ПОДВОДНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ГЛУБИНЫ ВОДОЕМА И УДЕЛЬНОГО ВЕСА ВОДЫ

Полезная модель относится к области морского приборостроения и предназначена, преимущественно, для измерения глубины водоема, а также удельного веса воды.
Известны подводные измерители глубины, в которых глубина определяется по величине гидростатического давления, воздействующего на соответствующий датчик (Богородский А.В. и др. Гидростатическая техника исследования и освоения океана. - Л.: Гидрометеоиздат. 1984 г. С.93).
Эти измерители глубины не могут определять удельный вес воды.
Известен также подводный измеритель глубины водоема и средней по вертикали скорости звука в воде (RU №53454 U1).
Указанный подводный измеритель глубины содержит размещенные в герметичном корпусе измеритель гидростатического давления и обращенный эхолот, выходы которых связаны с входами вычислительного устройства.
Измеритель устанавливается на дне водоема или на подводном объекте и обеспечивает измерение глубины с помощью измерителя гидростатического давления и эхолота, а также определение средней по вертикали скорости звука за счет совместной обработки их измерений.
Г
Г
а
Глубина Н и измеренное гидростатическое давление Р связаны известным выражением: Р=ρgH+Р, где
ρ - плотность воды;
g - ускорение силы тяжести;
а
Р - атмосферное давление (легко измеряется на обеспечивающем судне).
Недостатком данного устройства является отсутствие информации о величинах ρ и g, или удельного веса воды γ, равного
γ=ρg [Брюханов О.Н., Коробко В.И., Мелик-Аракелян А.Т. «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики», Учебник. - М.: ИНФРА, 2004 г.].
Эта величина задается в виде константы по данным таблиц или по результатам внешних измерений.
В процессе работы рассмотренного устройства этот параметр не контролируется, и его изменения приводят к неучтенным погрешностям измерений.
Известен способ определения удельного веса морской воды (Снежинский В.А. Практическая океанография. Гидрометеорологическое изд-во. Л. 1951. С.494). Он предусматривает точное взвешивание определенного объема морской воды при температуре 0° и такого же объема дисцилированной воды при температуре 4°. Взвешивания производят в лабораторных условиях с использованием пикрометра или гидростатических весов. По результатам измерений по известным формулам вычисляют удельный вес воды.
Реализация этого способа не воплощена в каком-либо устройстве, осуществляющем непосредственное определение удельного веса воды и тем более одновременное измерение глубины водоема.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании устройства для подводного измерения глубины водоема и удельного веса воды.
Технический результат, на обеспечение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в расширении функциональных возможностей измерителя глубины водоема, заключающемся в одновременном измерении удельного веса воды.
Устройство поясняется чертежом, где
на фиг.1 изображена блок-схема подводного измерителя;
на фиг.2 - подводный измеритель, установленный на дне водоема;
на фиг.3 - эксплуатация подводного измерителя с борта судна.
Заявляемая полезная модель содержит верхний датчик 1 гидростатического давления, нижний датчик 2 гидростатического давления, отнесенный по вертикали от верхнего датчика 1, например, с помощью жесткой связи 3, и вычислительное устройство 4, входы которого связаны с выходами датчиков 1 и 2. Датчики 1 и 2 и вычислительное устройство 4 могут быть объединены в герметичном корпусе 5 (на фиг.1 указан пунктиром).
При наличии корпуса 5 жесткая связь 3 может быть исключена, а ее функции будет выполнять сам корпус 5, на котором жестко закреплены разнесенные датчики 1 и 2 с обеспечением контакта с водой.
Питание устройства и обмен информацией с потребителями на берегу или обеспечивающем судне могут осуществляться по кабелю, по звукоподводной связи (на чертеже не указаны), через радиобуй. Вычислительное устройство 4 может располагаться вне корпуса 5, например, на борту судна.
Вычислительное устройство 4 реализует зависимости:
a
Н=f(Р, γ, Р) и γ=F(ΔР, ΔН),где
Н - глубина, например, по показаниям верхнего измерителя гидростатического давления.
