Устройство для измерения температуры воды, донных осадков и теплопроводности донных осадков Советский патент 1989 года по МПК G01K7/16 

to

ts

Изобретение относится к технике Температурных измерений и предназначено для геометрических исследований IB акваториях морей и океанов.

Цель изобретения - повышение точ- йости измерения распределения тем- Пературы по глубине воды и донных Осадков, а также получение дополни- гельной информации о проц€1ссе устано- рления температуры после внедрения зонда и о временных вариациях температуры в донных осадках и придонной воде,

I На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для измерения |температуры воды, донных осадков и теплопроводности донных осадков; на фиг. 2 и 3 .- принципиальные схемы измерительного блока и блока управле- 20 ния; на фиг. 4 - принципиальные схемы дифференциального и обьиного измерительных мостов; на фиг. 5 - пример конструктивного вьтолнения движущегося узла; на фиг. 6 - игольчатый зонд - измеритель теплопроводности; на фиг. 7 - примеры записей датчиков (термопреобразователей) 5 и 6. I Устройство содержит (фиг. 1) гер- |метичную трубу зонда 1 и герметично |соединенньй с ним контейнер 2, термо- |преобразователи 3 и 4 для измерения разности температур, закрепленные на iконцах трубы зонда 1, перемещающийся Iвдоль зонда 1 термопреобразователь 5 I для изучения распределения температуры вдоль зонда и для контролирова- |ния значения разности температур, из- I меряемого фиксированными термопреобразователями, термопреобразователь 6 и нагреватель 7 измерителя теплопроводности, термопреобразователь 8 для измерения- температуры придонной воды, измерительные блоки 9 - 12, блок J3 записи, источник 14 питания, стабили-45 разователей. Термопреобразователи 3

25

30

35

40

Пример конструктивного вьтолнения движущего узла с термопреобразователем 5 показан на фиг. 5. Термопреобразователь 5, помещенный в медньй корпус 28, прижимается к внутренней стенке трубы зонда 1 с помощью пружи ны 29, которая устанавливается на ка ретке 30. Каретка может быть выполне на из фторопласта с целью уменьшения трения и ненужного теплообмена между деталями. При движении термопреобразователь 4 находится в контакте со стенкой трубы зонда 1.

Измеритель теплопроводности пред ставляет собой игольчатый зонд (фиг. 6), Конструктивно он выполняет ся в виде длинной металлической труб ки - иголки 31, внутри которой раз мещены нагреватель 7 и термопреобразователь 6. Отношение радиуса иголки к ее длине должно быть в по порядке 1:100. Один конец трубки закрыт, а другой соединен с нижним концом зонда 1 с помощью фторопластового переходника 32, который выпол няет функцию зтлотнителя и в то же время теплоизолятора иголки от зонда 1. Иголка измерителя теплопроводности контактирует с донными осадками, и поэтому процесс теплопередачи в осадках отражается в показа ниях термопреобразователя 6, размещенного внутри иголки.

Устройство работает следующим образом.

.В зависимости выбранного режима работы с помощью блока 16 управления устройство включается в начале погру жения в воду (в случае океанографических работ) или сразу после внедре ния зонда в донные осадки. Начинается одновременная регистрация сигналов, поступающих от всех термопреобзатор 15, блок 16 управления, электродвигатель 17 с редуктором для перемещения термопреобразоватйля 5 с помощью Винтовой передачи 18 и концевой выключатель 19 для выключения элект- JQ родвигателя.

Кпок 16 управления (фиг. 3) образуют реле 20 времени и реле 21 с кон- тактньми парами 22-24.

Измерительный блок (фиг. 2) вьтол- нен в виде измерительного моста 25, модулятора-генератора 26 и усилителя 27.

