ИНДИКАТОР АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ Российский патент 1997 года по МПК G01W1/14 

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано в автоматических и дистанционных метеорологических станциях оперативного измерения интенсивности осадков.

Известны устройства для определения интенсивности осадков, реализующие сбор их в специальные емкости и определение объема или массы выпавших осадков в единицу времени [1]
Однако данные устройства не позволяют оперативно получать данные по интенсивности осадков, недостаточно надежны из-за использования механических и кинематических звеньев, а также мало пригодны для дистанционных измерений из-за отсутствия надежных элементов эвакуации осадков.

Известны также устройства для определения интенсивности осадков, представляющие собой оптико-акустико-электронный прибор, в котором происходит преобразование количества капель осадков в количество электрических импульсов за счет прерывания каплями луча лазера, а также звукового сигнала с помощью мембраны и микрофона в электрический сигнал [2]
Однако данным устройствам присущ целый ряд недостатков: возможность помутнения оптики от осадков, влияние случайных шумов, сложность измерительных блоков, а также необходимость энергоемкого электропитания с различными напряжениями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является индикатор атмосферных осадков, содержащий измерительный конденсатор, выполненный в виде секционной обмотки с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками, блоки обработки сигнала и регистратор [3]
В индикаторе изменение емкости конденсатора под действием осадков, попадающих внутрь обмотки, преобразуется в последовательность электрических импульсов, частота следования которых пропорциональна интенсивности осадков.

Однако данное устройство характеризуется низкой точностью измерения интенсивности осадков. Это объясняется тем, что, как известно, интенсивность осадков определяется как количеством капель в единицу времени, так и размером (диаметром) капель. В данном же устройстве интенсивность осадков определяется только по переменной частоте следования электрических импульсов равной длительности. Поэтому результат измерения не зависит от размеров капель, что приводит к низкой точности измерения и наличию существенных погрешностей.

Изобретение направлено на повышение точности измерения интенсивности атмосферных осадков.

Это достигается тем, что в индикаторе атмосферных осадков, содержащем измерительный конденсатор, открытый для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками, блок обработки и регистрации сигнала, введен второй измерительный конденсатор, абсолютно идентичный первому, но закрытый для проникновения осадков, а блок обработки и регистрации сигнала выполнен в виде электродинамического логометра, при этом первый и второй измерительные конденсаторы включены последовательно соответственно в цепи первой и второй параллельно соединенных подвижных катушек логометра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая функциональная схема индикатора.

Индикатор атмосферных осадков выполнен в виде электродинамического логометра, состоящего из неподвижных катушек 1, включенных последовательно с постоянной емкостью 2 в сеть переменного тока с напряжением питания U, и параллельно подключенных к сети подвижных катушек 3 и 4. В цепи каждой из двух подвижных катушек 3 и 4 последовательно включен измерительный конденсатор 5 (6), выполненный в виде секционный обмотки с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками. При этом один из измерительных конденсаторов открыт для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками (изолированными проводниками), а второй измерительный конденсатор 6 абсолютно идентичен первому, но закрыт крышкой 7 от проникновения осадков. Конструкции секционной обмотки измерительных конденсаторов 5 и 6 и крышки 7 конденсатора 6 не приведены, так как обмотка полностью заимствована из устройства-прототипа [3] где она детально изображена, а крышка 7 не имеет никаких специфических конструктивных особенностей и выполняет только функцию защиты пространства между проводниками от проникновения осадков.

Устройство работает следующим образом.

Как известно, отклонения указателя α подвижной части электродинамического логометра определяется отношением действующих значений токов I₁/I₂ в обмотках подвижных катушек 3 и 4. При отсутствии осадков токи I₁ и I₂ равны, отношение их равно единице, и стрелочный указатель логометра находится в начале шкалы на нулевой отметке. При наличии осадков происходит их проникновение в пространство между изолированными проводниками измерительного конденсатора 5, мгновенно изменяется емкость конденсатора 5, его реактивное сопротивление и, как следствие, действующее значение тока I₁ в цепи подвижной катушки 4. Очевидно, что отношение токов I₁/I₂, а следовательно угол отклонения a стрелочного указателя логометра будет определяться интенсивностью осадков. Действительно, в каждый конкретный момент времени реактивное сопротивление измерительного конденсатора 5, а следовательно и действующее значение тока I₁ определяется общим количеством (объемом) осадков, находящихся, а точнее, пролетающих в данный момент через пространство между изолированными проводниками секционной обмотки. Естественно, что это количество (объем) осадков пропорционален как частоте следования капель (их количество в единицу времени), так и размеру капель. Поэтому в данном случае логометр будет показывать уже не приближенное, а точное значение именно интенсивности атмосферных осадков.

Использование в данном устройстве в качестве выходного информативного параметра отношения показаний двух абсолютно идентичных датчиков, находящихся в одинаковых условиях эксплуатации, позволяет практически исключить температурные погрешности, погрешности от колебаний питающего напряжения, инструментальные погрешности и т.п.

Предлагаемое устройство наряду с повышенной точностью измерения интенсивности осадков отличается конструктивной и схемной простотой, широкими функциональными и эксплуатационными возможностями, надежностью, возможностью дистанционного измерения интенсивности осадков, использованием в конструкции типовых, серийно выпускаемых функциональных узлов.

Литература
1. Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения, Л. Д. Гидрометеоиздат, 1968, с. 166 -172.

2. Патент США N 3882381, НКИ 73-170, опубл. 1974.

3. Авторское свидетельство СССР N 607168, кл. G 01 W 1/14, опубл. 1978 (прототип).

Использование: в автоматических и дистанционных метеорологических станциях оперативного измерения интенсивности осадков. Сущность изобретения: индикатор атмосферных осадков содержит два измерительных конденсатора, которые идентичны, но первый из них открыт, а второй закрыт для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками. Первый и второй измерительные конденсаторы включены соответственно в цепи первой и второй подвижных катушек электродинамического логометра. Неподвижные катушки логометра через дополнительный конденсатор постоянной емкости подключены к источнику переменного напряжения, который связан и с цепями подвижных катушек логометра с измерительными конденсаторами. Измерительные конденсаторы выполнены в виде секционных обмоток с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками. 1 ил.

Индикатор атмосферных осадков, содержащий первый измерительный конденсатор, открытый для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками, которые выполнены в виде секционной обмотки с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками, и средство для преобразования изменений емкости первого измерительного конденсатора в выходной сигнал индицируемой величины, отличающийся тем, что он снабжен вторым измерительным конденсатором, идентичным первому, но закрытым от проникновения осадков, а средство для преобразования изменений емкости первого измерительного конденсатора в выходной сигнал выполнено в виде электродинамического логометра с клеммами для подключения к источнику переменного напряжения, к которым подключены через введенный дополнительный конденсатор постоянной емкости обмотка неподвижных катушек логометра, а через первый и второй измерительные конденсаторы соответственно первая и вторая подвижные катушки логометра.