Универсальный дистанционный испаритель Советский патент 1991 года по МПК G05D9/00 

Изобретение относится к эксперимен- , льной гидрофизике и может быть исполь- для дистанционных натурных измерений испарения с почвы и со снежно- ю покрова,накопления и водоотдачи снежного покрова, просачивания талых и дождс;п,1х вод через зону аэрации и измене- 1Ч1Ч запасов влаги в слагающих ее почвог- рунтах

Цель изобретения - повышение точности измереикч составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова за СЧРТ получения непрерывных круглогодичных данных по испарению влаги.

На фиг.1 показан испаритель в летнем (i позиция ) и зимнем (I позиция) режимах работы, разрез, на фиг 2 дана блок-схема °пектрооборудоазния испарителя.

Испаритель состоит из цилиндра 1. заряженного почвенно-грунтовым монолитом 2, к основанию которого с использованием перфорированного днища 3 крепится поддон 4 с обратным (гравийно-песчаным) I1:тьгром 5. Ципиндр 1 с монолитом 2 и поддоном 4 установлен посредством конических выемок 6, выполненных в днище поддона 4. па конических опорах 7, на одной из которых смонтирован чувствительный элемент тензометрического датчика с темпера- тарной компенсацией. Опоры 7 устанс нижними концами в цилиндрических иолостах В. закрепленных на кольцевом кронштейне подставки 9 испарителя, которая имеет гибкую связь 10 с поддоном 4 испарителя и установлена на дне гнезда 11 испарителя. К днищу поддона 4 жестко прикреплены водосборные сосуды 12 и 13 дпч учета стока поверхностных вод (талою и дождевого стока) и просачивания влаги монолит 2, соответственно. Водосборные сосуды 12 и 13 снабжены устройствами для дистанционного измерения в них уровня воды, содержащими поплавки 14, которые с помощью тросиков 15, перекинутых через блоки 16, уравновешены противовесами 17. Блоки 16 посажены на осях многооборотных потенциометров 18.

В стенке цилиндра 1 над поверхностью почвы выполнено сливное отверстие 19,которое посредством трубки 20 связано с полостью водосборного сосуда 12. Для извлечения собравшейся в сосуде 12 воды на верхней кромке цилиндра 1 установлен штуцер 21, который трубкой 22 сообщен с

отстойником водосборного сосуда. Отстойник 23 поддона 4 сообщен посредством трубки 24 с полостью водосборного сосуда 13. Для извлечения собравшейся в сосуде 13 {просочившейся через монолит 2) воды на

верхней кромке цилиндра 1 установлен штуцер 25, который посредством трубки 26 связан с отстойником сосуда 13. Верхняя кромка цилиндра 1 снабжена козырьком 27, который, не касаясь стенок гнезда 11

испарителя, перекрывает образующуюся между ними кольцевую щель.

В комплект испарителя входит набор колец 28, 29 из полупрозрачного пластика различной высотой (5,10, 15, 20см), которые

закрепляются на верхней кромке цилиндра 1 и устанавливаемом на зимний период дополнительном кожухе 30. Щель между внутренним и внешним рядом колец 28. 29 перекрывается съемным козырьком 31. который крепится на кромке верхнего кольца внешнего ряда независимо от верхнего кольца внутреннего ряда. Козырек 31 снабжен шпильками 32 для удобства установки и снятия колец. Наборы колец соответству0

ют максимальной высоте Нмакс снежного покрова в месте установки испарителя.

Электрооборудование установки включает тензометрический датчик 33 с электронным усилителем сигналов и датчики 34 и 35 дистанционных уровнемеров водосборных сосудов 12 и 13, которые связаны кабельными линиями с управляемым коммутатором 36, блоки 37 питания и регистрирующим устройством 38, выполненным в виде цифрового измерительного прибора.

Установка работает следующим образом.

В процессе сезонного хода влагообме- на происходят циклические колебания накопления и срабатывания поверхностных и почвенных запасов влаги в монолите испарителя, являющемся физической моделью соответствующих участков территории на поверхностный сток, водоотдачу снежного покрова, просачивание через монолит 2, испарение с поверхности снега и почвы и транспирацию растительного покрова. Все это приводит к определенным изменениям веса монолита 2 испарителя и объемов поступающих в водосборные сосуды поверхностных и просачивающихся вод. В связи с этим наблюдения за элементами водного баланса почвенного монолита испарителя, включая периоды залегания снежного покрова, состоят в периодическом в заданные сроки (например, каждые 3 ч) съеме информации об изменениях веса монолита 2 испарителя и приращениях объемов воды в мерных сосудах 12, 13. Указанные измерения осуществляют с помощью дистанционных средств, объединенных в электронную схему.

