Способ определения влажности снега Советский патент 1981 года по МПК G01W1/11 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СНЕГА

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения влажности снега. Известен механический способ определения влажности снега. Он основан на разделении при помощи цекрифуги воды и снега в жидкости (например диэтиленанилине), плотность которой выше плотности снега, но ниже плотности воды. При вращении пробирки с пробой в центрифуге вода опускается на дно, а кристаллы льда всплывают. Количество воды определяют по мерным делениям пробирки. Затем определяют общий вес образца путем растапливаиия снега и аналогичного измерения объема. Влажность вычисляют как отношение первого отсчета объема воды ко второму 1J. Этот способ является трудоемким, занимает много времени и имеет невысокую точность определения влажности снега. Известен также способ определения параметров диэлектрических веществ, основанный на различии диэлектрической проницаемости снега и воды. Для определения влажности диэлектрический датчик (конденсатор) вводят в сиежнъш покров, при этом происходит изменение частоты резонансной измерительной системы с которой он связан. Затем производят перестройку управляемого реактивного элемента (переменного конденсатора) до тех пор, пока частота резонансной системы не восстановится. По емкости переменного конденсатора с помощью градуировочной кривой определяют влажность снега 2., Этот способ определения влажности снега прост, занимает мало времени, позволяет производить дистанционные измерения влажности, однако не обеспечивает требуемой тотности, так как дизлектрическая проницаемость снега зависит от его плотности, температуры и структуры, что необходимо учитывать при тарировке измерительньрс приборов и измерениях. Кроме того данный способ позволяет определить только абсолютную влажность - водосодержание снежного покрова, тогда как для прогноза лавинной опасности необходимо знать величину относительной влажносй снега. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является калориметрический способ определения влажности снега, заключающийся в отборе образца снега, измере нии его температуры, плавлении снега и определении влажности расчетным путем 13. Однако данный способ является сложным и трудоемким, так как он связан с многократ ным взвешиванием и многократным измерением температуры. Кроме того, определение необходамых параметров для вычисления влажности занимает много времени, в течение которого должно обеспечиваться хорошее термостатирование исследуемой пробы. Цель изобретения - снижение трудоемкости определения влажности. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения влажности снега, вйлючаю щем отбор образца снега, измерение его темпе ратуры, плавление снега и определение влажнос ти расчетным путем, измеряют плотность образ ца, затем выполняют плавление снега по сечению образца нагретой нитью, при этом измеряют время плавления и объем расплавленного снега, а влажность находят по формуле . (floio,5i).. «/ 10,54:-80) мощность источника тока; время плавления; плотность снега; V - обьем расплавленного снега; t - температура снега. Предлагаемый способ определения относительной влажности снега заключается в том, что вырезают образец снега, измеряют его тем пературу t и плотность f , затем с помощью закрепленной в рамке металлической нити, : нагретой электрическим током и перемещаюi щейся при нагревании вместе с рамкой под .действием собственной тяжести, расплавляют снег по сечению образца. При этом измеряют время плавления С . Объем расплавленного снега определяется размерами нити (длиной, диаметром) и высотой образца. Уравнение теплового баланса для одного акта измерения имеет вид g t Cj. + «jnfi jt + т5;д + Ht, (1), где g - мощность источника тока,Эт.; t - время плавления снега нагретой нит Ср 0,5кяА/г-грс1А - удельная теплоемкость сух го снега; т f V - m - масса сухого снега; f 1 масса расплавленного влажного снег m - масса жидкой воды, содержащейся в объеме снега; Х - удельная скрытая теплота плав ления льда; с iKdA/r.rpQA-удельная теплоемкость воды; .