ВЫТЯЖНОЙ ПОЧВЕННО-ГЛУБИННЫЙ ТЕРМОМЕТР Российский патент 1996 года по МПК G01K1/08 

Изобретение относится к технике измерения температуры почвы и грунта на глубинах под естественным покровом преимущественно в гидрометеорологической службе.

Известны устройства для вытяжных почвенно-глубинных термометров, содержащие оправу (металлическую или винипластовую) с вырезом (односторонним) для обзора измерительной шкалы, с двумя диаметрально расположенными отверстиями для винтов жесткого крепления оправы к стержню (деревянному) металлическим донышком, термометр с конической горловиной и охватывающими резервуар металлическими (медными) опилками, служащими для увеличения температурной инерции, кольцевую прокладку (Кедроливанский В.Н. и Стернзат М.С. Метеорологические приборы. Л. Гидрометеоиздат, 1953, с. 80, рис. 52). Для закрепления термометра в оправе использовалась пробка на торце его стеклянной оболочки (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 10, ч. 1. Инспекция метеорологических наблюдений на станциях. Л. Гидрометеоиздат, 1957, с. 151).

Однако пробка из любого материала (резины, войлока и т.п.) не обеспечивает надежного крепления термометра в оправе, имеющей гладкую внутреннюю поверхность: он постепенно проворачивается вокруг оси, создавая затруднения обзору измерительной шкалы, приходится вращать его пальцами для правильной установки и, если это не удается, то переустанавливать заново с выниманием из оправы.

Известно также устройство для вытяжного почвенно-глубинного термометра, включающее оправу (винипластовую) с металлическим наконечником, вырезом (одно- или двухсторонним) и сквозной продольной прорезью для штифта подвижного крепления оправы к стержню (деревянному), термометр с конической горловиной и охватывающими резервуар металлическими опилками (медными или латунными) для увеличения температурной инерции и кольцевую (фетровую или войлочную) прокладку (наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 3, ч. 1. Метеорологические наблюдения на станциях. Л. Гидрометеоиздат, 1985, с. 217-220, рис. 1.7.5). Подвижное крепление в отличие от жесткого позволяет постоянно устанавливать оправу металлическим наконечником на дно трубы, причем при небольшом засорении дна трубы стержень не выступает над ее срезом, т.е. исключается заток в трубу холодного воздуха.

Существенным недостатком этого устройства является очень трудоемкая и не всегда эффективная работа по замене термометра. Согласно техническим требованиям (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 10, ч. 1. Инспекция метеорологических наблюдений на станциях. Л. Гидрометеоиздат, 1976, с. 191) при установке в оправу термометр следует закреплять в ней с помощью изоляционной ленты одним или двумя кольцами против проворачивания вокруг оси и отката от металлического наконечника оправы. Вследствие слипания изоленты любой марки с внутренней поверхностью оправы последующее извлечение термометра способом проталкивания пальцами, как и в оправе с пробкой, пропущенными в вырез оправы, требует больших физических усилий и не всегда удачно: термометр не удается извлечь или его оболочку раскалывают при пользовании для проталкивания с упором в кольцо изоленты вспомогательными предметами (отверткой, перочинным ножом и т.п.). Установка колец из другого материала (резиновых, нитяных и т.д.), цельных или разрезных, приводит или к такому же результату, или к постепенному проворачиванию термометра с его переустановкой.

Указанные недостатки устранены в известном устройстве для вытяжного почвенно-глубинного термометра, конструкция которого идентична устройству с подвижным креплением оправы, но отсутствуют уплотняющие кольца или пробка, их заменяет заводского изготовления (в базовом объекте) резиновая прокладка (полоска) с тыльной стороны термометра, вставленного резервуаром в сквозное отверстие нижнего изогнутого конца резиновой прокладки, имеется также капроновая нить, надетая наблюдателями петлей на резервуар термометра и пропущенная вдоль всей оправы за кольцевой и резиновой прокладками с закреплением снаружи на деревянном стержне (Паренко С.М. Способ замены вытяжных термометров. Информационное письмо N 6 (198). Л. Северо-Западное УГКС, 1988, с. 6-7). Капроновая нить служит в качестве гибкой тяги, облегчающей вынимание из оправы термометра (его вытягивают одновременно с кольцевой и резиновой прокладками).

Однако это устройство имеет следующие недостатки:
не обеспечена надежная сохранность вынимаемого термометра, так как эксцентрически приложенное непосредственно к его резервуару усилие гибкой тяги может привести к поломке резервуара при движении в оправе с большим трением скольжения пары резиновая прокладка-оболочка термометра, поскольку с применением резиновой прокладки уплотнение термометра в оправе настолько сильно возросло, что другим способом его практически невозможно извлечь;
крепление верхнего конца гибкой тяги снаружи к стержню неизбежно ограничивает подвижность оправы: при опускании в трубу она может неполностью переместиться вниз вдоль стержня вследствие заклинивания (между оправой и стержнем расположен верхний конец капроновой нити), в результате между металлическими наконечниками оправы и трубы образуется зазор, что может привести к браку измерений; сужение для более свободного пропуска капроновой нити хвостовика стержня, на котором штифтом подвижно закреплена оправа, приводит к раскачиванию последней, что наряду с жестким креплением оправы запрещено методическими требованиями (расшатанную оправу может ветром ударять в надземную часть трубы, в результате чего термометр может разбиться);
из-за расположения выреза лишь на одной стороне стенки оправы (к противоположной стороне прилегает резиновая прокладка) плохо просвечивает стеклянная шкальная пластина, поэтому с трудом видны ее деления и мениск ртути при измерениях в утренние или вечерние сумерки, в пасмурную погоду.

Эти недостатки устранены в устройстве для вытяжного почвенно-глубинного термометра, которое имеет следующие общие признаки с предлагаемым устройством: оно содержит оправу (пластмассовую) с металлическим наконечником, вырезом (двухсторонним) и сквозной продольной прорезью, сообщающейся на одной ее стороне с щелевой прорезью, термометр с конической горловиной и элементом увеличения температурной инерции, кольцевую прокладку, амортизатор и натянутую гибкую тягу с выведенным над амортизатором верхним концом с опорным узлом (Гулякин Г.Г. Способ установки в оправу почвенно-глубинного термометра. Рацпредложение N 32/204 от 31.12.87. Рекомендации по изобретательству и рационализации N 3/110. Владивосток: Приморское УГКС, 1988, с. 6-9, рис. 2). Благодаря щелевой прорези при вынимании термометра с помощью гибкой тяги стенка оправы несколько раздвигается, обеспечивая сохранность прибора даже при эксцентрическом креплении гибкой тяги.

