Универсальный дистанционный испаритель

Универсальный дистанционный испаритель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s))s G 05 D 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОЫРЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731220/15 (22) 16.08.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Государственный гидрологический институт (72) В.В.Рогоцкий, С.А.Куринный и В.А,Колмаков (53) 621.646 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1354167, кл. G 05 D 9/00, 1986. (54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДИСТАНЦИОННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ, 57} Изобретение относится к эксперименгальной гидрофизике и может быть использовано для дистанционных натурных измерений испарения с почвы и снежного

„„ЯХ„, 1674068 А1 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

1674068

40 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, кре пится козырек 27, экранирующий ьоэдушный зазор между цилиндром сне>кного 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 ка:- алом, посредством которого сосуд соединен со сливным отверстием цилиндра 1.

Изобретение относится к эксперимент;:явной гидрофиэике и может быть испольэ )вано для ди"..òàliöè0Hных натурных и.->т1ерений испарения с почвы и со снежнои) покрова, накопления и водоотдачи снежного покрова, просачивания талых и дождевых вод через зону аэрации и изменения запасов влаги п слатающих ее почвогpунтах, Цель изобретения — повышение точности измерения составля ощих водного баланса снежного л почвенного покрова за счет получения непрерывных круглогодич

HbIx данных lo испарению влаги., На фиг,1 показа-i испаригель в летнем (I позиция ) и зимнем (II позиция) режимах работы, разрез; на фиг.2 — дана блок-схема электрооборудования испарителя.

Испаритель состоит из цилиндра 1, заря>кенного почвенно-т рунтовым монолитом

2, к основанито которого с использованием перфорированного днища 3 крепится поддон 4 с оорат ым (гравийно-песчаным) (>ильтром 5. Цилиндт) 1 с мОнОлитОм 2 и поддоном 4 установлен посредством конических выемок 6, зы пол ненных в днище под

Д3 Н3 4, на конических 0 f 1 0pax 7, HB ОДн ОЙ из которых смонтирован чувствительный элемент тензометри:теского датчика с температурной компенсацией. Опоры 7 устань элены нижними концами в цилиндрич *cêèê полостях 8,.закрепленных на кольцевом крон ITl..éíе пОДставки 9 испарителя, которая имеет гибкую связь 10 с поддоном 4 испарителя и установлена на дне гнезда 11 испарителя. V. днищу поддона

4 жестко прикреплены водосборные сосуды

12 и 13 для учета стока поверхностных вод (тало О и дождевого стока) и просачивания влаги через монолит . ?, соответственно, Во15

Цилиндр 1 с монолитом 2 установлен на самоцентрирующихся конусообразных головках опор 7, одна иэ которых выполнена в виде датчика тензометрического типа.

Опоры 7 установлены в цилиндрических углублениях кольцевого кронштейна. Кронштейн установлен на подставке 9 на дне гнезда 1 и имеет гибкую связь 10 с поддоЪом 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 э.п. ф-лы, 2 ил. досборные 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 многооборотн ых потен циометров 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 водосборкого 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, 20 см), коорые 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 соответству1674068 ют максимальной высоте Нй акс 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. ных средств, объединенных в электронную где Š— суммарное испарение с поверхносхему. сти монолита испарителя, мм;

Электронная схема установки, предназ- 40 X — атмосферные осадки за расчетный наченная для регистрации результатов из- период по осадкомеру, мм; мереиий веса монолита 2 и уровней ЛΠ— изменение запасов поверхностнакопившейся в- мерных сосудах 12, 13 ных и почвенных вод в монолите, мм; жидкости, взаимосвязь которых показана Y — сток воды с поверхности монолита, на фиг.2, работает следующим образом. 45 мм;

Изме ение веса монолита 2 произво- I — просачивание влаги через почвенный дится с помощью тензометрического датчи- монолит, мм; ка 33. Электрический сигнал, величина Р1 и Рр — начальный и конечный отсчеты которого зависит от приложенного к чувст- по тензометрическому датчику, мВ; вительному элементу физического воздей- 50 К вЂ” градуировочный коэффициент, ствия, через усилитель и кабельную линию . HY), HYg — начальный и конечный отпоступает на вход управляемого коммута- счеты уровней воды в водосборном сосуде тора 36. Питание схемы датчика 33 осущест- поверхностных вод, мм; вляется от блока литания постоянного тока f/F- соотношение площадей сечения

5 водосборного сосуда и монолита испарителя;

Hi, Hi — начальный и конечный отсчеты уровней воды в водосборном сосуде просочившейся влаги, мм, аоеании ынотооборотных линейных напряжением 9 В. 5

Измерение величины уровней воды в водосбо рных сосудах 12, 13 осуществляется с помощью поплавковых уровнемеров, датчики 34, 35 которых построены на испольУстановка работает следующим образом, В процессе сезонного хода влагообмена 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 дистанционпотенциометров. Применение последних обеспечивает изменение уровня с точностью до 0,1 мм. Изменение в водосборном сосуде 12 или 13 высотного положения по5 плавка ведет к смещению токосъемного контакта потенциометра, который через кабельную линию связан с управляемым коммутатором 36.

