УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДСЧЕТА КОЛИЧЕСТВА КАПЕЛЬ
DEVICE FOR COUNTING NUMBER OF DROPS

Область техники
Заявляемое изобретение относится к области лабораторного оборудования, используемого при изучении процессов капельно-дождевой эрозии почв, в частности при определении количества капель дождя, попадающих в определенную узкую область почвы. Устройство может быть использовано при исследовании почвенных образцов в процессе изучения протекающих эрозионных процессов.
Уровень техники
Из уровня техники известны варианты исполнения устройств аналогичного назначения.
Так, известен измеритель параметров капель искусственного дождя (а.с. СССР №2004002), содержащий установленный в кожухе с измерительной камерой источник лазерного излучения, оптически соединенный через первое, второе зеркала и систему линз с фотоприемником, при этом измеритель снабжен сетками и поддонами для сбора влаги. Луч света от источника попадает на фотоприемник, а пересекающие его капли регистрируются этим фотоприемником, при этом могут быть зафиксированы размер, количество и скорость падения капли. При достаточно узкой области попадания капли (зона измерения) с определенной долей погрешности можно считать, что ведется подсчет капель, попавших в одну точку.
Данное устройство технически сложно в реализации, состоит из большого количества сопрягаемых узлов, что снижает его надежность в эксплуатации.
Также известен датчик дождя для системы полива (патент US 7552632).
Устройство снабжено формирователем капель определенного размера, при этом размер может быть выбран заранее. Кроме того, в состав устройства входит плоская контактная пластина, микроконтроллер. Подсчет капель в данном случае ведется для формирования объема полива. Во время полива микроконтроллер ведет подсчет количества капель, попадающих на контактную пластину. При накоплении достаточного количества капель микроконтроллер прекращает подачу воды и полив прекращается.
Согласно фигурам 3-А и 3-В описания известного устройства при использовании датчика формируется капля определенного размера (объема, веса), которая падает и изгибает или поворачивает контактную пластину силой удара, замыкая при этом электрическую цепь. При этом капля растекается и утяжеляет контактную пластину. Кроме того, использование микроконтроллера значительно усложняет подготовку устройства к работе и снижает его надежность ввиду возможного выхода из строя электронных частей.
В отличие от известного источника информации заявляемая конструкция имеет легкое уравновешенное коромысло с наклонным концом, по которому капля соскальзывает, не утяжеляя его (такая конструкция более чувствительна и реагирует на дождевые капли различного размера).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является капельный датчик дождя (патент FR2612648). Известное устройство содержит воронкообразный накопитель, из которого вода поступает к капилляру, формирующему каплю определенного размера (объема), способного заполнить зазор между электродами, которая замыкает электрическую цепь, выполняя функцию проводника. Для реализации назначения устройства требуются капли одного размера, что не всегда соответствует реальным условиям падения дождевых капель.
Предлагаемое устройство в отличие от прототипа реагирует на дождевые капли разного размера.
Задачей заявляемого технического решения является создание компактного устройства для подсчета количества капель дождя, падающих в одну точку. Точка в данном контексте является условным понятием и определяется диаметром следа, который оставляет падающая капля на поверхности попадания.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении высокой чувствительности устройства, отсутствии накопления упавших капель на поверхности контактного элемента, в результате чего исключается возможность получения ложного результата.
Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство для подсчета количества капель, согласно техническому решению, включает кожух с отверстием, диэлектрическую панель, два соединенных между собой осью кронштейна, контактную пластину, коромысло, расположенное на оси, источник тока и регистратор, при этом кронштейны, один из которых выполнен с возможностью подключения к источнику тока, и контактная пластина закреплены на диэлектрической панели, которая размещена внутри кожуха, а коромысло свободно расположено на оси таким образом, что одно его плечо выступает из отверстия кожуха, а второе плечо расположено с возможностью соприкосновения с контактной пластиной, при этом регистратор соединен с контактной пластиной и источником тока. Плечо коромысла, выступающее из отверстия кожуха, выполнено с отогнутым вниз на 15-30° концом. Устройство также снабжено выключателем для удобства использования, а в качестве регистратора может быть использован электромагнитный счетчик импульсов (ЭМС).
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 схематично представлен вид сбоку на заявляемую конструкцию. На фиг. 2 схематично представлен вид сверху на заявляемую конструкцию, а также электрическая схема подключения устройства к источнику тока. Позициями на чертежах обозначены:
1. Диэлектрическая панель
2. Коромысло
3. Ось
4. Контактная пластина
5. Регулировочный винт
6. Отжимная шайба
7. Кронштейны
8. Кожух
9. Источник тока
10. Выключатель
11. Регистратор
Заявляемое устройство является лабораторным оборудованием и представляет собой компактное устройство для исследования одного из параметров динамического воздействия дождя, а именно обеспечивает возможность подсчета количества капель дождя, попадающих при падении в одну точку. Как сказано выше, точка в данном случае является условным понятием и определяется минимально возможным диаметром капли дождя.
