Устройство для измерения температуры воды, донных осадков и теплопроводности донных осадков

 

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для геотермических исследований в акваториях морей и океанов. Целью изобретения является повьшение точности и надежности измерения распределения температуры по глубине воды и донных осадков. Устройство содержит пару дифференциальных термопреобразователей (ТП) 3 и 4, фиксированных на разных концах зонда 1, которые измеряют разницу температур на концах зонда. ТП 6 измеряет температуру донных осадков на уровне нижнего конца зонда, а ТП 8 - температуру придоннЬй воды. Перемещающийся с помощью электродвигателя 17 и винтовой передали 18 ТП 5 позволяет получить детальный температурный разрез. Нагреватель 7, расположенньй вблизи ТП 6, н сам ТП 6 позволяют измерить теплопроводность донных осадков. Пара дифференциальных ТП 3 и 4, а также остальные ТП 5, 6 и 8 имеют свои измерительные блоки 9, ,10, 11 и 12 и блок записи 13, благодаря чему возможно осуществление непрерывной одновременной записи сигналов всех ТП. Управление работой . устройства осуществляется с помощью блока управления 16. Питание осуществляется через стабилизатор 15 от источника питания 14. 7 ил. (Л 4: Од О1 1 Ю фи.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G О1 К 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

4 фиг/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4131083/24-10 (22) 09.!0,86 (46) 15.03.89. Бил. K- 10 (?l) Институт геологии им . акад.

И. М. Губкина и Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения Института геологии им. акад. И. М. Губкина (72) А. И. Мухтаров, И. В. Сафаров, С. А. Алиев, А. О. Глико и P. Д. Кулиев (53) 536.53(088.8) (56) Любимова Е. A., Александров А.Л., Дучков А. Д. Методика изучения тепловых потоков через дно океанов.

М.: Наука, 1973, с, 76-78.

Авто рско е св иде тельство СССР

У 408254, кл. G 01 V 9/00, 1973 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДИ, ДО1ЗНХ ОСАДКОВ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ДОНН11Х ОСАДКОВ (57) Изобретение относится к области температурных измерений и предназна-. чено для геотермических исследований в акваториях морей и океанов. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения распределения температуры по глубине воды и донных осадков. Устройства содержит пару дифференциальных термопреобразователей (ТП) 3 и 4, фиксированных на разных концах зонда 1, которые измеряют разницу температур на концах зонда. ТП 6 измеряет температуру донных осадков на уровне нижнего конца зонда, а ТП 8 — температуру прндонкой воды. Перемещаюшийся с помощью электродвигателя 17 и вин*овой передачи

18 ТП 5 позволяет получить детальный температурный разрез. Нагреватель 7, расположенный вблизи ТП 6, и сам ТП

„„SU„„1465?22 А1

6 позволяют измерить теплопроводность донных осадков. Пара дифференциальных

ТП 3 и 4, а также остальные ТП 5, 6 и 8 имеют свои измерительные блоки 9, 10, 11 и 12 и блок записи 13, благодаря чему возможно осуществление непрерывной одновременной записи сигналов всех ТП. Управление работой устройства осуществляется с помощью блока управления 16. Питание осуществляется через стабилизатор 15 от источника питания 14. 7 ил.

1465722

Изобретение относится к технике гемпературных измерений и предназна чено для геометрических исследований в акваториях морей и океанов.

Цель изобретения — повышение точНости измерения распределения темНературы по глубине воды и донных осадков, а также получение дополни1 тельной информации о процессе устано- 10 ления температуры после внедрения онда и о временных вариациях температуры в донных осадках и придонной оде .

На фиг. 1 представлена принСипи- 15 ,альная схема устройства для измерения температуры воды, донных осадков и, теплопроводности донных осадков; на фиг. 2 и 3 . . — †принципиальн схемы измерительного блока и блока управле- 20 ния; на фиг. 4 — принципиальные схемы дифференциального и обычного изме рительных мостов; на фиг. 5 " пример ! конструктивного выполнения движущегося узла; на фиг. 6 — "игольчатый 25 ( зонд" — измеритель теплопроводности; на фиг. 7 — примеры записей датчиков (термопреобразователей) 5 и б.