Однако это устройство имеет следующие недостатки, не позволяющие получить требуемые технические результаты.

Вариант устройства с двухсторонним (сквозным) вырезом в оправе лучше в эксплуатации, так как отчетливей просвечивает с делениями стеклянная шкальная пластина по сравнению с устройством, имеющим односторонний вырез в оправе, к противоположной стороне которого прилегает резиновая прокладка, но в такой оправе со сквозным вырезом и без резиновой прокладки непрочно крепление гибкой тяги из любого материала: обычно она спадает с оболочки термометра в вырез, мешая отсчетам температуры, ослаблено и крепление термометра против проворачивания, поэтому требуется дополнительное уплотнение путем заделки зазора под нижним краем выреза (отрезками шпагата или резины). Такое уплотнение ненадежное, так как выполняется не по всей окружности зазора, а лишь по краям выреза в оправе, в итоге упомянутые отрезки постепенно проседают вниз оправы, что приводит к проворачиванию термометра.

В процессе эксплуатации устройства металлические опилки теряются (расходуются) разными путями: рассыпаются частично при замене термометра (основная причина) или выпадении мастики, закрывающей отверстие внизу оправы. В результате в некоторых оправах комплекта опилок оказывается недостаточно или они отсутствуют. Потери опилок не всегда своевременно восполняются по разным причинам, например из-за их дефицита, а недостаточная масса или отсутствие их приводит из-за снижения инерционности термометра к уменьшению точности его показаний и к искажению в полученных данных естественного хода температуры почвы на глубинах, вплоть до брака измерений (Беспалов Д.П. и Грибова Т. П. Об анализе результатов критического контроля месячных выводов по температуре почвы на глубинах. Труды ГГО, 1981, вып. 449, с. 32-33).

Другие причины неточных измерений из-за искажения инерционности термометра случаи спрессовывания, склеивания или смерзания в комки металлических опилок при попадании на них (при нарушении герметизации полости внизу оправы) влаги от конденсации водяного пара на оболочке термометра, просочившейся дождевой воды, почвенной (при течи трубы, в которую устанавливается оправа с термометром). Герметизация может нарушаться из-за неплотного обхвата резервуара кольцевой прокладкой.

Металлические опилки, постепенно слеживаясь и уплотняясь, давят на резервуар термометра, в результате его точка нуля может смещаться (повышаться) больше, чем у других видов стеклянных термометров (Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения. Л. Гидрометеоиздат, 1968, с. 84). Поскольку не все станции регулярно проверяют термометры на точку 0^оС, то такое неучтенное новой поправкой изменение точки нуля может ухудшать точность показаний термометров на 0,3^оС, т. е. приводить к браку материалов наблюдений (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 10, ч. 1. Л. Гидрометеоиздат, 1976, с. 178).

Латунные опилки постепенно превращаются в пылевидную слежавшуюся массу малого объема, что приводит к снижению инерционности термометра и, следовательно, к уменьшению точности его показаний. Это объясняется тем, что при неоднократных поломках резервуара термометра ртуть смешивается с латунными опилками, которые нерегулярно заменяют при их дефиците, а латунь, как известно, становится хрупкой и разрушается в присутствии ртути (Александров Л. Банк отрицательных эффектов. Изобретатель и рационализатор, 1990, N 9, с. 38).

Если термометр в оправе разбивается в процессе эксплуатации по разным причинам с нарушением целостности резервуара, то ртуть и мелкие осколки стекла смешиваются с металлическими опилками, полностью извлечь их из опилок практически невозможно, в итоге засоренные опилки либо удаляют и заменяют, чем значительно уменьшается их запас, либо вторично используют с вредом для здоровья из-за паров ртути, особенно в жаркую погоду и при положительных температурах воздуха.

Замена непригодных металлических опилок требует трудоемкой работы: извлечения штифта крепления (или заменяющего его шурупа) из деревянного стержня и снятия с последнего оправы; извлечения из оправы термометра и опилок (спрессованных, влажных или смерзшихся); установки термометра в оправу; засыпки запаса металлических опилок; насадки оправы на стержень и установки штифта крепления (или ввинчивания шурупа). Если же опилки смерзшиеся, то требуются дополнительные операции оттаивания оправы с ними в теплом помещении и протирки от влаги, как и при удалении влажных опилок, полости внизу оправы. При малом запасе опилок приходится просушивать извлеченные влажные или смерзшиеся опилки для вторичного потребления, добиваясь установки оправы в трубу заблаговременно до ближайшего срока измерений.

Не надежна герметизация мастикой отверстия внизу оправы: при случайных задеваниях она проваливается внутрь оправы или крошится; некоторые виды мастики, например пластилин, отслаиваются от воздействия жидких атмосферных осадков. Нарушение герметизации отверстия приводит к попаданию через него влаги и воды в оправу на металлические опилки, а зимой холодного наружного воздуха и резервуару термометра. Работники станций обычно не замечают появления этого дефекта ряд дней или месяцев, в итоге длительный период может снижаться точность измерений, вплоть до забраковки материалов наблюдений контролирующими органами.

В комплекте оправ для пяти или семи вытяжных почвенно-глубинных термометров встречаются изделия, не имеющие внизу отверстие для засыпки металлических опилок, или весь комплект состоит из таких оправ. По методическим требованиям они заменяются на станции оправами от запасных устройств, снабженными отверстием, при отсутствии же их создаются дополнительные затруднения в работе, так как для засыпки опилок приходится частично выдвигать термометр из оправы. Рекомендацию Главной геофизической обсерватории засыпать опилки путем снятия металлического наконечника с оправы многие станции не выполняют по причинам: на заводе-изготовителе наконечник закрепляется несъемно клеем, в результате во многих изделиях он не поддается снятию, хотя встречаются изделия с ослабшим в процессе эксплуатации клеевым соединением; после снятия наконечника резко снижается прочность его крепления на оправе и случаются спадания наконечника на дно трубы, в итоге наблюдателям приходится дополнительно закреплять его обмоткой изолентой.