Управляемый коммутатор 36, функцио10 нально связанный с датчиками 33, 34, 35, обеспечивает последовательное их подключение к измерительному прибору 38, что позволяет производить дистанционное измерение изменений веса монолита 2 и

15 уровней в водосборных сосудах 12, 13 в заданной последовательности и с необходимой дискретностью как вручную, так и в автоматическом режиме.

Блок 37 питания обеспечивает электро20 снабжение энергопотребляющих блоков установки при питании как от сетевых, так и автономных источников электроэнергии, В теплое время года измерения элементов водного баланса состоят в периодиче25 ском съеме в заданные (например, общеметеорологические) сроки показаний тензометрического датчика 33 и дистанционных уровнемеров по цифровому регистратору и вычислении,.по следующим

30 формулам:

Е= Х+ ЛО- Y- I, мм (1)

Ь О = (Р1- Р2)К, мм (2)

I = (HYg HY) ) —F,,мм

f (3)

I = (Hiz — Hit ) —, мм

f (4) 1б74068

В зимнее время года на верхней кромке цилиндра 1 испарителя устанавливается дополнительная секция колец 28 или 29 иэ полупрозрачного пластика, По мере увеличения высоты снежного покрова устанавлива атся 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 колец, которые как бы служат продолжением гнезда 11 испарителя. Воздушный зазор между Внешним и внутренним рядом колец перекрывается козырьком 27, который крепится на верхнем кольце внешнего ряда незагисимо от колец Внутреннего ряда.

Полость в нижней части кожуха служит для приема случай <о попадающего в воздушный зазор снега. При уплотнении и стаивании снежного покрова производится последовательное снятие лишних секций колец 28, 29, Наблюдения проводятся в том же порядке, как и в теплое время года с той лишь разницей, что перед ка>кдой установкой или снятием дополнительных секций колец 28, 29 Отсчеты по тензометрическому датчику

33 с»имаются дважды до и после проводимой операции.

Особенности режима почвенных влагозапасов В зимнее время, а именно их постоянство и отсутствие подвижной влаги (Y = О, 1 = 0) в отдельные периоды, позволяют прО" водить измерения приращения запасов воды в снежном покроВе по формуле

AU< =- Л0 — ЛУЧ, мм (5) где Ь U< — изменение запасов воды íà поВерхности монолита, мм;

Л 0 — изменение запасов поверхностных и почвенных вод в монолите, мм;

ЛМ/ — изменение запасов почвенной нла и в монолите, мм

Поскольку по принятому условию Л М/

== 0, то h. U h, U, и величина Ь0о находится по формуле (2).

По мере накопления В ВОДОс5opHblx со судах 12, 13 поверхностных и просачиваюЩихся через монолит 2 вод периодически проводятся их Откачка на пОВерхность Вак" кумным насосом и контрольные замеры обьема воды, взятие ее проб на химанализ. Для удобства откачивания воды при наличии снежного покрова штуцеры 21 и 25 трубок наращива отся вакуумными шлангами, концы которых подвешиваются на внешних секциях дополнительных колец 28, 29.

10 размещенным в нем цилиндром с почвенно грунтовым монолитом, весоизмерительный

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 L. Универсальный дистанционный испаритель, содержащий гнездо испарителя с датчик с чувствительным элементом, поддон 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 козырьком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова за счет получения непрерывных круглогодичных данных по испарению влаги, он снабжен вторым водосборным сосудом, кольцевым кронштейном, закрепленным на подставке, установленной на дне гнезда. испарителя, зимним кожухом, содержащим установленные друг на друге и скрепленные шпильками кольца и крышку, причем в стенке корпуса цилиндра с почвенно-грунтовым монолитом выше верхнего уровня почвенно-грунтового монолита в испарителе выполнено 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 с установленными в цилиндрических полостях на кольцевом кронштейне подставки испарителя самоцентрирующимися коническими опорами, кроме того, водосборные сосуды снабжены дистанционными поплавковым уровнемерами с чувствительными элементами, выполненными в виде многооборотных потенциометров, а днища поддона посредством гибкой связи соединено с кольцевым кронштейном, причем входы управляемого коммутатора связаны с выходами чувствительных элементов весоизмерительного датчика и дистанционных уровнемеров, а блок питания подключен к входам питания весоизмерительного датчика, дистанционного уровнемера, управляемого коммутатора и регистратора, 2. Испаритель поп.1, отл ича ю щи йс я тем, что чувствительный элемент весоизмерительного датчика выполнен в виде тензометрического элемента, включенного

1674068 Рог. 2

Составитель С, Заруцкий

Техред М.Моргентал Корректор B. Гирняк

Редактор Л. Павлов

Заказ 2920 Тираж 442 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 по схеме с температурной компенсацией и закрепленного на одной из конических опор, а кольца и крышка выполнены из пп лупрозрачного пластика.