화규소(SiO 2 ) 11.0중량%, 규조토(조공제) 1.5중량% 및 해교제(산노프코(주)5468) 0.5중량%를 배합한 후, 여기에 물(60중량%)을 혼합하여 24시간 동안 볼밀로 교반시킨다. 상기 혼합된 원료물질에 바인더물질을 원료물질 기준으로 PVA(Polyvinyl Alcohol)2중량%와 PEG(Polyethylene Glycol)1중량%를 더 혼합하여 볼밀로 다시 12시간 교반시킨다. 생성된 슬러리는 탱크로 이송한 후 노즐 분사하여 스프레이 드라이어로 2~3㎛ 입자의 분말을 제조한다. 상기 분말을 금형에 충전하고 1.5ton/㎠압력으로 프레스하여 컵형상의 성형체를 얻는다. 상기 성형체는 전기로에서 300℃까지 서서히 온도를 올려 바인더를 소멸시킨 후, 200℃에서 5시간, 500℃에서 8시간, 800℃에서 12시간, 1150℃에서 쇼킹타임(Soaking time)이 3시간이고, 이후 300℃까지 서서히 18시간 동안 자연 냉각하면서 소결한다. 소결된 다공컵의 물성치는 다음의 [표 3]과 같다.
[표 3] 실시예 1의 제품과 상용제품과의 대비표
| 시험분석 항목 | 조성비(wt%) | 압축강도 (kgf) | 흡수율 (%) | 기공율 (%) | 수분장력 측정 | |||||||
| SiO 2 | Al 2 O 3 | MgO | Fe 2 O 3 | CaO | K 2 O | Na 2 O | TiO 2 | |||||
| 본 발명 (UT) | 11.9 | 87.1 | 0.15 | 0.20 | 0.09 | 0.02 | 0.33 | 0.02 | 52.7 | 22.5 | 43.8 | 1bar 이상 측정가능 |
| 유럽 Sedec사 제품 (SD) | 60.1 | 3.56 | 27.6 | 0.26 | 0.37 | 0.24 | 0.23 | 0.03 | 117 | 17 | 33.8 | 0.8bar 에서 압력해지 |
| 미국 Soil Moisture사 제품(SM) | 6.78 | 92.1 | 0.28 | 0.16 | 0.12 | 0.07 | 0.22 | 0.17 | 117 | 26.1 | 49.3 | 〃 |
| 일본다이키사 제품 (DK) | 39.0 | 63.5 | 0.17 | 0.67 | 1.20 | 0.36 | 0.45 | 0.30 | 31.5 | 23.0 | 40.7 | 〃 |
본 발명은 100KPa 수분장력 측정을 위한 유효공극 직경을 예의 연구한 결과 유효공극 직경이 2.8~3.0㎛임을 밝혀내고, 이를 달성하기 위해 다공컵의 원료 조성성분의 최적비 및 소성 조건을 개선하여 80KPa 부근에서 압력 해지가 없이 100KPa 까지 측정할 수 있는 다공컵에 관한 것이다.
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 可控制及模拟大气自然环境的大气-植被-土体试验系统 | 2020-05-12 | 132 |
| 一种土壤分层特征获取方法及应用 | 2020-05-12 | 887 |
| 一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟方法 | 2020-05-15 | 457 |
| 一种双模式山洪预警控制系统及方法 | 2020-05-20 | 659 |
| 一种基于多重分形的土壤水分特征曲线模拟方法 | 2020-05-24 | 905 |
| 一种模拟降雨时空变化的边坡试验装置 | 2020-05-20 | 475 |
| 一种自动化滴灌系统 | 2020-05-24 | 139 |
| 测定土壤水力参数的简易装置 | 2020-05-18 | 864 |
| 一种基于土壤水分入渗动态的地下滴灌模拟试验装置 | 2020-05-20 | 463 |
| 一种负水灌溉装置 | 2020-05-14 | 673 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