Сц , Шц - соответственно удельная теплоемкост и масса нити. сли высота образца h d (диаметра нити), о последним членом в уравнении можно преебречь, тогда Г Ср, ( - me) t + cgrngt + (pv .(2) тносительная лажность снега W -j . 100 %.(3) пределяя из (2) m и подставляяее значеие в (3), находим .at-pvu4c.t| jVtCe C -) ° Подставляя в (4) численные значения с g , с и V , получим v(/ (.EiInoo% .fVCO,5t-80) Для удобства ширина образца снега взята равной длине нити { . При измеренным величинам р - плотность снега и f - времени плавления объема v снега вычисляют величину относительной влажности снега Е по формуле (5). Измерение основных параметров я и С в предлагаемом способе вместо определения массы жидкой воды в образца m и общей массы влажного снега m в способе - известном позволяет исключить операции многократного взвешивания и измерения температуры и, тем самым, значительно упростить способ определения влажности снега и снизить его трудоемкость. Измерение плотности может быть выполнено любым известным способом, а время плавления снега может быть измерено секундомером. Предлагаемый способ осуществляется без применения термостата, что также упрощает способ и снижает его трудоемкость особенно в полевых условиях. Функцию термостата выполняет снег, температура которого не успевает измениться за время Т - время перерезания образца нагретой нитью, так как оно исчисляется секундами. На чертеже представлена блбк-схема устройства, реализующего способ определения влаж- ности. На полке 1 в шурфе 2 консольно укреплена вырезанная из снежного покрова снежная балка 3, на свободный конец которой надета легкая рамка 4, состоящая из двух токонесущих стержней 5, нижние концы которых соединены изолятором расноской 6, а между верхними концами натянута металлическая нить 7. С помощью гибких проводников 8 нить 7 подсоединена через прерыватель 9 к источнику тока 10. Для измерен{Ш величины перемещения рамки 4 на снежной балке 3 укреплена рейка 11 5 с делениями, указатель 12 который укреплен на одном из токонесущих стержней 5. Определение влажности снежного образца производ т следующим образом. Обычными стандартными приборами измеояют плотность f и температуру t снежной балки 3. Затем замыкают прерыватель 9, при этом нить 7, нагреваясь проходящим по ней электрическим током от источника 10, начинает оплавлять лежащий под ней снег, заставляя рамку 4 под действием собственной тяжести перемещаться вниз, перерезая снежную балку 3. Как только рамка 4 переместится на определенное визуально с помощью рейки и указателя 12 расстояние h , прерыватель 9 отключает и секундомером измеряют время С перерезания образца. Объем расплавлениого нитью снега при зто V h , п - высота образца при его полном перерезан длина нити; d - диаметр нити; W- влажность снега. 5 p ieaieo+o,5i) .,лол,. (0,5t -ttu5 Снежная балка шириной b 30 мм и выс той h 10 см перерезается нихромовой нитью диаметром d - 1,8 см, длиной I b 30 см с целью определения влажности. При зтом изме ряются плотность снега Я 0,28 г/см ; температура снега t - объем расплавленного снега v h-l-.d 5,4 см ; f 53 сек. время плавления снега При мощности источника тока g 7,71 Вт относительная влажность снега, вычисленная по формуле (6), составляет W. 12 %± +%. Предлагаемый способ является дещевым, так как его осуществление не связано с боль- , щими энергетическими затратами, что в условиях автономного питания играет больиюе згачение. Формула изобретения Способ определения влажн снега, заключающийся в отборе образца снега, измерении его температуры, плавлении сне. а и определении влажности расчетным путем, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, измеряют плотность образца, затем выполняют плавление снега по сечению образца нагретой нитью, при этом измеряют время плавления и объем расплавленного снега, а влажность находят по формуле clt-pVCBO O,5t) (0.5t-eo) где g - мощность источника тока ; Т - время плавления; р - плотность снега; V - объем расплавленного снега; t - температура снега. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Руководство по снеголавинныл работам. Тидрометиоизда , Л. 1965, с. 102. 2. Авторское свидетельство СССР № 421968, кл. G 01 W 1/11, 1974. 3. Руководство по снеголавинным работам, Гидрометеоиздат , Л. , 1965, с. 97 (прототип).