Устройство для измерения динамического действия дождя на почву

Предполагаемая полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована для оценки опасности водной эрозии дождя.
Известно множество устройств измерения динамического действия дождя на почву, описанных в книге: Методы исследования водной эрозии почв. Кишинев. 1976, с. 129-136 и в журнале Гидротехника и мелиорация. София, 1983, №7, с. 21-23.
Устройства включают измерительную пластину, которая фиксирует динамическое давление капельного потока жидкости.
Недостаток известных устройств - низкая точность измерений. Плоская плотная поверхность измерительной пластины отличается от пористой поверхности почвы, что вносит погрешность в результаты измерений.
Наиболее близким по совокупности существенных технических признаков к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения динамического действия дождя на почву, включающее корпус, пористую измерительную пластину, поры которой заполнены водой, эластичный экран с датчиками, (а.с. СССР 1362418, от 30.12.87 Бюл. №48).
Недостаток известного устройства - низкая точность измерения динамического действия капельных потоков жидкости.
Из анализа существующего уровня техники выявлено, что технической проблемой в данной области является низкая точность измерения динамического действия капельных потоков жидкости.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в улучшении качественных показателей при измерении динамического действия капельных потоков жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения динамического действия дождя на почву, включающем корпус, пористую измерительную пластину, поры которой заполнены водой, эластичный экран с датчиками, электрически связанными с прибором индикации, корпус устройства дополнительно снабжен конфузором, с радиусом отверстия, не превышающим радиус измерительной пластины, при этом в нижней части стенки конфузора выполнены отверстия, а датчики на эластичном экране размещены в пределах площади проекции отверстия конфузора.
Величина радиуса отверстия конфузора составляет не более 75% от радиуса пористой измерительной пластины.
Корпус является каркасом для соединения деталей устройства. Он ограничивает с боковых сторон замкнутую полость. Пористая измерительная пластина с порами заполненными водой моделирует пористое пространство поверхности почвы. При попадании капель в поры измерительной пластины в поровой влаге возникает гидродинамическое давление, которое деформирует эластичный экран. Деформацию экрана фиксируют датчики и отображает прибор индикации.
Величины деформаций краевых участков эластичного экрана и его центральной части существенно различаются. Это обусловлено влиянием крепления краев экрана к корпусу прибора. Различия в величинах деформаций приводит к погрешностям измерений. Предложенные отличительные признаки обеспечивают устранения этих недостатков и повышение точности измерений. Стенка конфузора защищает пристенные части измерительной пластины от попаданий капель дождя. Размещение датчиков в пределах площади проекции отверстия конфузора на эластичном экране обеспечивает измерение деформации только в пределах центральной его части.
Конструкция устройства поясняет чертежом, на котором представлен разрез устройства для измерения динамического действия дождя на почву.
В корпусе 1 установлена пористая измерительная пластина 2, поры которой заполнены водой 3. Корпус 1, снабжен конфузором 4, нижняя часть стенок которого снабжена отверстиями перфорации 5. Нижняя поверхность пористой пластины 2 снабжена эластичным экраном 6, на котором закреплены в пределах площади 7 проекции отверстия конфузора 4 датчики 8, электрически связанные с прибором индикации 9.
Устройство работает следующим образом. Поры пористой измерительной пластины 2 заполняют водой 3. Пористая пластина 2 размещается перпендикулярно оси капельного потока жидкости (на рисунке не показан). Капли дождя ударяет в поры. В поровой жидкости 3 формируется гидроударное давление, которое деформирует эластичный экран 6. Датчики 8, размещенные в пределах площади 7 проекции отверстия конфузора 4. фиксируют величину деформации эластичного экрана 6 и передают информацию на прибор индикации 9. Конфузор 4 устраняет попадание капель дождя на краевые части пористой пластины 2. Через отверстия перфорации 5 удаляется избыток жидкость с поверхности пористой пластины 2. Устранение попадания капель дождя на краевые части пористой пластины 2 и фиксация датчиками 8 деформации центральной части эластичного экрана 6 обеспечивает повышение точности измерений.
Величина деформации пропорциональна величине динамического действия капельного потока на почву. Устройство измерения тарируют по интенсивности твердого стока со стоковых площадок для капельных потоков жидкости с различной интенсивностью и крупностью капель.
Пористую пластину выполняют из водопрочного материала: полимеров, композитов, цементного камня, Толщину пористой измерительной пластины принимают от 3 до 8 мм. Площадь пористой пластины принимают не менее 10 см. кв. При меньшем размере пластины увеличивается продолжительность измерений. В качестве эластичного экрана применяют белую резину толщиной не менее 300 микрон. Продолжительность измерений принимается от 6 до 10 мин. Сокращение периода измерений менее 6 мин. снижает точность измерений из-за недостаточного числа капель, попадающих на пластину. Увеличение продолжительности измерений более 10 мин. увеличивает затраты труда, без повышения точности измерений. Корпус устройства выполняют из твердого полимерного материала, например, поликарбоната. В качестве датчиков используют тензорезисторы, пьезодатчики, прибора индикации -тензостанции, цифровые тестеры.
Действующий макет заявляемого прибора был испытан в лабораторных условиях. Диаметр пористой пластины составлял 45 мм. Толщина 4 мм. Деформацию фиксировали пленочными пьезодатчиками. Прибор индикации - цифровой тестер. На прибор с высоты 1.3 м подавали калиброванные одиночные капли дождя диаметром 3.2 мм с точками падения от центра пористой пластины на расстояния 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90% от ее радиуса. Фиксировалась разница показаний относительно центра в %. В таблице приведены результаты измерений.
При попадании капель в краевую область измерительной пластины при удалении от центра более чем на 75% от ее радиуса точность измерений снижается с 5 до 28%, т.е. на 23%.
По сравнению с аналогом предложенное устройство обеспечивает повышение точности измерения динамического действия дождя на 23%.