и 4 соединены в дифференциальную схе му и измеряют разность температур на уровнях нижнего и верхнего концов зонда 1 с измерительного бло ка 9. Сигнал разбаланса измерительно го моста модулируется модулятором-ге нератором и усиливается усилителем, после чего регистрируется в блоке 13 записи. Перемещающийся термопреобразователь 5 в начале эксперимента находится в нижнем конце зонда 1 и кон тролирует показания термопреобразова теля 6, который помещен в нижнем кон це зонда 1 внутри иголки измерите

разователей. Термопреобразователи 3

Пример конструктивного вьтолнения движущего узла с термопреобразователем 5 показан на фиг. 5. Термопреобразователь 5, помещенный в медньй корпус 28, прижимается к внутренней стенке трубы зонда 1 с помощью пружины 29, которая устанавливается на каретке 30. Каретка может быть выполнена из фторопласта с целью уменьшения трения и ненужного теплообмена между деталями. При движении термопреобразователь 4 находится в контакте со стенкой трубы зонда 1.

Измеритель теплопроводности представляет собой игольчатый зонд (фиг. 6), Конструктивно он выполняется в виде длинной металлической трубки - иголки 31, внутри которой размещены нагреватель 7 и термопреобразователь 6. Отношение радиуса иголки к ее длине должно быть в по- порядке 1:100. Один конец трубки закрыт, а другой соединен с нижним концом зонда 1 с помощью фторопластового переходника 32, который выполняет функцию зтлотнителя и в то же время теплоизолятора иголки от зонда 1. Иголка измерителя теплопроводности контактирует с донными осадками, и поэтому процесс теплопередачи в осадках отражается в показаниях термопреобразователя 6, размещенного внутри иголки.

Устройство работает следующим образом.

.В зависимости выбранного режима работы с помощью блока 16 управления устройство включается в начале погружения в воду (в случае океанографических работ) или сразу после внедрения зонда в донные осадки. Начинается одновременная регистрация сигналов, поступающих от всех термопреоб разователей. Термопреобразователи 3

и 4 соединены в дифференциальную схему и измеряют разность температур на уровнях нижнего и верхнего концов зонда 1 с измерительного блока 9. Сигнал разбаланса измерительного моста модулируется модулятором-генератором и усиливается усилителем, после чего регистрируется в блоке 13 записи. Перемещающийся термопреобразователь 5 в начале эксперимента находится в нижнем конце зонда 1 и контролирует показания термопреобразователя 6, который помещен в нижнем конце зонда 1 внутри иголки измерите31465722

ля теплопроводности. Термопреобразователь 8 закрепляется на наружной стенке контейнера 2 и служит для измерения температуры придонной воды на определенном уровне, Термопреобра- зователи 5, 6 и 8 соединены с соответствующими измерительными блоками 10 - 12. Результаты измерения всех термопреобразователей по самостоятель ному каналу передаются и регистрируются в блоке 13 записи.

В течение заранее заданного времени производится запись по всем каналам, которая служит для проведения исследований переходного процесса и временного температурного режима в донных осадках и придонной воде. По истечении заданного (периода) промежутка времени по команде реле 20 времени блока 16 управления (фиг. 3) включается электродвигатель 17 с редуктором и с помощью винтовой передачи 18 термопреобразователь 5 перемещается от нижнего конца зонда 1 к верхнему. В это время продолжается одновременная регистрация температуры по всем каналам, Перемеврние термопреобразователя 5 позволяет рвгистКоэффициент теплопроводности определяется по формуле

Л

Qpln (ti/t,) 4tr 1 (Tj-T,)

где QO R

I R - мощность нагревателя; электросопротивление нагревателя (заранее известно); I - ток, проходящий через нагреватель (заранее известно по характеристике стабилизатора);

T,j и Т,- температуры, соответствующие моментам времени t и t (в соответствии с фиг. 7). Температуры Т, и Tj, а также соответствующие им моменты времени определяются по записи термопреобразователя 6 (фиг. 7). До момента начала движения термопреобразователя 5 записи температур однообразны. Соответствующие графики можно получить, переписав результаты регистрации из блока записи на ленту самописца, например КСП-4. Здесь ось абцисс соответг ствует оси времени. Отрезки длины по этой оси являются аналогом времени.