Инспектора должны проверять наличие, достаточность и состояние металлических опилок в оправе во всем комплекте для пяти или семи глубин путем встряхивания оправы и прослушивания звука, производимого в ней опилками, на это затрачивается рабочее время (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 10, ч. 1. Л. Гидрометеоиздат, 1957, с. 151. Там же, 1976, с. 191). Еще больше времени требует непосредственный осмотр полости внизу оправы в случае отсутствия шуршащего звука, и чаще всего, при невозможности дать точное заключение по результатам такой ненадежной проверки, для осмотра надо вынимать термометр из оправы. При выявлении же плохого состояния опилок требуется дополнительная работа инспекторская проверка точки нуля термометра, которая практически осуществима лишь в морозные периоды года.

Из-за фрикционного взаимодействия с внутренней поверхностью трубы опускаемой в нее на стержне оправы возможны случаи выдергивания верхнего конца гибкой тяги из щелевой прорези, через которую он пропущен наружу, и попадания в продольную прорезь, что может снизить подвижность оправы и привести к браку измерений. Кроме того, происходит истирание опорного узла на верхнем конце гибкой тяги.

Если термометр не удается извлечь из оправы, но это необходимо (для замены в связи с браком измерений или для добавления металлических опилок при отсутствии внизу оправы отверстия для их засыпки), то его намеренно разбивают над какой-либо емкостью. В результате в число поврежденных или намеренно разбитых попадают и вполне исправные термометры.

Задачей изобретения является повышение удобства пользования и точности работы путем устранения вышеуказанных недостатков устройства для вытяжного почвенно-глубинного термометра.

Для этого в устройстве для вытяжного почвенно-глубинного термометра, содержащем оправу с металлическим наконечником, вырезом и сквозной продольной прорезью, сообщающейся на одной ее стороне с щелевой прорезью, термометр с конической горловиной и элементом увеличения температурной инерции, кольцевую прокладку, амортизатор и натянутую гибкую тягу с выведенным над амортизатором верхним концом с опорным узлом, элемент увеличения температурной инерции выполнен в виде изготовленной из многослойных витков медного голого провода упругой гильзы, которая охватывает резервуар и нижнюю часть конической горловины термометра с упором в дно металлического наконечника и с частичным контактом с оправой, натянутая гибкая тяга прикреплена к петле упругой гильзы двойным узлом, подпирающим кольцевую прокладку, пропущена через ее отверстие и выполнена по меньшей мере с одним уплотняющим термометр утолщением в части расположения на его оболочке над вырезом оправы, а верхний конец с опорным узлом размещен витками на дисковом амортизаторе.

Упругая гильза охватывает не только резервуар, но и вместе с петлей нижнюю часть конической горловины термометра для того, чтобы эксцентричное усилие гибкой тяги при вытягивании из оправы упругой гильзы было приложено и к резервуару и к конической горловине, что повышает надежность функционирования гибкой тяги без поломки термометра.

Частичный контакт упругой гильзы с оправой необходим для образования зазора между стенками этих деталей с целью беспрепятственного вытягивания из оправы упругой гильзы со вставленным в нее термометром, т.е. без большого трения по внутренней поверхности оправы, могущего привести к излишнему растяжению витков провода, составляющих упругую гильзу и, следовательно, к выводу ее из строя.

Двойной узел, состоящий из двух затянутых простых узлов, против самопроизвольного развязывания нижнего конца гибкой тяги достаточно надежен и технологичен. Он подпирает снизу кольцевую прокладку для плотного обхвата ею конической горловины термометра вместе с гибкой тягой, чтобы избежать зазоров, через которые может просачиваться дождевая вода или конденсат водяного пара.

Гибкая тяга пропущена через отверстие кольцевой прокладки, а не огибает ее снаружи, для уменьшения эксцентричности расположения по отношению к резервуару термометра, этим повышена надежность ее против поломки последнего. Наличием по меньшей мере одного уплотняющего утолщения гибкой тяги обеспечиваются два технических результата: в сочетании с уплотнением дисковым амортизатором и самой гибкой тягой устраняется проворачивание термометра вокруг оси при использовании гибкой тяги и оправы, изготовленных из любого материала и произвольного диаметра (внутреннего для оправы); устраняются спадания гибкой тяги в вырез оправы. Расположение уплотняющего утолщения (или утолщений) на оболочке термометра выше выреза оправы ликвидирует заклинивание утолщения (или утолщений) в верхнем крае выреза при движении в оправе гибкой тяги в процессе вытягивания упругой гильзы. Если уплотняющее утолщение выполнено в виде узла (узлов), то размещением его (их) на общей линии с двойным узлом, прикрепленным к петле упругой гильзы, достигается направление по прямой линии вектора наименьшего усилия гибкой тяги при вытягивании из оправы упругой гильзы против поломки термометра, вставленного в нее. Размещением верхнего конца с опорным узлом гибкой тяги витками на дисковом амортизаторе достигается устранение выдергивания гибкой тяги из щелевой прорезки и попадания в продольную прорезь, следовательно, ограничивания подвижности оправы, этим обеспечена надежность качественных измерений; возможность использования гибкой тяги даже из упругого материала, например из гибкого провода в полимерной оболочке, который против выпучивания из оправы вверх можно уложить витками.

Дисковый амортизатор в отличие от кольцевого амортизатора в прототипе благодаря меньшей сжимаемости при плотной посадке в оправу выполняет дополнительную функцию: надежно фиксирует натянутую гибкую тягу против соскальзывания ее в вырез оправы, мешающего точным отсчетам температуры. При этом он обладает также функцией пробки, например корковой или резиновой, очень плотной посадки, а противоречие (препятствие извлечению термометра при таком креплении пробки) устранено использованием гибкой тяги.

Провод, составляющий упругую гильзу, выбран с диаметром жилы 0,1-0,3 мм для максимального приближения к размерам крупиц в массе металлических опилок, которые содержит известное устройство для вытяжного почвенно-глубинного термометра. Этим достигается примерно одинаковая теплопроводность упругой гильзы и металлических опилок, так как уменьшен зазор (воздушные прослойки) между витками провода.

