Мерзлотомер Российский патент 2024 года по МПК G01K5/02 G01K11/06 G01K13/00 G01W1/00 

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

Известен мерзлотомер [1], получивший наибольшее распространение при практических работах. Он состоит из обсадной трубки с герметичным закрытым нижним концом и открытым верхним, которую устанавливают в почву для измерения промерзания. Внутри обсадной трубки, соосно с ней, сверху опускают заполненный водой резиновый шланг с герметично закрытым нижним концом. Извлекая через определенные промежутки времени шланг из обсадной трубки и прощупывая его, определяют границу раздела льда и воды и измеряют ее глубину. Условно принимают, что эта граница соответствует глубине промерзания окружающей мерзлотомер почвы.

В известном мерзлотомере теплопередача от почвы к шлангу-индикатору нарушена вследствие перемешивания воздуха внутри обсадной трубки. Периодические извлечения шланга из обсадной трубки, нарушают стабильность теплового режима внутри нее, что приводит к увеличению погрешности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по техническому исполнению и достигаемому результату является мерзлотомер [2], который включает в себя обсадную трубку с закрытым днищем. В ней с зазором, заполненным водой, помещен прозрачный гибкий шланг с подкрашенной незамерзающей жидкостью и закрытым нижним концом. В верхней части обсадной трубки дополнительно выполнено 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.

При работе с известным мерзлотомером необходимо раскапывание снега, а из-за перемешивания воды внутри обсадной трубки нарушена точность измерений. В нем также отсутствует отдельная шкала измерения глубины снежного покрова.

Цель изобретения - повышение удобства в работе при измерениях глубины снежного покрова и глубин промерзания и оттаивания почв и повышение точности измерений.

Для достижения поставленной цели предложен мерзлотомер, состоящий из обсадной трубки с закрытым днищем, в которой с зазором, заполненным водой с неорганическим загустителем, помещен сборный гибкий шланг с эластичной кольцеобразной пробкой. В верхней части обсадной трубки выполнены вертикальный паз и снегомерная шкала. В обсадную трубку дополнительно вставлена и закреплена хомутом внутренняя трубка, закрытая сверху, со смотровой щелью, шкалой промерзания почвы и технологическим окном. Гибкий шланг, частично заполненный подкрашенной незамерзающей жидкостью, состоит из верхней и нижней частей, соединенных втулкой внутри эластичной кольцеобразной пробки. При этом верхняя часть шланга, негерметично закрытая сверху крышкой, выполнена прозрачной, а нижняя, герметично закрытая снизу заглушкой, эластичной.

На фигуре 1 показан вертикально установленный в почве мерзлотомер с сечениями в верхней и нижней его частях.

Мерзлотомер (фиг. 1) состоит из наружной обсадной трубки 1 с закрытым днищем, заполненной водой с неорганическим загустителем 2, в которую опущен гибкий шланг 3 с герметичной нижней заглушкой 4, заполненный подкрашенной незамерзающей жидкостью 5. В средней части наружной обсадной трубки 1 выполнены дренажное отверстие 6 и эластичная кольцеобразная пробка 7 с втулкой 8, на концах которой снизу надет эластичный шланг 3, а сверху - гибкий прозрачный шланг 9. В верхней части наружной обсадной трубки 1 дополнительно выполнены вертикальный паз 10 и снегомерная шкала 11. В нее также вставлена внутренняя трубка 12 с закрытым верхом, которая зафиксирована хомутом 13. При этом на внутренней трубке 12 дополнительно выполнены смотровая щель 14, шкала промерзания почвы 15 и технологическое окно 16. Сверху гибкий прозрачный шланг 9 неплотно закрыт верхней крышкой 17, что обеспечивает прохождение воздуха при перемещениях по нему подкрашенной незамерзающей жидкости 5.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно перед работой один из мерзлотомеров тарируют. Для этого его разбирают, заправляют жидкостями и собирают в следующей последовательности.

Первоначально отпускают хомут 13 и достают из наружной обсадной трубки 1 внутреннюю трубку 12. Затем через вертикальный паз 10 поднимают эластичную кольцеобразную пробку 7, а вместе с ней гибкий прозрачный шланг 9 с втулкой 8 и эластичным шлангом 3 с нижней заглушкой 4. Удерживая шланги в вертикальном положении, снимают с верхнего конца гибкого прозрачного шланга 9 верхнюю крышку 17 и заливают в него подкрашенную незамерзающую жидкость 5 до тех пор, пока она не появится в эластичном прозрачном шланге 9. Чтобы жидкость лучше проходила в эластичный шланг 3 пальцами свободной руки сжимают его несколько раз до прекращения прохода пузырьков воздуха через втулку 8. Затем заливают предварительно подготовленную смесь воды с неорганическим загустителем 2, во внутреннюю полость наружной обсадной трубки 1 с помещенным в нее эластичным шлангом 3 до появления жидкости из дренажного отверстия 6. После этого заправляют эластичную кольцеобразную пробку 7 в наружную обсадную трубку 1 и опускают ее до перекрытия ею дренажного отверстия 6.

Затем надевают на гибкий прозрачный шланг 9 внутреннюю трубку 12, помещают ее в верхнюю часть наружной обсадной трубки 1 и стягивают их хомутом 13. Через технологическое окно 16 достают верхний конец гибкого прозрачного шланга 9, снимают с него верхнюю крышку 17 и доливают подкрашенную незамерзающую жидкость 5 до выравнивания уровня этой жидкости с нулевой отметкой на шкале промерзания почвы 15, расположенной около смотровой щели 14. Надев верхнюю крышку 17 на верхний конец гибкого прозрачного шланга 9, возвращают их через технологическое окно 16 внутрь внутренней трубки 12.