Устройство содержит кожух 8 с закрепленными в нем составляющими элементами и электрическую схему, подключенную к источнику питания. В качестве такого источника тока может быть использована обыкновенная батарейка или любой другой автономный источник тока.
Кожух представляет собой пластиковый короб с отверстием в торцевой части, функционально предназначенный как для размещения всех элементов устройства, так и для их предохранения от воздействия влаги и, как следствие, получения ложных результатов измерения.
Кожух подвижно прикреплен к диэлектрической панели 1, которая может быть выполнена, например, из текстолита или гетинакса. В свою очередь, на диэлектрической панели жестко закреплены два кронштейна 7 и контактная пластина 4 между ними. Кронштейны размещены симметрично относительно продольной оси устройства и снабжены отверстиями для установки оси 3. Контактная пластина выполнена металлической и имеет ступенчатый изгиб с образованием полок. В верхней полке пластины выполнено отверстие для размещения регулировочного винта 5. Винт 5 проходит сквозь отверстие в пластине и ввернут в резьбовое отверстие панели. Винт снабжен отжимной шайбой 6, выполненной из упругого материала и расположенной между пластиной и панелью. На оси, соединяющей два кронштейна, свободно висит коромысло 2 малого веса (не более 2 г), представляющее собой металлическую изогнутую планку, имеющую два плеча равного веса и опорную часть, огибающую ось. При этом одно плечо коромысла имеет зауженный (до 3 мм ширины) конец, отогнутый вниз на 15-30°. Отогнутая часть плеча коромысла при размещении коромысла на оси выступает из отверстия кожуха. Подвижность крепления кожуха к диэлектрической панели обеспечивает возможность регулировки величины выступающего конца плеча коромысла. Величина выступающей части плеча коромысла задается заранее с учетом ожидаемых размеров капель дождя. Другое плечо коромысла расположено таким образом, что его отогнутый вверх конец размещен под верхней полкой контактной пластины с зазором. Величина этого зазора регулируется винтом 5. Коромысло в статичном положении уравновешено.
Устройство также содержит внешний регистратор, например ЭМС типа MCF, соединенный с одной стороны с контактной пластиной, а с другой стороны через выключатель с источником тока, который, в свою очередь, соединен с одним из кронштейнов.
Контактная пластина, кронштейны, ось и коромысло входят в электрическую схему соединения регистратора 11 с источником тока 9. Заявляемое устройство работает следующим образом.
Для активации устройства его подключают к источнику тока, как показано на фиг. 2, и переводят выключатель в позицию включено. Устройство размещают под дождем и ведут подсчет капель, попавших в одну точку по показаниям регистратора.
При попадании капли дождя на выступающий из отверстия кожуха зауженный отогнутый вниз конец плеча коромысла конец другого плеча коромысла перемещается вверх до соприкосновения с подключенной к источнику тока контактной пластиной ввиду свободного размещения коромысла на оси. Электрическая цепь замыкается, это замыкание фиксирует регистратор. После падения на плечо коромысла капля скользит по отогнутому концу, отрывается от плеча коромысла и падает вниз, в результате чего коромысло возвращается в исходное положение. Таким образом, в конечном счете получают общее количество капель, попавших на зауженный конец плеча коромысла за определенный период времени. При этом за счет поджатия отжимной шайбы регулировочного винта становится возможным скорректировать зазор между контактной пластиной и плечом коромысла. Данная операция является настроечной и выполняется предварительно. Устройство реагирует на капли разного размера (веса). Выступающий конец плеча коромысла подбирают в соответствии с диапазоном ожидаемых размеров капель.
Пример конкретного выполнения
Для реализации заявляемого устройства изготовлен кожух с габаритными размерами 100×200 мм. В его торцевой части выполнено отверстие размерами 10×15 мм, обеспечивающее ход выступающего конца плеча коромысла. Внутри кожуха размещена диэлектрическая панель из текстолита. В соответствии с заявленными признаками изобретения в кожухе также размещены два соединенных между собой осью кронштейна и контактная пластина, удерживаемая регулировочным винтом. На оси висит коромысло весом 1,4 г. Длина плеч коромысла 22 и 25 мм, их ширина 5 мм, толщина 0,4 мм. Конец плеча коромысла, на который падают капли, отогнут на 30° вниз, а размеры выступающей части составляют 3×6 мм (в соответствии с изобретением выступающий конец выполнен зауженным). Устройство включено в электрическую схему в соответствии с указанными признаками. В качестве источника тока использована батарейка 1,5 V, а в качестве регистратора - карманный фонарик. Эксперимент проводится в три этапа, каждый раз в течение 10 минут. Подсчет капель велся по количеству загораний лампочки, которые произошли в результате замыкания электрической цепи, описанной выше. Таким образом, после трехкратного повторения эксперимента были получены следующие результаты:
1 этап - 12 загораний;
2 этап - 8 загораний;
3 этап - 10 загораний.
Визуальный контроль подтверждает полученные результаты экспериментов.