Электронная схема установки, предназ- наченная для регистрации результатов измерений веса монолита 2 и уровней накопившейся в мерных сосудах 12, 13 жидкости, взаимосвязь которых показана на фиг.2, работает следующим образом.

Изменение веса монолита 2 производится с помощью тензометрического датчика 33. Электрический сигнал, величина которого зависит от приложенного к чувствительному элементу физического воздей- ствия, через усилитель и кабельную линию поступает на вход управляемого коммутатора 36. Питание схемы датчика 33 осуществляется от блока питания постоянного тока напряжением 9 В.

Измерение величины уровней воды в водосборных сосудах 12,13 осуществляется с помощью поплавковых уровнемеров, датчики 34, 35 которых построены на использовании многооборотных линейных

потенциометров. Применение последних обеспечивает изменение уровня с точностью до 0,1 мм. Изменение в водосборном сосуде 12 или 13 высотного положения поплавка ведет к смещению токосьемного контакта потенциометра, который через кабельную линию связан с управляемым коммутатором 36,

Управляемый коммутатор 36, функционально связанный с датчиками 33, 34, 35, обеспечивает последовательное их подключение к измерительному прибору 38, что позволяет производить дистанционное измерение изменений веса монолита 2 и уровней в водосборных сосудах 12, 13 в заданной последовательности и с необходимой дискретностью как вручную, так и в автоматическом режиме.

Блок 37 питания обеспечивает электроснабжение энергопотребляющих блоков установки при питании как от сетевых, так и автономных источников электроэнергии.

В теплое время года измерения элементов водного баланса состоят в периодическом съеме в заданные (например, общеметеорологические) сроки показаний тензометрического датчика 33 и дистанционных уровнемеров по цифровому регистратору и вычислении, по следующим формулам:

Е Х+ AU-Y-I.MM(1)

Д U (Pi-P2)K, мм(2)

I -(HY2-HYi)Ј ,мм(3)

I - (Н|2-НИ){ ,

мм

(4)

где Е - суммарное испарение с поверхности монолита испарителя, мм;

X - атмосферные осадки за расчетный период по осадкомеру, мм;

Ли - изменение запасов поверхностных и почвенных вод в монолите, мм;

Y - сток воды с поверхности монолита, мм;

I - просачивание влаги через почвенный монолит, мм;

Pi и Р2 - начальный и конечный отсчеты по тензометрическому датчику, мВ;

К - градуировочный коэффициент,

, HYI , Hv2 начальный и конечный отсчеты уровней воды в водосборном сосуде поверхностных вод, мм;

f/F- соотношение площадей сечения водосборного сосуда и монолита испарителя;

HH , Hi2 - начальный и конечный отсчеты уровней воды в водосборном сосуде просочившейся влаги, мм.

В зимнее время года на верхней кромке цилиндра 1 испарителя устанавливается дополнительная секция колец 28 или 29 из полупрозрачного пластика. По мере увеличения высоты снежного покрова устанавливаются дополнительные секции колец 28 или 29 с таким расчетом, чтобы верхняя их кромка несколько возвышалась над поверхностью снежного покрова. Аналогичным образом, с помощью специального кожуха 30, врезанного основанием в почвенный горизонт, устанавливается ряд секций ко- пец, которые как бы служат продолжением гнезда 11 испарителя. Воздушный зазор между внешним и внутренним рядом колец перекрывается козырьком 27, который кре- пится на верхнем кольце внешнего ряда не- записимо от колец внутреннего ряда. Полость в нижней части кожуха служит для приема спучайно попадающего в воздуш- nu i зазор снега. При уплотнении и стаива- нип снежного покрова производится последовательное снятие лишних секций колец 28, 29,

Наблюдения проводятся о том же порядке, как и в теплое время года с той лишь разницей, что перед каждой установкой или снятием дополнительных секций колец 28, 29 отсчеты по тензометрическому датчику 33 снимаются дважды до и после проводимой операции.

Особенности режима почвенных влаго- лзпасоо п зимнее время, а именно их постоянство и отсутствие подвижной влаги (Y О, - 0) в отдельные периоды, позволяют проводить измерения приращения запасов воды в снежном покрове по формуле

AUo- Ли- AW, мм (5)

где AUo - изменение запасов воды на поверхности монолита, мм;

AU - изменение запасов поверхностных и почвенных вод в монолите, мм;

AW - изменение запасов почвенной влаги о монолите, мм

Поскольку по принятому условию AW О, то A Do- A U, и величина А 1)0 находится по формуле (2).

