Мерзлотомер Российский патент 2023 года по МПК G01K13/00 G01W1/00 

Изобретение относится к метрологическим приборам и предназначено для измерения глубины промерзания почвы и грунта.

Известен мерзлотомер [1], получивший наибольшее практическое применение. Он состоит из обсадной трубки с герметичным закрытым нижним концом и открытым верхним. Внутри обсадной трубки, соосно с ней в воздушной среде располагается заполненный дистиллированной водой резиновый шланг с герметично закрытыми концами. Извлекая через определенные промежутки времени шланг из обсадной трубки и пальпируя его, устанавливают границу раздела льда и воды, измеряют глубину промерзания. Условно принимают, что эта граница соответствует глубине промерзания окружающей мерзлотомер почвы.

В известном мерзлотомере наличие воздуха внутри обсадной трубы способствует перемещениям более тяжелого воздуха вниз, а теплого - вверх, что приводит к нарушению теплопередачи от грунта к шлангу-индикатору и искажает качество измерений. А периодические извлечения шланга из обсадной трубки в холодную погоду еще больше нарушают стабильность теплового режима внутри нее, что приводит к увеличению погрешности измерений.

Известен мерзлотомер [2], состоящий из обсадной трубки с закрытым днищем, в которой с зазором, заполненным водой, помещен прозрачный гибкий шланг с закрытым нижним концом, заполненный подкрашенной незамерзающей жидкостью. В верхней части обсадной трубки дополнительно выполнены смотровое окно со шкалой, эластичной пробкой и дренажным отверстием. Сверху обсадная трубка закрыта крышкой с центральным болтом, зафиксированным гайкой, на резьбовом конце которого закреплен прозрачный гибкий шланг. В обсадной трубе известного мерзлотометра присутствует вода, которая также может перемешиваться, и вносить погрешности в измеряемую глубину промерзания.

Известен мерзлотомер [3], содержащий обсадную трубку с закрытым днищем, в которой с зазором, заполненным водой, соосно помещен эластичный шланг с незамерзающей жидкостью и жестким щупом с плоским расширением на нижнем конце. Известный мерзлотомер, как и все вышеперечисленные, нуждается в предварительном бурении скважин и установке в них обсадных трубок. В нем также присутствует температурная циркуляция воды, влияющая на качество получаемой информации.

Цель изобретения - повышение качества измерений глубин промерзания и оттаивания грунтов с одновременным сокращением количества подготовительных работ.

Для достижения поставленной цели предлагается мерзлотомер, состоящий из горизонтальной рукоятки, на которой сверху в центре жестко закреплен цилиндр с крышкой, окном и ударным бойком. С одной стороны на рукоятке подвижно относительно горизонтальной оси на кронштейне установлен двуплечий рычаг с вилкой, а с другой - рулетка на держателе с контрольной пластиной. Снизу по центру к рукоятке жестко прикреплена металлическая трубка со спицей и коническим наконечником. При этом в цилиндре под крышкой подвижно установлен ползун с цилиндрической пружиной и вилкой, закрепленной на внутреннем конце двуплечего рычага. В центре ползуна выполнено резьбовое отверстие, в котором закреплен верхний конец спицы. Рулетка в центре держателя надломлена, что позволяет ей при необходимости перемещаться и удерживаться от свободных перемещений.

На фиг. 1 показан предлагаемый мерзлотомер - вид спереди, на фиг. 2 - увеличенное вертикальное сечение А-А, а на фиг. 3 - увеличенное горизонтальное сечение В-В.

Мерзлотомер (фиг. 1) состоит из горизонтальной рукоятки 1, на которой в центре жестко закреплен цилиндр 2 с крышкой 3, ударным бойком 4 и окном 5. При этом с одной стороны на ней установлен двуплечий рычаг 6 с кронштейном 7 и осью 8, а с другой - рулетка 9 с держателем 10. Снизу по центру к рукоятке 1 жестко, соосно цилиндру 2, прикреплена металлическая трубка 11 со спицей 12 внутри и коническим наконечником 13. Держатель 10 (фиг. 2) жестко прикреплен к горизонтальной рукоятке 1. При этом в верхней его части выполнена контрольная пластина 14.

Внутри цилиндра 2 (фиг. 3) на внутреннем конце двуплечего рычага 6 подвижно установлены вилка 15 и ползун 16 с цилиндрической пружиной 17. В центре на ползуне 16 на резьбовом соединении закреплена спица 12.

Устройство работает следующим образом.

Перед работой берут мерзлотомер и одной рукой прижимают к рукоятке 1 (фиг. 1) свободный конец двуплечего рычага 6, который проворачивается относительно оси 8, установленной на кронштейне 7, и вилкой 15 (фиг. 3), закрепленной на его втором конце, перемещает вверх вдоль окна 5 внутри цилиндра 2 ползун 16. Поднимаясь вверх, ползун 16 сжимает цилиндрическую пружину 17 и поднимает спицу 12 (фиг. 1) с коническим наконечником 13 до касания его металлической трубки 11. Рулетку 9 также устанавливают в исходное положение до совпадения ее нулевого значения с контрольной пластиной 14 (фиг. 2) на держателе 10. На предполагаемом месте определения глубины промерзания расчищают снег и ставят вертикально мерзлотомер. Конец рулетки 9 (фиг. 1) при этом с нажатым положением двуплечего рычага 6 также должен коснуться поверхности поля.