γ - удельный вес воды;
ΔН - расстояние по вертикали между датчиками гидростатического давления;
2
1
ΔР=Р-Р;
2
1
P, P - давления, определенные соответственно нижним и верхним датчиками.
Наличие разнесенных по вертикали датчиков давления позволяет в процессе измерений определить кроме глубины их установки также дополнительный параметр - удельный вес воды, что повышает точность определения глубины и расширяет функциональные возможности полезной модели.
Корпус 5 для постановки под водой (фиг.2) может быть связан гибкой связью 6 с донным мертвым якорем 7, который в свою очередь связан посредством так же гибкой связи - буйрепа 8 с буем 9, в котором могут быть размещены источник электрического питания, вычислительное устройство 4, если оно не находится внутри корпуса 5, линия связи с судном, выполненная в виде радио- или гидроакустического канала (на чертеже не показан).
Электрическое соединение датчиков 1 и 2 с вычислительным устройством 4 осуществляется с помощью кабеля (чертеже не показан), крепящегося к гибкой связи 6 и буйрепу 8 с помощью кабельных зажимов. Корпус 5 в рассматриваемом варианте выполняется с положительной плавучестью, что в сочетании с гибкой связью 6 обеспечивает вертикальную ориентацию корпуса 5. Для учета отклонений от вертикали в корпусе 5 может быть установлен также датчик углов наклона (на чертеже не указан). Гибкая связь 6 может быть заменена шарнирной связью.
Определение глубины осуществляется в вычислительном устройстве 4 по формулам:
где
а
Р  - атмосферное давление;
1
2
h и h - высота установки датчиков 1 и 2 соответственно над дном 10.
Для учета температурного изменения размеров жесткой связи 3 измеритель может быть снабжен датчиком температуры, выход которого связан с соответствующим входом вычислительного устройства (на чертеже не указан). При этом вычислительное устройство 4 рассчитывает длину ΔН жесткой связи 6 между датчиками давления 1 и 2 для конкретной температуры t эксплуатации как
0
0
ΔН=ΔН[1+α(t-t)], где
0
0
ΔH - расстояние между датчиками 1 и 2, измеренное при температуре t
α - коэффициент линейного расширения материала жесткой связи 3.
Вычислительное устройство 4 по параметрам ΔР и ΔН определяет удельный вес воды по формуле:
Данную конструкцию полезной модели эксплуатируют следующим образом (фиг.2).
С обеспечивающего судна (на чертеже не показано), стравливая буйреп 8, опускают мертвый якорь 7 с закрепленным с ним посредством гибкой связи 6 корпусом 5 с установленными в нем датчиками 1 и 2, одновременно присоединяя к гибкой связи 6 и буйрепу 8 кабель (на чертеже не показан), соединяющий корпус 5 с плавучим буем 9. В процессе погружения измеряют на заданных горизонтах значения гидроакустических давлений, по которым определяют вертикальное распределение удельного веса воды.
После покладки на грунт мертвого якоря 7 производят постановку буя 9, затем осуществляют необходимые измерения в интересах промерных работ, испытаний гидроакустических средств, гидрографических исследований и т.п.
Подъем устройства осуществляют в обратном порядке.
Эксплуатация заявляемого устройства может быть иной, чем изложенная выше. Так корпус 5 с датчиками 1 и 2 можно опускать и поднимать с помощью кранбалки 11 на грузонесущем кабеле 12 с обеспечивающего судна 13 на заданные горизонты для определения вертикального распределения удельного веса воды (фиг.3). В этом случае корпус должен иметь отрицательную плавучесть.
Кроме того, корпус 5 с датчиками 1 и 2 может быть закреплен на подвижном объекте, например, на глубоководном аппарате или стационарно установлен на дне водоема, например, в составе автоматической донной станции. В этом случае для лучшего обеспечения вертикальности он может быть установлен в кардановом подвесе и оснащен датчиком углов наклона, выход которого соединен с входом вычислительного устройства.
Если известно ускорение силы тяжести в месте установки подводного измерителя, то может быть дополнительно вычислена плотность воды ρ как .
Для повышения информативности измерителя количество датчиков гидростатического давления, разнесенных по вертикали, может быть увеличено.