Плювиограф для измерения атмосферных осадков
PLUTIOGRAPH FOR MEASURING ATMOSPHERIC PRECIPITATION

Изобретение относится к области гидрометеорологии и предназначено для регистрации количества и интенсивности выпадающих в жидком состоянии атмосферных осадков.
Известно устройство челночного типа для измерения осадков, которое содержит дождемерное ведро (приемник) снабженное сливным патрубком, под которым размещен челнок со спаренными опрокидывающимися ковшиками, один из которых, после наполнения падает на один бок для слива, подставляя под отверстие сливной трубки второй - пустой ковшик, при этом челнок укреплен на горизонтальной оси, около которой он может совершать качания, ограниченные упорами, при этом к качающемуся челноку подключен механический или электрический счетчик, позволяющему определить осадки по количеству качаний челнока относительно горизонтальной оси [1].
Известный плювиограф имеет следующие недостатки: само устройство нуждается в точном горизонтировании. Площадь приемника осадков мала, что увеличивает влияние деформации ветрового поля. При интенсивных осадках струя воды напором оказывает влияние на процесс опрокидывания челнока, что увеличивает погрешность измерения.
Известен также автоматический автономный весовой осадкомер, работающий по принципу весов. На метеорологической площадке, где проходят измерения, на опоре устанавливается блок приборов, который включает высокоточное весовое оборудование - тензопреобразователь и измерительное устройство, которое имеет выход с интерфейсом RS-232, а также приемный сосуд и цифровое табло. Второе дистанционное табло располагается в помещении. Благодаря этому, появляется возможность снимать показания и управлять работой прибора дистанционно, на расстоянии до 150 м. В качестве линии связи используется 4-проводный кабель [2].
Известный весовой осадкомер представляет собой емкость - ведро без сливного отверстия, собирающее осадки и датчик давления, подведенный к данному ведру, который фиксирует увеличение веса ведра в зависимости от наполнения осадками и, по изменившемуся весу, пересчитывает количество осадков.
К недостаткам известного осадкомера можно отнести сложность конструкции, большие габариты и вес счетчика, а также малую площадь водосборника, а также необходимость присутствия человека для слива накопившихся и уже измеренных атмосферных осадков.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является плювиограф для измерения атмосферных осадков, содержащий осадкосборник кровельного типа, под стоком которого размещена сточная труба, выполненная в виде желоба, к выходу которого через Г-образный сливной патрубок подключены последовательно буферный резервуар с электромагнитным клапаном, к выходу которого в свою очередь подключен второй резервуар, снабженный датчиком уровня воды поплавкового типа, в нижней части которого размещен второй выпускной электромагнитный клапан, при этом выходы электромагнитных клапанов, а также датчика уровня воды второго резервуара подключены к входу блока управления, первый выход которого посредством проводного или беспроводного GSM или Wi-Fi канала связи подключен к пункту приема и обработки информации, а второй его выход при этом подключен к указателю уровня воды во втором резервуаре [3] ПРОТОТИП.
Отличительной особенностью известного технического решения является то, что кровля зданий и сооружений используется как площадка для сбора осадков. Автоматический подсчет собранных осадков осуществляется следующим образом.
При выпадении осадков первый электромагнитный клапан открыт, второй закрыт, вода попадает во второй резервуар. При этом датчик уровня воды показывает степень заполнения резервуара водой. После того как второй резервуар заполниться водой, на первый электромагнитный клапан с блока управления поступает команда - «закрыть», а на второй - «открыть». При этом происходит слив воды со второго резервуара и заполнение водой буферного резервуара. После окончания слива воды со второго резервуара на электромагнитный клапан буферного резервуара с блока управления поступает команда «открыть», а на второй - «закрыть». При этом во второй резервуар из буферного резервуара начнет вновь поступать вода. Таким образом, цикл загрузки и разгрузки резервуаров продолжается в течение всего периода осадков.
Для измерения количества и интенсивности осадков на блок управления с заданным интервалом времени поступают сигналы с датчика уровня воды второго резервуара. Таким образом, можно измерять осадки в любом месте, где есть помещение (крыша).
К недостаткам известного плювиографа можно отнести сложность конструкции, а также низкую точность измерения, что в значительной степени зависит от угла скоса крыши, а также от направления и скорости ветра, несущего осадки. Так, например, при направлении ветра с дождем в сторону водосборника со стороны противоположного ската крыши, имеющего уклон 30-45°, в верхней ее части по всей ее ширине может образоваться мертвая зона, куда осадки практически не падают.
Другой недостаток, приводящий к снижению точности измерения, обусловлен тем, что часть капельных осадков уходит за пределы осадкосборника за счет разбрызгивания при столкновении капель дождя с ее поверхностью по краю крыши. Учесть данные потери также практически невозможно. Кроме того плювиограф может использоваться только там, где есть жилые постройки, имеющие крыши со скатом. Для измерения осадков в сложных полевых условиях, где нет зданий и сооружений, такой плювиограф не может быть использован.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение точности измерения атмосферных осадков и расширение зоны функционального применения плювиографа.