Принципиальное отличие конструкции предложенного устройства от известного устройства для вытяжного почвенно-глубинного термометра (прототипа) заключается в замене повышающего температурную инерцию расходного материала, которым являются металлические опилки, упругой гильзой с постоянной массой; в выполнении гибкой тяги по меньшей мере с одним уплотняющим утолщением на оболочке термометра над вырезом оправы; в размещении верхнего конца гибкой тяги витками непосредственно на дисковом амортизаторе.

Технический результат изобретения заключается в следующем.

Повышено удобство пользования устройством за счет исключения повторяемой по многим причинам операции засыпки в оправу металлических опилок, замененных упругой гильзой;
исключения операций снятия пробки (из мастики) из отверстия внизу оправы и герметизации его заново, так как справа выполнена без отверстия в связи с его ненадобностью;
замены трудоемкой и ненадежной операции инспекторского контроля по звуку за наличием и состоянием металлических опилок более удобной операцией прощупывания дискового амортизатора стержневым предметом;
исключения дополнительной (инспекторской) поверки термометров (всех или некоторых в комплекте из пяти или семи оправ) на точку нуля при плохом состоянии металлических опилок благодаря их отсутствию.

Повышена точность работы устройства, т.е. точность показаний при измерении температуры за счет
замены элемента обеспечения повышенной температурной инерции термометра металлических опилок как расходного с фактически переменной массой материала упругой гильзой, масса которой всегда постоянна, следовательно, является постоянной инерционность термометра;
устранения частых причин неточных показаний спрессовывания, слипания или смерзания в комки металлических опилок или превращения латунных опилок в пылевидную массу уменьшенного объема из-за разрушения ртутью благодаря исключению опилок и использованию только медной проволоки в конструкции упругой гильзы;
устранения просачивания в нижнюю часть оправы жидких атмосферных осадков или конденсата водяного пара, а зимой холодного наружного воздуха через отверстие с нарушенной герметизацией внизу оправы благодаря его отсутствию;
исключения сдавливания резервуара термометра спрессованными металлическими опилками с последующим смещением точки нуля более допуска браковки 0,2^оС; в упругой гильзе давление на резервуар снизу отсутствует, так как он провисает с зазором над дном металлического наконечника; в радиальных же направлениях давление на резервуар практически тоже отсутствует, так как по аналогии с витой цилиндрической пружиной сжатия многослойные витки провода, составляющие упругую гильзу, перемещаются аксиально вдоль резервуара, но немного при легком нажиме на дисковый амортизатор, размещенный на торце оболочки термометра (Егоров Ю. Для красоты и удобства. Изобретатель и рационализатор, 1991, N 5, с. 49).

Технический результат подтвержден испытаниями: брака измерений температуры почвы на глубинах под естественным покровом или отклонений на допуск браковки 0,2^оС никогда не наблюдалось.

На чертеже показано устройство для вытяжного почвенно-глубинного термометра с частичными вырезами в оправе, вид спереди.