Пп мере накопления в водосборных со- гудах 12, 13 поверхностных и просачивающихся через р.-онолит 2 вод периодически проводятся их откачка на поверхность вак- кумным насосом и контрольные замеры объема воды, взятие ее проб на химанализ. Для удобства откачивания воды при наличии снежного покрова штуцеры 21 и 25 трубок наращиваются вакуумными шлангами, концы которых подвешиваются на внешних секциях дополнительных колец 28, 29.

При необходимости производства регламентного ухода (1 раз в 2 года) монолит 2 извлекается из гнезда 11, в подвешенном состоянии от него отсоединяется кольцевой кронштейн, после чего открывается доступ к основным узлам установки.

Формула изобретения

0 1. Универсальный дистанционный испаритель, содержащий гнездо испарителя с размещенным в нем цилиндром с почвенно- грунтовым монолитом, весоизмерительный датчик с чувствительным элементом, под5 дон со сливной трубкой, первый водосборный сосуд, управляемый коммутатор, блок регистрации и блок питания, при этом щель между гнездом испарителя и цилиндром с почвенно-грунтовым монолитом накрыта

0 козырьком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова за счет получения непрерывных круглогодичных данных по ис5 парению влаги, он снабжен вторым водосборным сосудом, кольцевым кронштейном, закрепленным на подставке, установленной на дне гнезда, испарителя, зимним кожухом, содержащим установлен0 ные друг на друге и скрепленные шпильками кольца и крыцрсу, причем в стенке корпуса цилиндра с почвенно-грунтовым монолитом выше верхнего уровня почвенно-грунто- вого монолита в испарителе выполнено

5 сливное отверстие, которое связано с полостью второго водосборного сосуда, при этом водосборные сосуды жестко связаны с днищем поддона цилиндра, в котором выполнены конические выемки, совмещенные

0 с установленными в цилиндрических полостях на кольцевом кронштейне подставки испарителя самоцентрирующимися коническими опорами, кроме того, водосборные сосуды снабжены дистанционными поплав5 ковым уровнемерами с чувствительными элементами, выполненными в виде много- оборотных потенциометров, а днища поддона посредством гибкой связи соединено с кольцевым кронштейном, причем входы уп0 равляемого коммутатора связаны с выходами чувствительных элементов весоизмерительного датчика и дистанционных уровнемеров, а блок питания подключен к входам питания весоизмерительного

5 датчика, дистанционного уровнемера, управляемого коммутатора и регистратора.

2. Испаритель по п. 1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что чувствительный элемент весоизмерительного датчика выполнен в виде тензометрического элемента, включенного

по схеме с температурной компенсацией и закрепленного на одной из конических

опор, а кольца и крышка выполнены из по лупрозрачного пластика.

Изобретение относится к экспериментальной гидрофизике и может быть использовано для дистанционных натурных измерений испарения с почвы и снежного покрова, накопления и водоотдачи снежного покрова, просачивания талых и дождевых вод через зону аэрации и изменения запасов влаги в слагающих ее почвогрунтах. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова за счет получения непрерывных круглогодичных данных по испарению влаги. Испаритель содержит гнездо 11 с размещенным в нем почвенно-грунтовым монолитом 2, снабженным поддоном 4 со сливной трубкой 24, водосборный сосуд 12 для учета просочившихся через почву вод, связанный со сливной трубкой 20. Испаритель снабжен набором колец 28, 29 из полупрозрачного пластика различной высоты, общая высота которых соответствует высоте снежного покрова. На верхней кромке дополнительных секций колец 28, 29, установленных по уровню на специальном зимнем кожухе 30, крепится козырек 27, экранирующий воздушный зазор между цилиндром снежного монолита и продолжением гнезда 11 испарителя. Для учета стока поверхностных вод и водоотдачи снежного покрова цилиндр снабжен вторым водосборным сосудом 13, сливным отверстием и переточным каналом, посредством которого сосуд соединен со сливным отверстием цилиндра 1. Цилиндр 1 с монолитом 2 установлен на самоцентрирующихся конусообразных головках опор 7, одна из которых выполнена в виде датчика тензометрического типа. Опоры 7 установлены в цилиндрических углублениях кольцевого кронштейна. Кронштейн установлен на подставке 9 на дне гнезда 11 и имеет гибкую связь 10 с поддоном 4 цилиндра 1. Конструкция испарителя позволяет получать непрерывные круглогодичные данные по испарению с суши, что повышает надежность измерений составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

(Риг 2