Затем второй рукой берут кувалду и ударяют ею по ударному бойку 4, закрепленному на крышке 3. При этом металлическая трубка 11 вместе со спицей 12 и коническим наконечником 13 начинает погружаться в мерзлый грунт. После прохождения небольшого расстояния в мерзлом грунте конец двуплечего рычага 6 отпускают, и он остается в нажатом положении из-за большого сопротивления со стороны мерзлого грунта, оказываемого на конический наконечник 13. Далее продолжают забивать кувалдой мерзлотомер до тех пор, пока конический наконечник 13 не достигнет незамерзшего грунта. При этом сопротивление его продвижению уменьшается и цилиндрическая пружина 17 (фиг. 3), выпрямляясь, через ползун 16 выталкивает вниз спицу 12, а вместе с ней и конический наконечник 13 (фиг. 1) в незамерзший грунт. Ползун 16 (фиг. 3) опускаясь, проворачивает относительно оси 8 (фиг. 1) двуплечий рычаг 6 и поднимает вверх его свободный конец, что чувствует рука исследователя, находящаяся на рукоятке 1, и он перестает работать кувалдой. При этом сверху хорошо видны показания рулетки 9 (фиг. 2), перемещенной почвой мимо контрольной пластины 14, соответствующей глубине заглубления мерзлотомера, а значит, и глубине промерзания почвы.

Далее берутся двумя руками за рукоятку 1 (фиг. 1) и с проворачиванием извлекают металлическую трубку 11 вместе с коническим наконечником 13 наружу. На новых точках рулетку 9 возвращают в исходное положение и все повторяют в той же последовательности. Предлагаемый мерзлотомер изготовлен и был испытан зимой 2022 года. Испытания показали, что он особенно эффективен при работе на мерзлых почвах с небольшими глубинами промерзания в пределах 15-20 см, что и наблюдалось в период испытаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Труды НИИ гидрометприборостроения. вып. 1. 1950. №14.

2. Вытовтов В.А., Долгополова Н.В., Архипов А.С. Мерзлотомер / Патент на изобретение RU 2780705; МПК G01K 5/02; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И. Иванова"; заявка №2021118980 от 28.06.2021; Бюллетень изобретений №28; 29.09.2022.

3. Авторское свидетельство 1144071 СССР МПК G01W 1/00 Мерзлотомер / Соколов В.М., Соколов А.С.; заявитель и патентообладатель Ленинградский сельскохозяйственный институт и Ленинградский инженерно-строительный институт - №3387472/24-10 заявл. 29.01.1982, опубл. 07.03.1985, бюл. №9.

Изобретение относится к метрологическим инструментам и предназначено для измерения глубины промерзания и оттаивания грунта. Предлагаемый мерзлотомер состоит из горизонтальной рукоятки, на которой сверху в центре жестко закреплен цилиндр с крышкой, окном и ударным бойком. С одной стороны на рукоятке подвижно относительно горизонтальной оси на кронштейне установлен двуплечий рычаг с вилкой, а с другой - рулетка на держателе с контрольной пластиной. Снизу по центру под рукояткой дополнительно прикреплена металлическая трубка со спицей и коническим наконечником. При этом в цилиндре под крышкой подвижно установлен ползун с цилиндрической пружиной и вилкой, закрепленной на внутреннем конце двуплечего рычага. В центре ползуна изготовлено резьбовое отверстие, в котором закреплен верхний конец спицы. Рулетка в центре держателя надломлена, что позволяет ей при необходимости перемещаться и удерживаться от свободных перемещений. Предлагаемое устройство позволяет в неподготовленном месте, раскопав снег, кувалдой забить мерзлотомер и по движению свободного конца двуплечего рычага в точке перехода почвы из замерзшего состояния в талое визуально по положению рулетки определять реальную глубину расположения этой точки и регистрировать ее. Это особенно удобно при измерении небольших глубин промерзания, что в условиях потепления климата часто происходит в большинстве регионов нашей страны. Технический результат - создание прибора для измерения глубины промерзания и оттаивания грунта без предварительного бурения и создания в точках измерений внутренних полостей, влияющих на точность измерений. 3 ил.

Мерзлотомер, включающий вертикальную трубку и спицу с наконечником, отличающийся тем, что к металлической трубке прикреплена горизонтальная рукоятка, на которой сверху с одной стороны на горизонтальной оси на кронштейне установлен двуплечий рычаг с вилкой, в центре соосно с вертикальной трубкой прикреплен цилиндр с крышкой, окном и ударным бойком, а с другой - рулетка на держателе с контрольной пластиной, надломленная по центру держателя, причем в цилиндре под закручивающейся крышкой подвижно установлен ползун с цилиндрической пружиной и вилкой, закрепленной на внутреннем конце двуплечего рычага, а в центре ползуна выполнено резьбовое отверстие, в котором закреплен верхний конец спицы, на нижнем конце которой выполнен конический наконечник.