Устройство для вытяжного почвенно-глубинного термометра, как и в прототипе, входит в комплект из пяти или семи таких же устройств для измерения температуры почвы на пяти или семи глубинах. Каждое устройство содержит оправу 1 с металлическим наконечником 2, вырезом 3 и сквозной, т.е. двухсторонней, продольной прорезью 4. Последняя на одной стороне оправы 1 сообщается с щелевой прорезью 5, замыкающейся на срезе 6 оправы 1. Ширина щелевой прорези 5, как и в прототипе, составляет около 1 мм. В продольной прорези 4 противоположной стороны оправы 1 на деревянном стержне 7 смонтирован штифт (не показан) подвижного крепления оправы. На торце 8 вытяжного почвенно-глубинного термометра 9 расположен дисковый амортизатор 10. Этот стеклянный ртутный термометр ТМ10 ГОСТ 6083-51 такой же, как и в прототипе. В качестве другого стеклянного ртутного термометра может временно использоваться также срочный термометр ТМ3, предназначенный для измерения температуры поверхности почвы или снежного покрова (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 3, ч. 1, 1985, с. 79, Примечание, с. 67, п. 9.2.1.). Термометры ТМ10 и ТМ3 имеют цилиндрический резервуар 11 с конической горловиной 12 над ним, переходящей в оболочку. Сверху на дисковом амортизаторе 10 размещен витками 13 с опорным узлом 14 шнур 15, соединенный с упругой гильзой 16, служащей в качестве элемента для увеличения температурной инерции термометра 9 и упирающейся в дно 17 металлического наконечника 2. Шнур 15 в качестве гибкой тяги состоит из сплетенных капроновых нитей. Упругая гильза 16 охватывает с контактом резервуар 11 и нижнюю часть конической горловины 12 термометра 9. В связи с прижимом шнуром 15 с уплотняющим утолщением узлом 18 оболочки термометра 9 к одной стороне оправы 1 упругая гильза 16 тоже расположена эксцентрично, т.е. прижата к одной стороне оправы 1 с образованием зазора с противоположной стороны оправы. Таким образом, между стенками оправы 1 и упругой гильзы 16 имеется частичный зазор (воздушная прослойка). Как и в прототипе, нижний край 19 щелевой прорези 5 располагается ниже торца 8 оболочки термометра 9 и отстоит в удалении 20-30 мм от выреза 3, служащего для обзора измерительной шкалы термометра 9. Но в отличие от прототипа, содержащего в качестве амортизатора кольцо, в предложенном устройстве в качестве амортизатора 10 использован диск, например войлочный, изготовленный в заводских условиях для обеспечения его стандартности. В других вариантах дисковый амортизатор 10 может быть изготовлен из морозоустойчивой губчатой резины, аналогичной применяемой в сиденьях транспортных средств, из пластифицированного поливинилхлорида (пластиката) или из плотного фетра. Наилучший и дешевый материал плотный войлок, например, из отходов в валяльном производстве. Диаметр дискового амортизатора 10 немного превышает внутренний диаметр оправы 1, чтобы его можно было плотно проталкивать в нее с усилием, достаточным для фиксации в натянутом положении шнура 15. Дисковый амортизатор 10 выполняет четыре функции: а) фиксирует натянутый шнур 15 против его соскальзывания на сторону оболочки термометра 9, расположенную против его измерительной шкалы или с тыльной стороны шкаловой пластины, т.е. в вырез 3 оправы 1; б) уменьшает локальное давление в торец 8 оболочки термометра 9 при нажиме для проталкивания последнего в оправу 1, как и в известных устройствах, содержащих в оправе пробку или кольцевой амортизатор с гибкой тягой; в) предотвращает откат упругой гильзы 16 с вставленным в нее термометром 9 от дна 17 металлического наконечника 2, как и откат термометра в известных устройствах, содержащих в оправе уплотняющие элементы (кольца преимущественно из изоленты, пробку или резиновую прокладку полоску); г) закрывает оправу 1 сверху против затока в нее на оболочку термометра 9 и далее под вырез 3 жидких атмосферных осадков и конденсата водяного пара, как и в известных устройствах с уплотняющими элементами в оправе в виде колец или пробки. Если исключить дисковый амортизатор 10 и заменить стержневым приспособлением с амортизационным наконечником для проталкивания в оправу 1 термометра 9, то это значительно ухудшит свойства устройства: такое приспособление не сможет выполнять указанные выше функции а, в, г. Упругая гильза16 выполнена в виде многослойных витков голого (неизолированного) медного провода. Оба конца провода соединены в виде жгутика 20 на петле 21, охватывающей с зазором коническую горловину 12. Петля 21 упругой гильзы 16 служит для прикрепления к ней двойным узлом 22 шнура 15 с упором снизу в кольцевую прокладку 23. Двойной узел 22 состоит из двух простых затянутых узлов и в отличие от одинарного узла предотвращает самопроизвольное развязывание нижнего конца шнура 15. Против спадания и растяжения наружных витков упругой гильзы 16 при вытягивании ее в оправе шнуром 15 последний закреплен двойным узлом 22 (с упором в жгутик 20) на петле 21, образованной только тем концом провода, который выведен изнутри упругой гильзы 16 с витков провода первого слоя. Упор в жгутик 20 двойным узлом 22 выполнен для лучшей фиксации двойного узла 22, чтобы избежать его скольжения по проволочной петле 21. Последняя немного приподнята с одной стороны над упругой гильзой 16 с образованием зазора, достаточного для пропуска нижнего конца шнура 15 и завязывания его двойным узлом 22. Петля 21 образует малый кольцевой зазор с нижней частью конической горловины 12 для возможности свободного пропуска через эту петлю в упругую гильзу 16 резервуара 11 с упором верхнего края упругой гильзы 16 в коническую горловину 12 (в ее нижней части). Коническую горловину 12 плотно охватывает кольцевая прокладка 23, в которую снизу упираются двойной узел 22 шнура 15 и петля 21 упругой гильзы 16. Кольцевая прокладка 23 такая же, как в прототипе, заводского изготовления (фетровая или войлочная), но диаметр ее отверстия подобран таким, чтобы он позволял проталкивать в это отверстие резервуаром 11 термометр 9 с усилием и плотным обхватом ею шнура 15 на конической горловине 12. Натянутый шнур 15 пропущен через отверстие кольцевой прокладки 23 и фиксирован по меньшей мере одним уплотняющим утолщением узлом 18, который расположен на оболочке термометра 9 над вырезом 3 винипластовой оправы 1 и на общей прямой линии с двойным узлом 22. Узел 18, на который завязан верхний конец шнура 15, может быть выполнен одинарным или двойным, состоящим из двух простых узлов, а количество узлов 18 может составлять от одного до нескольких, например четырех, размещенных с интервалом, это зависит от внутреннего диаметра винипластовой оправы 1 (в пределах 18-19 мм), от толщины шнура 15 или гибкой тяги из другого материала и от диаметра оболочки термометра 9 (в пределах 15-16,5 мм). Кроме шнура 15 из сплетенных капроновых нитей в качестве гибкой тяги, как и в прототипе, могут быть использованы шнур (шпагат) из льняных, синтетических или шелковых нитей или из сплетенной капроновой лески; нить капроновая, шелковая; леска капроновая. Кроме того, гибкая тяга может быть выполнена из гибкого или мягкого одно- или многожильного провода в полимерной, например поливинилхлоридной оболочке. Оптимальный вариант шнур из капроновых нитей. Он долговечен, имеет большой коэффициент трения (на втором месте после льняных нитей) и позволяет ограничиться минимальным числом узлов (одним-двумя). В последние годы в связи с дефицитом винипластовых труб выпускаются устройства для вытяжного почвенно-глубинного термометра с использованием для оправы труб, изготовленных из ударопрочного полистирола или полиэтилена. При внутреннем диаметре 21-21,5 мм такая оправа образует большой кольцевой зазор с оболочкой термометра 9, поэтому в ней уплотняющее утолщение шнура 15 выполнено в виде навитого витками кольца (не показан) на оболочке термометра 9 над вырезом 3 оправы, кольцо против распадения витков фиксировано петлей с затянутым на нем одинарным узлом. Кроме того, в упомянутой оправе необходима наряду с кольцевой прокладкой 23 дополнительная герметизация полости с резервуаром 11 термометра 9, например, цельным резиновым кольцом заводского изготовления. Для унификации шнура 15, с возможностью использования его в любой из указанных выше оправ, оптимальный диаметр шнура составляет 1,5-2 мм.