Технический результат достигается тем, что в известном плювиографе для измерения атмосферных осадков, содержащем установленный под заданным углом к горизонту плоский осадкосборник, размещенный под стоком осадкосборника желоб, к стоку которого подключен сливной патрубок, снабженный на выходе автоматическим счетчиком количества осадков, который через контроллер посредством проводного или беспроводного (GSM или Wi-Fi) канала связи подключен к пункту приема и обработки информации, при этом выход счетчика подключен к сливной трубе, согласно заявленному техническому решению желоб выполнен в форме улитки, верхний изогнутый край которого направлен в сторону осадкосборника, при этом осадкосборник с трех других свободных сторон по внешнему контуру содержит вертикально расположенные пластинчатые выступы, исключающие выброс (потерю) осадков за пределы осадкосборника за счет разбрызгивания при столкновении капель дождя с ее поверхностью по краю, при этом осадкосборник размещен на вертикальной оси с возможностью свободного вращения и содержит хвостовое оперение, ориентирующее поверхность осадкосборника по направлению ветрового потока.
Технический результат достигается и тем, что поверхность осадкосборника установлена, преимущественно, под углом 8-15 градусов к горизонту, а высота пластинчатых выступов при этом составляет 15-25 см.
Отличительные признаки заявленного технического решения позволяют повысить точность измерения атмосферных осадков и расширить зону функционального его применения.
На рисунке (Фиг. 1) представлен схематично фронтальный вид плювиографа для измерения атмосферных осадков, а на рисунке (Фиг. 2) -вид плювиографа сбоку.
Плювиограф для измерения атмосферных осадков (далее плювиограф) содержит установленный под заданным углом к горизонту плоский осадкосборник 1, размещенный под стоком осадкосборника желоб 2, к стоку которого подключен сливной патрубок 3, который снабжен на выходе автоматическим счетчиком количества осадков 4, который через контроллер 5 посредством проводного или беспроводного (GSM или Wi-Fi) канала связи подключен к пункту приема и обработки информации, при этом выход счетчика 4 подключен к сливной трубе 6. На рисунках беспроводная связь и пункт приема и обработки информации не показаны.
Для повышения точности измерения желоб 2 выполнен в форме улитки, верхний изогнутый край которого направлен в сторону осадкосборника 1, при этом осадкосборник 1 с верхней и двух боковых свободных сторон по внешнему контуру содержит вертикально расположенные пластинчатые выступы 7, исключающие выброс (потерю) осадков за пределы осадкосборника 1 за счет разбрызгивания при столкновении капель дождя с ее поверхностью по краю, при этом осадкосборник 1 размещен на вертикальной оси 8 с возможностью свободного вращения и содержит хвостовое оперение 9, ориентирующее поверхность осадкосборника 1 по направлению ветрового потока.
Для повышения точности измерения рабочая поверхность осадкосборника 1 установлена с уклоном α=8-15 градусов к горизонту, а высота пластинчатых выступов при этом составляет 15-25 см. Данная высота выступов соответствует высоте разбрызгивания капель воды при соударении с поверхностью осадкосборника 1 (углы уклона и высота выступов определены экспериментально).
Предлагаемая конструкция плювиографа позволяет повысить точность измерения интенсивности и количества выпадающих осадков. Она может быть установлена в отдаленных районах, где есть беспроводный (GSM или Wi-Fi) канал связи.
Плювиограф работает следующим образом.
При выпадении жидких осадков поток воды по наклонной плоскости водосборника 1 стекает вниз, поступает в размещенный под стоком желоб 2 и далее проходит последовательно через сливной патрубок 3, автоматический счетчик расхода воды 4 и через сливную трубу 6 выводится наружу. При этом автоматический счетчик количества осадков 4 через контроллер 5 посредством проводного или беспроводного (GSM или Wi-Fi) канала связи передает данные измерения на пункт приема и обработки информации, где информация обрабатывается и анализируется.
Приведенные признаки, характеризующие изобретение, являются существенными, так как в совокупности достаточны для обеспечения работоспособности и решения поставленной задачи, а каждый в отдельности необходим для идентификации и отличия заявляемого плювиографа от известных в технике.
Таким образом, приведенная совокупность общих (известных) и отличных (новых) от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется новый плювиограф, является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой защиты, так как решает поставленную задачу - повышение точность измерения атмосферных осадков и расширение зоны функционального применения плювиографа.
Так, наличие вертикально расположенных пластинчатых выступов 7 у осадкосборника, а также форма желоба в виде улитки, уменьшают потери осадков за пределы осадкосборника 1 в результате разбрызгивания при столкновении капель дождя с рабочей ее поверхностью.
Другим достоинством заявленного технического решения является и то, что хвостовое оперение, свободно вращающегося вокруг вертикальной оси осадкосборника, всегда ориентирует рабочую ее поверхность в направлении ветрового потока, в результате чего капли дождя ударяются о ее поверхность практически перпендикулярно. Этому способствует и то, что рабочая поверхность осадкосборника размещена под углом 8-15 градусов относительно горизонта. Все это в комплексе позволяет повысить точность измерения атмосферных осадков и расширяет зону функционального применения плювиографа.
Источники информации
1. Ю.Б. Павлюков. Измерение атмосферных осадков с помощью автоматического челночного плювиографа./ Ж. Метеорология и гидрология, 2007, №11. С. 80-91.
2. Сайт: анероид.рф>info/articles/osadkomer/opisanie.htm
3. Жарашуев М.В., Макитов B.C., Кулиев Д.Д., Гергоков А.Х. Метод автокалибровки радиолокационной сети. Доклады Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. 23-27 октября 2017 г. Сборник научных трудов. В 2 ч. Ч 1/Коллектив авторов. Уфа: АЭТЕРНА. С. 344-345 ПРОТОТИП.