Собранный и заправленный мерзлотомер выставляют на мороз в вертикальном положении до полного его замораживания. Вода с неорганическим загустителем 2 в наружной обсадной трубке 1 полностью замерзает, сжимает эластичный шланг 3 и выдавливает подкрашенную незамерзающую жидкость 5 вверх через втулку 8 вдоль шкалы промерзания почвы 15, расположенной рядом со смотровой щелью 14. Зная высоту вертикального столба промерзшей воды с неорганическим загустителем 2 и величину перемещения выдавленной подкрашенной незамерзающей жидкости 5 вдоль шкалы промерзания почвы 15, определяют переводной коэффициент и условно принимают его постоянным для этого типа обсадных трубок 1 и шлангов 3 и 9, используемых в мерзлотомерах.

Предварительно заправленные и подготовленные мерзлотомеры перед появлением первых заморозков устанавливают в следующей последовательности. Первоначально в почве на месте измерений бурят скважины требуемой глубины. Затем в них опускают наружные обсадные трубки 1 до выравнивания дренажных отверстий 6 с уровнем поверхности почвы. Зазоры между обсадными трубками 1 и краями скважин засыпают вынутой из скважин почвой.

При появлении мороза первоначально образуется ледяная корка, как на поверхности почвы, так и на поверхности воды с неорганическим загустителем 2, находящихся на одном уровне. Затем по мере усиления мороза, увеличивается глубина промерзания почвы и воды с неорганическим загустителем 2 в наружной обсадной трубке 1, которая замерзая, постепенно сдавливает эластичный шланг 3 и поднимает в нем подкрашенную незамерзающую жидкость 5 вдоль шкалы промерзания почвы 15 внутренней трубки 12. Присутствие в воде неорганического загустителя препятствует перемешиванию ее в наружной обсадной трубке 1, что способствует повышению точности измерений глубины промерзания почвы. Кроме того, наличие во втулке 8 небольшого проходного отверстия уменьшает вертикальное перемещение внутри шлангов подкрашенной незамерзающей жидкости 5, способной при этом переносить тепло из подземной в наземную части шлангов 3 и 9, что способствует получению более точных результатов измерений. Часто кроме измерений глубин промерзания почв требуются и замеры глубины снежного покрова. Для этого у мерзлотомера в верхней части наружной обсадной трубки 1 выполнена снегомерная шкала 11.

Визуально, не раскапывая снег, исследователи, работая с предлагаемым мерзлотомером, одновременно могут измерять по снегомерной шкале 11 величину снежного покрова, а по поднятой над снегом верхней шкале промерзания почвы 15 величину перемещения подкрашенной незамерзающей жидкости 5. Умножая эту величину на ранее полученный переводной коэффициент, вычисляют глубину промерзания почвы без вытягивания эластичного шланга 3 и использования различных щупов.

Список литературы

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

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

Изобретение относится к метрологическим инструментам и предназначено для полевых измерений глубины снежного покрова и глубины промерзания и оттаивания почв. Сущность изобретения заключается в создании инструмента для измерения глубины снежного покрова и глубины промерзания и оттаивания почв без контакта с ранее установленными устройствами, т.е. без извлечения из обсадной трубки гибкого шланга, без раскапывания снега в зоне измерений, а также отсутствие необходимости вытаскивания каких-либо щупов и использования дополнительных измерительных инструментов. Предлагаемое устройство состоит из наружной обсадной трубки с закрытым днищем, с вертикальным пазом и снегомерной шкалой, в верхней части которой дополнительно вставлена и закреплена хомутом внутренняя трубка, закрытая сверху, со смотровой щелью, шкалой промерзания почвы и технологическим окном. Внутри наружной обсадной и внутренней трубок подвешен сборный гибкий шланг. Он частично заполнен подкрашенной незамерзающей жидкостью и выполнен из верхней и нижней частей, соединенных втулкой, расположенной внутри эластичной кольцеобразной пробки. При этом верхняя часть шланга, неплотно закрытая сверху крышкой, выполнена прозрачной, а нижняя, закрытая снизу заглушкой, - эластичной. Под вертикальным пазом, на уровне поверхности почвы, в наружной обсадной трубке изготовлено дренажное отверстие, закрытое с внутренней стороны эластичной кольцеобразной пробкой. Технический результат - предлагаемое устройство позволяет, не раскапывая снег, визуально по снегомерной шкале регистрировать уровень снежного покрова и без нарушения теплового режима на поверхности почвы в зоне измерения по отдельной шкале определять его промерзание и оттаивание, что удобно в работе с соблюдением качества проводимых исследований. 1 ил.

Мерзлотомер, состоящий из обсадной трубки с закрытым днищем, заполненной водой, с продольным смотровым окном со шкалой, дренажным отверстием и эластичной кольцеобразной пробкой, через центральное отверстие которой пропущен гибкий шланг, заглушенный снизу и заполненный подкрашенной незамерзающей жидкостью, отличающийся тем, что обсадная трубка заполнена водой с неорганическим загустителем, в ней выполнен вертикальный паз со снегомерной шкалой, в нее дополнительно вставлена и закреплена хомутом внутренняя трубка, закрытая сверху, со смотровой щелью, шкалой промерзания почвы и технологическим окном, а гибкий шланг состоит из верхней и нижней частей, соединенных втулкой внутри центрирующей эластичной пробки, причем верхняя часть, неплотно закрытая крышкой, выполнена прозрачной, а нижняя, выполненная эластичной, герметично закрыта снизу пробкой.