Упругая гильза 16 изготовлена из одно- или многожильного (жгута) провода с диаметром жилы 0,1-0,3 мм, многожильный провод технологичней, так как ускоряется процесс изготовления. Для обеспечения стандартности размеров, материала и способа выполнения упругая гильза 16 изготовлена в заводских условиях путем намотки голого медного провода контактирующими витками на металлическую оправку, выполненную по форме и размерам цилиндрического резервуара заодно с нижней половиной конической горловины стандартного вытяжного почвенно-глубинного термометра ТМ10. Слои витков провода в упругой гильзе 16 составляют четное число, так как последовательную намотку провода начинают с конической части оправки (несколько отступив от ее края с наибольшим диаметром), продолжают на цилиндрической части, в конце которой заканчивают первый слой витков, второй, четный по порядку слой, как и всю намотку, заканчивают в первоначальном месте на конической части оправки. Для образования внешней цилиндрической формы упругой гильзы 16 провод наматывают чаще в конической части металлической оправки. После снятия с оправки упругая гильза 16 самопроизвольно растягивается, в результате оказывается немного удлиненной под нижним концом 24 резервуара 11 вставленного в нее термометра 9. Поэтому, чтобы при установке в оправу 1 упругой гильзы 16 со вставленным термометром 9 до упора ее нижним торцом 25 в дно 17 металлического наконечника 2 зазор между нижним концом 24 резервуара 11 и нижним торцом 25 упругой гильзы 16 был минимальным, применяют на оправке ограничители, например дисковые: один ограничитель на цилиндрическом конце, другой в нижней части конического конца, они воспрепятствуют намотке излишней длины упругой гильзы 16. Поскольку в разных изделиях вытяжного почвенно-глубинного термометра ТМ10 или временно заменяющего его срочного термометра ТМ3 длина резервуара неодинакова и составляет 20 или 25 мм, то упругую гильзу 16 изготовляют с максимальной длиной 25 мм цилиндрической части ее полости при длине 5 мм верхней конической части полости. Тогда длина оправки между ограничителями составит 30 мм, а длина снятой с оправки изготовленной упругой гильзы 16 после ее самопроизвольного растяжения около 33 мм. В результате у термометра 9 с максимальной длиной 25 мм резервуара 11 конец 24 висит над дном 17 металлического наконечника 2 на высоте примерно 3 мм, а у термометра 9 с длиной резервуара 20 мм выше на величину разности длин 25-20=5 мм, т.е. на высоте 3+5=8 мм. Провисание резервуара 11 над металлическим наконечником 2 необходимо для повышения надежности устройства, исключающей разбитие термометра 9. Можно применять следующую технологию намотки провода на оправку: закрепив первый конец провода на конической части оправки петлей с одинарным узлом (внутренним, поскольку он окажется внутри готовой упругой гильзы 16, на чертеже не показан) и оставив свободным выходящий из узла конец провода длиной 80-90 мм, делают намотку провода на оправке между ограничителями, контактирующими друг с другом витками по аналогии с навивкой пружины растяжения; последний виток провода делают в виде петли с наружным одинарным узлом 26 вверху упругой гильзы 16 под оставленным в начале намотки первым свободным концом провода (для получения узла 26 второй конец 27 провода заводят за образованный им виток и стягивают), после чего первый свободный конец навивают в один-два витка жгута вокруг конической части оправки над верхним торцом упругой гильзы 16 с малым зазором для образования петли 21, причем наклонно с целью образования щели для двойного узла 22 шнура 15; второй конец 27 провода отводят и скручивают с первым концом в петле 21 в жгутик 20, который отгибают перпендикулярно продольной оси упругой гильзы 16 с прижимом к ее наружным виткам. Готовую упругую гильзу 16 снимают с оправки, сняв ограничитель с цилиндрического ее конца. Надежность упругой гильзе 16 придают две петли с внутренним (не показан) и наружным 26 одинарными узлами провода, без которых при вытягивании ее в оправе шнуром 15 витки первого и последнего слоев могут сильно растянуться с выводом из строя упругой гильзы 16. Узлы в двух петлях провода выполнены одинарными, для ускорения процесса изготовления упругой гильзы 16 и чтобы чрезмерно не уменьшать ее наружный диаметр из-за помехи со стороны наружного узла 26. По окончании намотки провода наружный диаметр упругой гильзы 16 должен быть на 1,0-1,5 мм меньше внутреннего диаметра винипластовой оправы 1, аналогично в оправе из ударопрочного полистирола или полиэтилена, имеющей больший внутренний диаметр. Изготовление упругой гильзы 16 можно механизировать путем закрепления металлической оправки на токарно-винторезном или на токарно-револьверном станке, на которых обычно предусмотрен широкий диапазон скоростей и подач, что позволяет подобрать их в нужном режиме. По сравнению с упругой гильзой 16 изготовление элемента повышения температурной инерции в виде цельнометаллической гильзы способом отливки или вытачивания заготовки на токарном станке нетехнологично из-за большей трудоемкости; в связи с большей жесткостью такой гильзы увеличится частота разбития резервуара 11 термометра 9; увеличится стоимость заводского изготовления гильзы.

В отличие от оправы 1 с щелевой прорезью 5 и упругой гильзой 16, изготовляемыми в заводских условиях, гибкую тягу в виде капронового шнура 15 или из другого подручного материала с необходимым количеством уплотняющего утолщения в виде узла 18 для винипластовой оправы 1 могут выполнять сами работники метеостанций. Однако хотя бы одна упругая гильза 16 из пяти или семи в комплекте должна быть в качестве образца снабжена на заводе-изготовителе привязанным к петле 21 шнуром 15 с узлом 18, расположенным в натянутом шнуре 15 выше выреза 3 винипластовой оправы 1 (для оправы из ударопрочного полистирола или полиэтилена шнур 15 на узел 18 не завязывают).

Устройство работает следующим образом.