Устройство содержит (фиг. 1) гер, метичную трубу зонда 1 и герметично 30

,соединенный с ним контейнер 2, термопреобразователи 3 и 4 для измерения разности температур, закрепленные на

1 концах трубы зонда 1, перемещающийся вполь зонда 1 термопреобразователь 5 ! для изучения распределения температуры вдоль зонда и для контролирования значения разности температур, из( меряемого фиксированными термопреобразователями, термопреобразователь 6 40 и нагреватель 7 измерителя теплопроводности, термопреобразователь 8 для измерения- температуры придонной воды, измерительные блоки 9 — 12, блок 13 записи, источник 14 питания, стабили- 45 затор 15, блок 16 управления, электродвигатель 17 с редуктором для перемещения термопреобразователя 5 с помощью винтовой передачи 18 и концевой выключатель 19 для выключения электродвигателя.

Блок 16 управления (фиг. 3) образуют реле 20 времени и реле 21 с контактными парами 22 — 24.

Измерительный блок (фиг. 2) выполнен в виде измерительного моста 25, модулятора-генератора 26 и усилителя 27.

Пример конструктивного выполнения движущего узла с термопреобраэователем 5 показан на фиг. 5. Те рмопреобразователь 5, помещенный в медный корпус 28, прижимается к внутренней стенке трубы зонда 1 с помощьв пружины 29, которая устанавливается на каре тк е 30. Каре тк а может бить в ып олнена из фторопласта с целью уменьшения трения и ненужного теплообмена между деталями. При движении термопреобразователь 4 находится в контакте со стенкой труби зонда 1.

Измеритель теплопроводности представляет собой "игольчатый зонд" (фиг. 6). Конструктивно он выполняется в виде длинной металлической трубки — "иголки" 31, внутри кото0ой раэмещени нагреватель 7 и термопреобразователь 6 ° Отношение радиуса

"иголки" к ее длине должно быть в попорядке 1:100. Один конец трубки закрыт, а другой соединен с нижним концом зонда 1 с помощью фторопластового переходника 32, который выполняет функцию уплотнителя и в то же время теплоизолятора иголки от зонда 1. "Иголка" измерителя теплопроводности контактирует с донными осадками, и поэтому процесс теплопередачи в осадках отражается в показаниях термопреобразователя 6, размещенного внутри "иголки".

Устройство работает следующим образ ом. . В зависимости выбранного режима работы с помощьв блока 16 управления устройство включается в начале погружения в воду (в случае океанографических работ) или сразу после внедре-. ния зонда в донные осадки. Начинается одновременная регистрация сигналов, поступающих от всех термопреобразователей, Термопреобразователи 3 и 4 соединены в дифференциальную схему и измеряют разность температур на уровнях нижнего и верхнего концов зонда 1 с помощью измерительного блока 9. Сигнал разбаланса измерительного моста модулируется модулятором-генератором и усиливается усилителем, после чего регистрируется в блоке 13 записи. Перемещающийся термопреобразователь 5 в начале эксперимента на" ходится в нижнем конце зонда I и контролирует показания термопреобразователя 6, который помещен в нижнем конце зонда 1 внутри "иголки" измеритез 146572 ля теплопроводности. Термопреобразователь 8 закрепляется на наружной стенке контейнера 2 и служит для измерения температуры придонной воды на определенном уровне. Термопреобра- .

5 эователи 5, 6 и 8 соединены с соответствующими измерительными блоками

10 — 12. Результаты измерения всех термопреобраэователей по самостоятель-10 ному каналу передаются и регистрируются в блоке 13 записи.

В течение заранее заданного времени производится запись по всем каналам, которая служит для проведения исследований переходного процесса и временного температурного режима в донных осадках и придонной воде. По истечении заданного (периода) промежутка времени по команде реле 20 вре- 2о мени блока 16 управления (фиг. 3) включается электродвигатель 17 с редуктором и с помощью винтовой передачи 18 термопреобразователь 5 перемещается от нижнего конца зонда 1 к 25 верхнему. В это время продолжается одновременная регистрация температуры по всем каналам. Перемещение термопреобраэователя 5 позволяет регистрировать детальный температурный раэ- З0 рез вдоль зонда 1 с помощью одного датчика температуры. Распределение температуры вдоль трубы зонда I c достаточной точностью соответствует ее естественному распределению в осадках, что доказывается теоретическими расчетами.

