Устройство измерения параметров ледяного покрова (его варианты) Советский патент 1987 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для гидрофизических измерений, и может быть использовано для получения информации о толщине и плотности как натурного ледяного покрова, так и моделированного в условиях исследовательских опытовых бассейнов.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости и получение возможности многократного измерения.

На фиг.1 приведена схема устройства с размещением элементов по углам треугольной платформы на фиг.2 - функциональная блок-схема устройства, на фиг.З - конструкция устройства, вариант.

В лед 1 вмораживают чувствительные элементы 2 и 3 и контактный электрод 4. Все три элемента укреплены в углах платформы 5 треугольной формы, опирающейся на поверхность ледяного покрова 1. Оба чувствительных элемента выполнены в виде жесткой одинарной петли 6 из металла, помещаемой в диэлектрическую оболочку. Кантактнг,ш электрод 4 выполнен в виде металлического штыря с контактной площадкой 7 на нижнем конце. Длина элементов (2-4.превышает максимально возможную толщину ледяного покрова 1, поэтому нижние участки элементов 2 и 3 и контактная площадка 7 постоянно находятся в воде под поверхностью ледяного покрова. Чувствительный элемент 2 снабжен двумя выводами 8 от петли, а чувствительный элемент 3 и контактный электрод 4 снабжены одинарными выводами 9 и 10. При проведении измерений чувствительный элемент 2 подключается к источнику тока нагрева, в результате протаивается лунка 11. Б лунку 11 поднимается вода до своего свободного уровня 12, обусловленного различием плотностей воды и льда и соответствующего уровню при свободно плавающей льдине.

Вмороженные в лед 1 чувствительные элементы 2 и 3 и контактный электрод 4 (фиг.2) подключены к измерительным резистивно-емкостным мостам 13 и 14. Диагонали питания обоих мостов подключены к выходам генератора 15 переменного напряжения, а выходные диагонали - к отдельным узлам 16 и 17 выпрямления напряжения. Выход узла 16 подсоединен к инвертирующему входу дифференциального узла 18 вычитания

5

0

5

и одновременно к входу двухканального регистратора 19 напряжения. Выход у.з- ла 17 подсоединен к неинвертирующему входу узла 18, а выход узла 18 подсоединен к второму входу регистратора 19. Устройство снабжено также источником 20 тока нагрева, к которому обоими выводами подключена петля чувствительного элемента 2.

Устройство по второму варианту содержит опорную платформу 21 кольцевой формы (фиг.З), опирающуюся на поверхность льда 1 и скрепленную диаметральными стяжками 22. По окружности платформы установлен нагреваемый чувствительный элемент 23, выполненный в виде многопетлевой цилиндрической сетки с длиной, образующей цилиндр, превыпшющей тотп ту льда 1, т„е. погруженной своей нижней частью в воду 24. Соосно с нагреваемым элементом установлен второй (ненагреваемый) элемент 25, выполненный также в виде многопетлевой цилиндрической сетки, однако имеющей меньший диаметр по сравнению с сеткой элемента 23, - Обе сетки снабжены диэлектрическими оболочками (не показаны). По оси устройства расположен опорный элемент 26, выполненный в виде металлического штыря с контактной площадкой 27, располагающейся в воде 24. Вывод 28 опорного элемента совместно с выводом 29 от элемента 25, а также совместно с одним из Еъшодов 30 от элемента 23 подключен к емкостным плечам измерительных мостовых схем. Оба вывода 30 от элемента 23 подключены к источнику напряжения нагрева.

Целесообразно также выполнение конструкций платформ 5 (фиг.1) и 21 (фиг.З) из полых элементов, В платформе 5 такие элементы образуют все три стороны треугольника и выполня- ются, например, из герметичных труб. В платформе 21 (фиг.З) из аналогичных труб выполняются стяжки 22 и кольцевая арматура чувствительных элементов 23 и 25 в их верхней части.

При пров€ дении измерений один из вмороженных элементов нагревают пропусканием электрического тока в течение времени, достаточного для появления протаявшей лунки, В протаяв- щую лунку входит вода и занимает уровень, соответствующий уровню при свободно плавающей льдине. Поскольку элемент реагирует на положение повер

0

5

0

50

хности воды, являющейся электропроводной жидкост ю, то момент вхождения воды в лунку однозначно фиксируется по резкому изменению характеристик этого элемента.

Зная исходное положение обоих элементов относительно верхней поверхности льда, несложно определить толщину льда по данным непрогретого элемента, а по разности между данными обоих элементов его плотность.