Коэффициент температурной инерции любого жидкостного термометра пропорционален его массе, через которую осуществляется теплообмен с окружающей средой (Кедроливанский В.Н. и Стернзат М.С. Метеорологические приборы. Л. Гидрометеоиздат, 1953, с. 14-15). В известных устройствах для вытяжного почвенно-глубинного термометра масса последнего увеличена охватывающими его резервуар металлическими опилками, через которые осуществляется теплообмен с почвой на глубинах, этим повышена инерционность ртутного термометра, т.е. уменьшена скорость восприятия им температуры окружающей среды, что необходимо на время вытаскивания термометра из трубы и считывания температуры. В предлагаемом устройстве масса вытяжного почвенно-глубинного термометра 9 уменьшена из-за частичного зазора (воздушной прослойки) между стенками эксцентрически установленной упругой гильзы 16 (заменителя металлических опилок) и оправы 1, значит, снижена инерционность термометра 9. Однако это снижение инерционности на короткое время вытаскивания из трубы стержня 7 с оправой 1, содержащей термометр 9, и считывания температуры полностью компенсируется очень малой молекулярной теплопроводностью воздуха в частичном зазоре, в 20000 раз меньшей, что теплопроводность меди, т.е. материала упругой гильзы 16 (Ландау Л. Ф. и Китайгородский А.И. Физика для всех. Движение. Теплота. 3-е изд. М. Наука, 1974, с. 247). В периоды же между сроками измерения температуры почвы на глубинах уменьшенный из-за малой теплопроводности воздуха в частичном зазоре молекулярный теплообмен с почвой резервуара 11 термометра 9 компенсируется конвекцией воздуха с переносом теплоты в этом зазоре. Известно, что перенос теплоты конвекцией воздуха многократно превышает интенсивность переноса молекулярным теплообменом. В результате предложенная конструкция устройства не искажает измеряемые значения температуры горизонтов почвы на глубинах и естественный ход температуры в сравнении с известными устройствами, содержащими металлические опилки в качестве элемента повышения температурной инерции Для первичной установки на станции упругой гильзы 16 с термометром 9 в оправу 1 сначала проводят подготовительные операции. К положенной на стол винипластовой оправе 1 снаружи продольно прикладывают с заранее привязанным к петле 21 шнуром 15 упругую гильзу 16 торцом 25 на уровне дна 17 металлического наконечника 2, натягивают шнур 15 параллельно оправе 1 и на отметке выше верхнего края ее выреза 3 завязывают шнур 15 уплотняющим утолщением на один одинарный узел 18 (предварительно). Затем шнур 15 пропускают через отверстие кольцевой прокладки 23, через это же отверстие вертикально резервуаром 11 вставляют в упругую гильзу 16 термометр 9 до упора его конической горловины 12 в двойной узел 22 на петле 21 и, натянув вдоль оболочки термометра 9 шнур 15 (удерживая его пальцами за опорный узел 14) с расположением узла 18 на общей линии с двойным узлом 22 и ребром шкальной пластины, вставляют неполностью термометр 9 с упругой гильзой 16 в оправу 1 так, чтобы шкальная пластина разместилась симметрично против сквозного выреза 3, а узел 18 выше среза 6 оправы 1. Проверяют плотность посадки в оправе 1 термометра 9 вращением его оболочки пальцами руки через сквозной вырез 3. Если термометр 9 поддается вращению, то шнуром 15 частично выдвигают упругую гильзу 16 с термометром 9 настолько, чтобы одинарный узел 18 появился над срезом 6 оправы 1, и одинарный узел 18 увеличивают в объеме простым узлом для получения двойного узла, при необходимости шнур 15 завязывают на дополнительные двойные или одинарные узлы с интервалами между ними. Вновь неполностью проталкивают термометр 9 с упругой гильзой 16 в оправу 1 и повторяют проверку плотности посадки термометра 9, если его не удается повернуть, то на этой операции предварительную работу заканчивают. Здесь имеются две особенности: термометр 9 обязательно удерживают вертикально при пропуске его резервуара 11 в упругую гильзу 16, избегая случайного бокового нажатия на нее, чтобы не сломать стеклянный резервуар; при тугом вхождении резервуара 11 в упругую гильзу 16 термометр 9 немного вращают влево-вправо.

Для оправы из ударопрочного полистирола или полиэтилена описанные операции аналогичны, но на вышеуказанной отметке в качестве уплотняющего утолщения навивают кольцо витками верхнего конца шнура 15 на оболочке вставленного в упругую гильзу 16 термометра 9. При этом точку перекрытия шнура 15 витками кольца располагают на общей линии с двойным узлом 22 и ребром шкальной пластины. Кольцо фиксируют петлей шнура 15 с одинарным узлом, место размещения которого произвольно.

Приступают к окончательной установке термометра 9 с упругой гильзой 16 в оправу 1. Для этого проталкивают их глубже так, чтобы торец 8 оболочки термометра 9 расположился на 10-20 мм ниже среза 6 оправы 1. В оправу 1 на торец 8 накладывают дисковый амортизатор 10 и, нажимая на него стержневым предметом, например, тыльным концом карандаша, проталкивают глубже термометр 9 с упругой гильзой 16 до легкого упора ее нижнего торца 25 в дно 17 металлического наконечника 2. Если шнур 15 не имел опорного узла, то верхний его конец в удалении 20-30 мм от среза 6 оправы 1 завязывают на опорный узел 14 одинарный или двойной. Навивают верхний конец шнура 15 витками 13 на переднюю фалангу пальца руки, затем витки 13 снимают с пальца и опускают в оправу 1 на дисковый амортизатор 10, на котором их уплотняют стержневым предметом.

В этой работе легкий упор упругой гильзы 16 в дно 17 металлического наконечника 2 необходим, чтобы не раздавить торец 8 оболочки или коническую горловину 12 термометра 9, упирающуюся в петлю 21 упругой гильзы 16. Расположение шнура 15 вдоль ребра шкальной пластины термометра 9 указано для оптимального варианта оправы 1 со сквозным, т.е. двухсторонним вырезом 3. Этим достигнут в отличие от базового устройства дополнительный технический результат: при отсутствии даже укороченной резиновой прокладки можно изготовлять оправу 1 только со сквозным вырезом 3, что улучшает просвечиваемость стеклянной шкальной пластины в термометре 9 и, значит, повышает точность считывания температуры в темное время суток и в пасмурную погоду.

Для извлечения термометра 9 из снятой со стержня 7 оправы 1 из нее сначала вынимают верхний конец шнура 15 зацеплением витков 13 с помощью, например, жесткой проволоки с Г-образно согнутым концом. Затем оправу 1 удерживают в руке над столом, а другой рукой с помощью верхнего конца шнура 15, обхватив пальцами опорный узел 14, частично вытягивают упругую гильзу 16 в оправе 1 (одновременно с кольцевой прокладкой 23 и дисковым амортизатором 10) так, чтобы за срез 6 оправы 1 выдвинулся верхний конец оболочки термометра 9, взявшись за который, термометр 9 целиком вынимают из оправы. Упругую гильзу 16 со шнуром 15 и кольцевой прокладкой 23 на шнуре 15 оставляют в оправе 1 (дисковый амортизатор 10 выпадет на стол).

При последующих установках в оправу 1 термометр 9 вставляют в нее с пропуском резервуара 11 в отверстие кольцевой прокладки 23 и далее в упругую гильзу 16, оставленные ранее внутри оправы 1. При этом для плотного контакта конической горловины 12 с петлей 21 и кольцевой прокладкой 23 до опускания их под вырез 3 подпирают нижний торец 25 упругой гильзы 16 тыльным концом карандаша, пропущенным в вырез 3. При таком способе установки без вынимания упругой гильзы 16 из оправы 1 достигается: сохранность термометра 9 без поломки резервуара 11; долговечность упругой гильзы 16, так как меньше растягиваются витки составляющего ее провода; ускорение работы.