Скорость перемещения датчика 4 конструктивно определяется из соотношения

2 4

Коэффициент теплопроводности »определяется по формуле

O,1п (tz/t,)

4Г 1 (Т,-Т,) l где Ц о = I à — мощность нагревателя;

Р— электросопротивление нагревателя (з аранее известно );

I — ток, проходящий через нагреватель (заранее известно по: характеристике стабилизатора);

Т и Т, — температуры, соответствующие моментам времени t и t (в соответствии с фиг. 7) .

Температуры Т, и Т, а также соответствулцие им моменты. времени определяются по записи термопреобразователя 6 (фиг. 7). До момента начала движения термопреобразователя 5 записи температур однообразны. Соответствующие графики можно получить, пере» писав результаты регистрации из блока записи на ленту самописца, например КСП-4. Здесь ось абцисс соответ-. ствует оси времени. Отрезки длины по этой оси являются аналогом времени.

Время работы прибора t Р— "вь кл "вм заранее известно, так как моменты времени г. в„„„н t в„„задаются с помощью реле 20 времени. Соответствующий отрезок длины АВ (фиг. 7) определяется из графика. Измерив любой отрезок, например АС, можно определить соответствующее время:

« tp АС

АВ

ДL Д (— у где dL — допустимая погрешность при определении местоположения датчика; — постоянная времени датчика.

Достигнув верхнего конца зонда 1, перемещающийся термопреобраэователь

5 с помощью концевого включателя 19 включает реле 21 блока 16 управления (фиг. 3). При этом нормально разомкнутые контакты 22 реле 21 замыкаются, блокируя выключатель 19, нормально замкнутые контакты 23 размыкаются и отключают электродвигатель .с редуктором 17, а нормально разомкнутые контакты 24 замыкаются и включают нагреватель 7 измерителя теплопроводности.

Момент времени включения электродвигателя 17 t + задается с помощью реле 20 времени. Момент его выключения t д можно определить гpahичecки (аналогично описанному) по изгибу линии, так как с прекращением движения запись устанавливается на определенном значении температуры. Noмент выключения одновременно соответствует началу интенсивного роста температуры ыа записи термопреобраэователя 6. С другой стороны, момент включения t < электродвигателя 17 задается с помощью реле 20 времени и заранее известен, а момент остановки датчика и я определяется по изгибу кривых, полученных термопреобразователями 5 и б. его также можно оп5 14657 р делить по известной скорости перемещения термопреобразователя 5.

Фо рмула изо бре те ния

Устройство для измерения температуры воды, донных осадков н теплопроодности донных осадков, содержащее онд в виде трубы, соединенный с гер- 0 етичньМ контейнером, внутри котороо расположены источник питания, лектродвигатель с редуктором и перый измерительный блок, состоящий иэ оследовательно включенных иэмериельного моста, усилителя и генератоа-модулятора, два термопреобразоваеля, расположенные на концах зонда подключенные к входу первого иэмеительного блока, нагреватель, о т — 2р и ч а ю щ е е с я тем, что, с цею новьппення точности измерения рас ределения температуры по глубине оды и донных осадков, в него введеt три дополнительных термопреобраэо- 25

22 6 вателя, блок записи, стабилизатор напряжения, концевой выключатель, блок управления и три дополнительных блока измерения, выходы которых соединены совместно с выходом первого измерительного блока с входами блока записи, а входы подключены к выводам дополнительных термопреобразователей, первый из которых расположен на наружной стенке контейнера, второй размещен на нижней теплоиэолированной части зонда рядом с нагревателем, а третий выполнен с возможностью перемещения вдоль трубы зонда и связан посредством винтовой передачи, на верхнем конце которой расположен концевой выключатель, с редуктором электродвигателя, подключенного к блоку управления, соединенному с концевым выключателем, нагревателем и выходом стабилизатора. напряжения, вход которого подключен к источнику питания, а.выходы соединены с блоком записи и измерительньии блоками. 1465722

1465722

Составитель В. Куликов

Редактор А. Огар Техред q,дндщ Корректор N, П!ароши

Заказ 933/41 Тираж 573 По дписно е

ВЯЦИПЯ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Ра пская наб., på 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101