Толщина определяется суммой

- где Z - положение верхней кромки

непрогретого чувствительного элемента относительно верхней поверхности льда , Z- - положение поверхности воды,

о

измеренное относительно вер- хней кромки чувствительного элемента.

При этом ось расстояний Z считается направленной вниз. ,

Плотность льда определяется по вы- ражению

л

де р но

не

. -в

(2„ - Z, )

МО

(

-средняя плотность воды в районе проведения измерений,

-положение верхней кромки нагреваемого чувствительного элемента относительно верхней поверхности льда;

- положение поверхности воды в лунке по данным нагреваемого элемента.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров ледяного покрова, содержащее ненагреваемый чувствительный элемент,

подключенный через линию связи к бло- внутри и имеет одинаковую с обоими

ку измерения и регистрации, отличающееся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости и получения возможности многократного измерения, оно дополнительно снабжено нагревав- мым чувствительным элементом с источником питания, контактным электродом платформой треугольной формы, причем все элементы закреплены в трех точках, расположенных в вершинах треугольника, чувствительные элементы выполнены в виде жестких электродов, помещенных в диэлектрические оболочки, при этом нагреваемый чувствитель

0

i

0

5

0

5

0

ный элемент выполнен в виде электрод и-образной формы, а блок измерения состоит из двух резистияно-емкостиыл мостов, двух блоков выпрямления, блока вычитания, двухканального регистратора, причем один из выводов нагреваемого элемента совместно с выводом контактного электрода подключен в плечо первого резистивно-емкостного моста, выходная диагональ которого через первый блок выпрямления подсоединена к. неинвертирующему входу блока вычитания, в плечо второго резистивно-емкостного моста подключен вывод ненагрёваемого чувствительного элемента и выход этого моста через второй блок выпрямления подсоединен к инвертирующему входу блока вычитания и параллельно к первому входу регис- ратора, к второму входу которого подсоединен выход блока вычитания.

2. Устройство для измерения параметров ледяного покрова, содержащее ненагреваемый чувствительный элемент, подключенный через линию связи к блоку измерения и регистрации, отличающееся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости и обеспечения возможности многократного измерения, оно дополнительно снабжено нагреваемым чувствительным элементом с источником питания, контактным электродом, платформой цилиндрической формы, причем нагреваемый чувствительный элемент выполнен в виде распределенного по поверх ности цилиндрической платформы обмотки-электрода, заключенного в диэлектрическую оболочку, коаксиально с ним установлен ненагреваемый чувствитель ный элемент, выполненный в виде цилиндрического электрода меньшего диаметра, контактный электрод установлен коаксиально

л

5

электродами длину, а блок измерения состоит из двух резистивно-емкостных мостов, двух блоков выпрямления, блока вычитания, двухканального регистратора, причем один из выводов от нагреваемого элемента совместно с выводом от контактного электрода подключен в плечо первого резистивно- емкостного моста, выходная диагональ которого через блок выпрямления подсоединена к неинвертирующему входу блока вычитания, з плечо второго резистивно-емкостного моста подключен вывод ненагреваемого элемента и выход

51295234-6

этого моста через второй блок выпрям- к первому входу регистратора, а к ления подсоединен к инвертирующему второму входу регистратора подсоеди- входу блока вычитания и параллельно - иен выход блока вычитания.

Редактор А.Шандор

Фиг.З

Составитель Г.Туманян

Техред i.Кадар Корректор Л.Патай

Заказ 609/47Тираж §94Подписное

ВНИИПИ Государств(68його комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к приборостроению, к устройствам для гидрофизических измерений. Цель изобретения - уменьшение трудоемкости и получение возможности многократного измерения . Вмороженные в лед t чувствительные элементы 2 и 3 (ЧЭ) и контактный электрод 4 подключены к измерительным резистивно-емкостным мостам 13 и 14. Диагонали питания обоих мостов подключены к выходам генератора 15 переменного напряжения, а выходные диагонали - к узлам 16 и 17 выпрямления напряжения (ВН). Выход узла 16 ВН подсоединен к инвертирующему входу дифференциального узла 18 вычитания и одновременно к входу двухканального регистратора 19 напряжения. Выход узла 17 ВН подсоединен к неинвертирующему входу узла 18 вычитания, а выход последнего подсоединен к входу регистратора 19 напряжения. К источнику 20 тока нагрева подключена петля ЧЭ. 2. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. с & (Л 12 12 fff S 12 to со ел Юо Фаг. 1