Для инспекторского контроля за элементом устройства, служащим для повышения температурной инерции термометра 9, т.е. за наличием упругой гильзы 16, используют подручный стержневый предмет, который пропускают через щелевую прорезь 5 оправы 1 и прощупывают дисковый амортизатор 10, являющийся индикатором наличия упругой гильзы 16. В качестве щупа могут быть использованы игла, спица, малогабаритный гвоздь и т.п.

При случайном разбитии термометра 9 производят чистку оправы 1 и упругой гильзы 16 с использованием части предметов, применяемых для чистки инспекторского барометра: стального шомпола, поднос-кюветы и чистой белой ветоши (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 10, ч. 1, Л. Гидрометеоиздат, 1976, с. 232-235, рис. а, з, д). С учетом малого диаметра (6 мм) цилиндрической части полости в упругой гильзе 16 стальной шомпол изготовлен из стальной спицы (например, велосипедной), применяемой для чистки инспекторского барометра, причем вместо заточки его конец имеет насечку длиной 25 мм, равной максимальной длине резервуара в изделиях вытяжного почвенно-глубинного термометра отечественной марки ТМ10 (или ТМЗ срочного термометра). Как и в упомянутых аналогах, постоянная поднос-кювета изготовлена из листового железа (например, жести) размером не менее 60х60 см с высотой бортиков 5-7 см и покрыта двойным слоем масляной краски; поднос-кювету одноразового пользования складывают из большого листа плотной чертежной бумаги или в связи с малым количеством ртути в резервуарах термометров ТМ10 и ТМ3 из миллиметровой бумаги с заклеенными углами бортиков. В отличие от чистки инспекторского барометра дополнительно используют лист эластичного полиуретана поролона и вяжущую жидкость типа животного жира, технических смазок (например, вазелина) или масла. Для чистки над поднос-кюветой полностью вытягивают шнуром 15 из оправы 1 упругую гильзу 16 с разбитым термометром 9, который временно отставляют к бортику поднос-кюветы, в последнюю путем легкого встряхивания сбрасывают остатки ртути и осколков стекла из оправы 1, перевернутой металлическим наконечником 2 вверх, и из упругой гильзы 16, перевернутой вниз верхним краем с петлей 21. Протирают сухой ветошью оправу 1 внутри и снаружи, а упругую гильзу 16 снаружи. Внутри упругую гильзу 16 сначала протирают закрепленной нитью в части насечки шомпола полоской поролона, слегка смоченной вяжущей жидкостью (использовано известное свойство поролона абсорбировать и аккумулировать с поверхностей капли ртути и мелкие осколки стекла, которое усилено вязкой жидкостью). Окончательно упругую гильзу 16 протирают полоской сухой ветоши, закрепленной на стальном шомполе. При встряхивании и протирках упругую гильзу 16 удерживают сжатием пальцами (в осевом ее направлении) нижнего торца 25 и петли 21, чтобы не допускать растяжения витков провода и, следовательно, застревания между ними большого количества капель ртути и мелких осколков стекла. По окончании чистки деталей металлическую поднос-кювету протирают сырой тряпкой с керосином и эту тряпку вместе с остатками ртути и использованными полосками поролона, разбитым термометром 9 закапывают в грунт в местах складывания мусора, вдали от водоемов и огородов. Бумажную поднос-кювету с использованными полосками ветоши сжигают на открытом воздухе.

В возможности описанной чистки, производимой постоянно, заключается дополнительный технический результат: улучшена охрана труда наблюдателей (по технике безопасности), так как нет нужды при отсутствии запаса металлических опилок или ради их экономии использовать их неоднократно в смеси с каплями пролившейся в них ртути.

Как и при эксплуатации известного устройства для вытяжного почвенно-глубинного термометра, содержащего металлические опилки (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 3, ч. 1, 1985, с. 80), требуется соблюдать осторожность при опускании в трубу (не показана) стержня 7 с оправой 1, содержащей упругую гильзу 16 с термометром 9, чтобы не разбить последний ударом оправы 1 по надземной части трубы или сильным ударом в момент контакта металлического наконечника 2 оправы с металлическим наконечником трубы.

Сущность изобретения: вытяжной почвенно-глубинный термометр содержит оправу с металлическим наконечником, вырезом и сквозной продольной прорезью, сообщающейся с щелевой прорезью. Термометр нижней частью вставлен в упругую гильзу, к петле которой прикреплен натянутый шнур (или нить, леска). Упругая гильза изготовлена в виде многослойных витков голого медного провода, упирается в дно металлического наконечника и частично контактирует с оправой. Шнур пропущен через отверстие кольцевой прокладки и в части размещения на оболочке термометра над вырезом оправы имеет по меньшей мере одно уплотняющее утолщение. Верхний конец шнура с опорным узлом размещен витками на дисковом амортизаторе. Изобретение повышает удобство пользования и точность показаний температуры. 1 ил.

ВЫТЯЖНОЙ ПОЧВЕННО-ГЛУБИННЫЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий оправку с металлическим наконечником, вырезом, сквозной продольной прорезью и сообщающейся с ней на одной стороне оправы щелевой прорезью, установленные в оправе резервуар с термочувствительным веществом, конической горловиной и инерционным элементом, кольцевую прокладку, амортизатор, выполненный в виде диска, и закрепленную с натяжением гибкую тягу с выведенным над амортизатором свободным концом с опорным узлом, отличающийся тем, что инерционный элемент выполнен в виде образованной из многослойных витков медного голого провода упругой гильзы, охватывающей резервуар и примыкающую к нему часть конической горловины и установленной с упором в дно металлического наконечника и к одной стороне оправы с образованием зазора с противоположной ее стороны, гибкая тяга прикреплена к проводу упругой гильзы, выполненному в виде петли, двойным узлом, размещенным с упором в кольцевую прокладку, пропущена через отверстие последней и выполнена по меньшей мере с одним уплотняющим утолщением над вырезом оправы, а свободный конец расположен в виде витков на амортизаторе.