Мерзлотомер
PERMAFROST METER

Изобретение относится к метрологическим приборам и предназначено для измерения глубины промерзания грунта.
Известен мерзлотомер [1], получивший наибольшее распространение при практических работах. Он содержит обсадную трубку с герметичным закрытым нижним концом и открытым верхним, установленную в скважину грунта, промерзание которого фиксируется. Внутри обсадной трубки, соосно с ней, сверху опускается, заполненный водой, резиновый шланг с герметично закрытым нижним концом. Извлекая через определенные промежутки времени шланг из обсадной трубки и прощупывая его, устанавливают границу раздела льда и воды и измеряют ее глубину. Условно принимают, что эта граница соответствует глубине промерзания окружающего мерзлотомер грунта.
В известном мерзлотомере наличие воздушной прослойки внутри обсадной трубы нарушает теплопередачу от грунта к шлангу-индикатору. А периодические извлечения шланга из обсадной трубки нарушают стабильность теплового режима внутри ее, что приводит к увеличению погрешности измерений.
Известен мерзлотомер [2], содержащий обсадную трубу с закрытым днищем, заполненную водой, в которую помещена эластичная трубка, заполненная незамерзающей жидкостью, соединенная с внутренней полостью сильфона, связанного с регистрирующим узлом. Известное устройство сложно в изготовлении, заправках и настройках. Оно обладает недостаточной точностью и надежностью, вследствие наличия в нем большого количества плохо настраиваемых сложных закрытых мелких узлов и механизмов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по техническому исполнению и достигаемому результату является мерзлотомер [3], содержащий обсадную трубку с закрытым днищем, в которой с зазором, заполненным водой, соосно помещен эластичный шланг с незамерзающей жидкостью и жестким щупом с плоским расширением на нижнем конце. Известное устройство также сложно в изготовлении и требует при измерениях раскапывания его в снегу с применением дополнительного мерительного инструмента.
Цель изобретения - повышение удобства в работе при измерениях глубин промерзания и оттаивания грунтов, снижение трудоемкости.
Для достижения поставленной цели предлагается мерзлотомер, состоящий из обсадной трубки с закрытым днищем, в которой с зазором, заполненным водой, помещен прозрачный гибкий шланг с закрытым нижним концом, заполненный подкрашенной незамерзающей жидкостью, например, антифризом. В верхней части обсадной трубки дополнительно выполнены смотровое окно со шкалой, дренажное отверстие и установлена эластичная пробка под смотровым окном. Сверху обсадная трубка закрыта крышкой с центральным болтом, зафиксированным гайкой, на резьбовом конце которого закреплен прозрачный гибкий шланг, пропущенный через отверстие в центре эластичной пробки.
На фиг. 1 показано вертикальное сечение мерзлотомера.
Мерзлотомер (фиг. 1) состоит из обсадной трубки 1 с водой 2, в которую опущен прозрачный гибкий шланг 3 с герметично закрытым нижним концом и подкрашенной незамерзающей жидкостью 4. В верхней части обсадной трубки 1 также выполнены дренажное отверстие 5, эластичная пробка 6 и смотровое окно 7 со шкалой 8. Сверху обсадная трубка 1 закрыта крышкой 9 с центральным болтом 10 и гайкой 11, на резьбу которого верхним концом плотно надет прозрачный гибкий шлаг 3. При этом степень плотности крепления прозрачного гибкого шланга 3 на резьбе центрального болта 10 позволяет удерживать его на резьбовой части болта, но в то же время обеспечивает дополнительный дренаж в прозрачном гибком шланге 3, необходимый для прохода воздуха при перемещении в нем подкрашенной незамерзающей жидкости 4. А эластичная пробка 6 дополнительно центрирует прозрачный гибкий шланг 3 в обсадной трубе 1 и предотвращает попадание в воду мусора и снега. Устройство работает следующим образом.
Предварительно один из мерзлотомеров тарируют. Для этого его полностью собирают и заправляют жидкостями в следующей последовательности.
Первоначально поднимают эластичную пробку 6 (фиг. 1) и через смотровое окно 7 в обсадной трубке 1 заливают под нее воду 2 до тех пор, пока она не начнет выливаться из дренажного отверстия 5. Затем заливают подкрашенную незамерзающую жидкость 4 в прозрачный гибкий шланг 3 до тех пор, пока уровень этой жидкости не установится на уровне нулевой отметки на шкале 8 в смотровом окне 7. После этого плотно с натягом одевают верхним концом прозрачный гибкий шланг 3 на резьбу болта 10, удерживаемого в крышке 9 гайкой 11. А эластичную пробку 6 возвращают в первоначальное положение, закрывая воду 2 от мусора и снега и, частично перекрывая дренажное отверстие 5.
Затем мерзлотомер выставляют на мороз в вертикальном положении до полного его замораживания. Вода 2 в обсадной трубке 1 полностью замерзает, сжимает гибкий прозрачный шланг 3 и выдавливает подкрашенную незамерзающую жидкость вверх вдоль шкалы 8, расположенной в смотровом окне 7. Зная длину промерзшей обсадной трубки 1 и величину перемещения выдавленной подкрашенной незамерзающей жидкости 4, вдоль шкалы 8, определяем переводной коэффициент, и условно принимаем его постоянным для этого типа обсадных трубок 1 и прозрачных гибких шлангов 3, примененных в мерзлотомерах.
Предварительно заправленный мерзлотомер для работы устанавливают в следующей последовательности. Первоначально в грунте на месте измерений бурят скважину требуемой глубины. Затем в нее опускают обсадную трубку 1 до выравнивания дренажного отверстия 6 с уровнем поверхности грунта. Зазор между обсадной трубкой 1 и краями скважины засыпают вынутым из скважины грунтом.
При появлении мороза первоначально образуется ледяная корка, как на поверхности грунта, так и на поверхности воды 2, находящихся на одном уровне вследствие сброса излишков ее через дренажное отверстие 5. Затем по мере усиления мороза, увеличиваются глубина промерзания грунта и воды 2 в обсадной трубке 1. Вода 2, замерзая, постепенно сдавливает прозрачный гибкий шланг 3, поднимая в нем подкрашенную незамерзающую жидкость 4 вдоль шкалы 8 в смотровом окне 7 обсадной трубки 1.
Визуально измеряя по шкале 8 перемещение подкрашенной незамерзающей жидкости 4 и умножая эту величину на ранее полученный переводной коэффициент, определяют глубину промерзания грунта без раскапывания снега, вытягивания гибкого шланга и различных щупов.
Список литературы
1. Труды НИИ гидрометприборостроения, вып. 1, 1950, №14.
2. Авторское свидетельство №213384 СССР МПК G01K Устройство для регистрации глубины промерзания и оттаивания грунтов / Данилин А.И., Комаров М.М.; заявитель и патентообладатель Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии - №1096923/26-25 заявл. 12.08.1966, опубл. 12.03.1968, бюл. №10.
3. Авторское свидетельство 1144071 СССР МПК G01W 1/00 Мерзлотомер / Соколов В.М., Соколов А.С.; заявитель и патентообладатель Ленинградский сельскохозяйственный институт и Ленинградский инженерно-строительный институт - №3387472/24-10 заявл. 29.01.1982, опубл. 07.03.1985, бюл. №9.