ИНДИКАТОР АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ

Полезная модель относится к метеорологическому приборостроению, в частности к индикаторам начала и окончания выпадения осадков, и может быть использовано для фиксации осадков, как в жидкой, так и в твердой фазе.
Традиционные измерители дождя собирают капли дождя в воронку, а вытекающее количество воды определяется различными методами.
Известны устройства, в которых содержатся датчики, непосредственно реагирующие на воздействие одиночных капель дождя, основанные на преобразовании количества капель осадков в электрический сигнал и соединенные с различными электронными схемами для управления и регистрации количества осадков. В патентном документе [US 2004140903], например, описан прибор для измерения осадков, в котором предложено использовать пьезоэлектрический чувствительный элемент или тензодатчик, соединенный с электронным счетчиком и сумматором, что суммирует результат за определенный период.
К недостаткам данного прибора можно отнести сложность изготовления, невозможность определения осадков в твердой фазе (снег, град), а также высокую стоимость.
В качестве прототипа выбран [SU 607168, 1976], в котором описан чувствительный к осадкам элемент, выполненный в виде секционированной обмотки из двух изолированных проводников, образующих распределенную емкость. Появление первого импульса характеризует начало осадков, а отсутствие импульсов в измерительном тракте - прекращение осадков.
К недостаткам прототипа можно отнести сложность изготовления, недостаточную устойчивость к механическим воздействиям, попадание посторонних предметов в рабочий объем может привести к ложному срабатыванию.
Задача полезной модели - разработка дешевой, надежной и долговечной конструкции индикатора атмосферных осадков.
Технический результат - устойчивость к механическим воздействиям и повышение точности определения момента начала и момента окончания выпадения осадков.
Поставленная задача решается тем, что как и известный предлагаемый индикатор атмосферных осадков содержит чувствительный элемент, образованный двумя изолированными проводниками, блок управления и регистрации.
Новым является то, что чувствительный элемент выполнен в виде слоя, образованного двумя изолированными друг от друга проводниками, выполненными из нихромовой проволоки, намотанными параллельно друг другу на цилиндрический каркас и содержит нагреватель, также выполненный в виде слоя нихромовой проволоки намотанной на цилиндрический каркас, ниже слоя чувствительного элемента.
Кроме того, дополнительно он содержит датчик температуры, роль которого выполняет пленочный терморезистор, размещенный между слоем нагревателя и слоем чувствительного элемента, при этом слои электрически изолированы друг от друга.
Кроме того, блок управления и регистрации содержит систему контроля температуры, генератор сигнала и регистратор осадков.
Предлагаемый индикатор осадков предназначен для фиксации момента начала и окончания выпадения осадков, как в жидкой, так и в твердой фазе (снег, град). Принцип действия индикатора основан на изменении величины проводимости в зазоре между двумя проводниками, намотанными на цилиндрический каркас, при попадании в указанный зазор жидкости. Выполнение чувствительного элемента из нихромовой проволоки обуславливает механическую прочность, при наматывании нихромовой проволоки на жесткий цилиндрический каркас образуется жесткая конструкция. В тоже самое время нихромовая проволока обладает достаточной коррозионностойкостью. Для быстрого испарения жидкости по окончании осадков, а также для превращения твердой фазы в жидкую в индикатор встроены нагреватель и датчик температуры, постоянно поддерживающие температуру рабочей поверхности в пределах 30°С. Расположение элементов индикатора в виде слоев на цилиндрическом каркасе обеспечивает плотное примыкание к поверхности каркаса всех витков нагревателя, образуя ровный и прочный слой, на который накладывается пленочный терморезистор, и далее слой чувствительного элемента. В итоге получается жесткая металлическая конструкция. Кроме того, цилиндрическая форма каркаса позволяет избежать накопления осадков в рабочем зазоре чувствительного элемента, что в сочетании с нагревателем позволяет быстро испарить влагу с поверхности индикатора после окончания выпадения осадков. Точность определения момента начала выпадения осадков обеспечивается минимальным зазором между проводниками чувствительного элемента, составляющем 0.2-0.4 мм.
Для долговременной работы чувствительного элемента индикатора необходимо использование переменного напряжения частотой 1 кГц и напряжением не более 0,4 В.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1 приведена конструкция индикатора осадков.
На фиг.2 приведена структурная схема индикатора осадков.
Предлагаемый индикатор атмосферных осадков фиг.1 содержит чувствительный элемент (датчик осадков) 1, датчик температуры 2, нагреватель 3 и цилиндрический каркас 4. На фиг.2 приведена структурная схема индикатора осадков, на которой в виде блоков отображены чувствительный элемент 1, источник электропитания 5, нагреватель 3, система контроля температуры 6, состоящая из электронной схемы и датчика температуры 2, роль которого выполняет пленочный терморезистор расположенный на каркасе между слоями нагревателя 3 и чувствительного элемента 1, генератор сигнала 7 (частота 1 КГц и напряжение 0.4 В), регистратор осадков 8, содержащий электромагнитное реле. Одна пара концов проводников чувствительного элемента 1 изолируется. Один из проводников другой пары подключен к генератору сигнала 7, второй - к регистратору осадков 8.
Каркас выполняют из дюралюминия, длина каркаса - 7 см. Сначала на цилиндрическом каркасе 4 формируют слой изоляции - термостойкий полимер толщиной 0.3 мм, затем слой нагревателя 3 - наматывают нихромовую проволоку - в один ряд. Затем снова слой изоляции - термостойкий полимер толщиной 0.3 мм, на него устанавливают датчик температуры 2 - пленочный терморезистор. Снова слой изоляции - термостойкий полимер толщиной 0.3 мм. И окончательно формируют слой чувствительного элемента 1 из нихромовой проволоки диаметром 0.5 мм, путем наматывания двух проводников параллельно друг другу, между ними прокладывается изолятор из полимерной проволоки (лески) диаметром 0.3 мм.
Устройство работает следующим образом.
При попадании атмосферных осадков на чувствительный элемент 1 происходит замыкание параллельно намотанных проводников чувствительного элемента 1, и на входе регистратора 8 появляется переменное напряжение с генератора сигнала 7. Последнее приводит к срабатыванию электромагнитного реле в схеме регистратора 8, при замыкании контактов которого на выход прибора подается электрический и световой сигнал «ОСАДКИ». Нагреватель 3 и система контроля температуры 6 позволяют испарить всю влагу с поверхности чувствительного элемента 1 за 5-10 минут после окончания осадков, а также использовать устройство для регистрации осадков в виде града и снега.