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для геотермических исследований в акваториях морей и океанов. Целью изобретения является повьшение точности и надежности измерения распределения температуры по глубине воды и донных осадков. Устройство содержит пару дифференциальных термопреобразователей (ТП) 3 и 4, фиксированных на разных концах зонда 1, которые измеряют разницу температур на концах зонда. ТП 6 измеряет температуру донных осадков на уровне нижнего конца зонда, а ТП 8 - температуру придоннЬй воды. Перемещающийся с помощью электродвигателя 17 и винтовой передали 18 ТП 5 позволяет получить детальный температурный разрез. Нагреватель 7, расположенньй вблизи ТП 6, н сам ТП 6 позволяют измерить теплопроводность донных осадков. Пара дифференциальных ТП 3 и 4, а также остальные ТП 5, 6 и 8 имеют свои измерительные блоки 9, ,10, 11 и 12 и блок записи 13, благодаря чему возможно осуществление непрерывной одновременной записи сигналов всех ТП. Управление работой . устройства осуществляется с помощью блока управления 16. Питание осуществляется через стабилизатор 15 от источника питания 14. 7 ил. (Л 4: Од О1 1 Ю фи.1

рировать детальный температурный раз- Q Время работы прибора t р t g,- t в,;,

заранее известно, так как моменты времени t j к t g задаются с помощью реле 20 времени. Соответству- юишй отрезок длины АВ (фиг. 7) определяется из графика. Измерив любой отрезок, например АС, можно определить соответствующее время:

рез вдоль зонда 1 с помо1цью одного датчика температуры. Распределение температуры вдоль трубы зонда 1 с достаточной точностью соответствует ее естественному распределению в осадках, что доказьшается теоретическими расчетами.

Скорость перемещения датчика 4 конструктивно определяется из соотно- щения

где йЬ - допустимая погрешность при определении местоположения датчика;

- постоянная времени датчика, Достигнув верхнего конца зонда 1, перемещающийся термопреобраэователь 5с помощью концевого включателя 19 включает реле 21 блока 16 управления (фиг, 3). При этом нормально разомкнутые контакты 22 реле 25 замыкаются, блокируя вык;иочатель 19, нормально замкнутые контакты 23 размыкаются н отключают электродвигатель .с редуктором 17, а нормально разомкнутые контакты 24 замыкаются и включают нагрв - ватель 7 измерителя теплопроводности.

35

40

45

50

55

t .

АВ

Момент времени включения электродвигателя 17 tjA задается с помощью реле 20 времени. Момент его выклоче- ния t ид можно определить графически (аналогично описанному) по изгибу линии, так как с прекращением движения запись устанавливается на определенном значении температуры. Момент выключения одновременно соответствует началу интенсивного роста температуры на записи термопреобразователя 6, С другой стороны, момент включения tj электродвигателя 17 задается с помоп ью реле 20 времени и заранее известен, а момент остановки датчика t ,д определяется по изгн- бу кривых, полученных термопреобразователями 5 и 6. Его также можно оп35

t .

АВ

Момент времени включения электродвигателя 17 tjA задается с помощью реле 20 времени. Момент его выклоче- ния t ид можно определить графически (аналогично описанному) по изгибу линии, так как с прекращением движения запись устанавливается на определенном значении температуры. Момент выключения одновременно соответствует началу интенсивного роста температуры на записи термопреобразователя 6, С другой стороны, момент включения tj электродвигателя 17 задается с помоп ью реле 20 времени и заранее известен, а момент остановки датчика t ,д определяется по изгн- бу кривых, полученных термопреобразователями 5 и 6. Его также можно опfirn

If 26

Фи9Л

Фи9.Ъ

ffl3

ffT/t3

Н2д

ftT/ftфиг. 5

«а Ч

.. К4

« С

te

«

4