RU2097797C1

RU2097797C1 - Atmospheric precipitation indicator

Info

Publication number: RU2097797C1
Application number: RU9494043956A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU94043956A

Abstract

FIELD: automatic and remote meteorological stations for operative measurement of precipitation intensity. SUBSTANCE: atmospheric precipitation indicator uses two identical instrument capacitors, the first of them is open, and the other is closed for free passage of precipitation through the space between the capacitor plates. The first and second instrument capacitors are cut in the circuits of the first and second movable coils of the electrodynamic ratio meters respectively. The ratiometer fixed coils via an additional fixed capacitor are connected to an AC power source that is coupled to the circuits of the ratiometer movable coils with instrument capacitors. The instrument capacitors are made in the form of sectional windings with distributed capacitance formed by two insulated conductors. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано в автоматических и дистанционных метеорологических станциях оперативного измерения интенсивности осадков. The invention relates to meteorological instrumentation and can be used in automatic and remote meteorological stations for operational measurement of precipitation intensity.

Известны устройства для определения интенсивности осадков, реализующие сбор их в специальные емкости и определение объема или массы выпавших осадков в единицу времени [1]
Однако данные устройства не позволяют оперативно получать данные по интенсивности осадков, недостаточно надежны из-за использования механических и кинематических звеньев, а также мало пригодны для дистанционных измерений из-за отсутствия надежных элементов эвакуации осадков.Known devices for determining the intensity of precipitation, realizing their collection in special containers and determining the volume or mass of precipitation per unit time [1]
However, these devices do not allow to quickly obtain data on precipitation intensity, are not reliable due to the use of mechanical and kinematic units, and are also not suitable for remote measurements due to the lack of reliable precipitation evacuation elements.

Известны также устройства для определения интенсивности осадков, представляющие собой оптико-акустико-электронный прибор, в котором происходит преобразование количества капель осадков в количество электрических импульсов за счет прерывания каплями луча лазера, а также звукового сигнала с помощью мембраны и микрофона в электрический сигнал [2]
Однако данным устройствам присущ целый ряд недостатков: возможность помутнения оптики от осадков, влияние случайных шумов, сложность измерительных блоков, а также необходимость энергоемкого электропитания с различными напряжениями.Also known are devices for determining precipitation intensity, which are an optical-acoustic-electronic device in which the number of precipitation drops is converted to the number of electrical pulses due to the interruption of the laser beam by the drops, as well as the sound signal from the membrane and microphone into an electrical signal [2]
However, these devices have a number of drawbacks: the possibility of clouding of optics from precipitation, the effect of random noise, the complexity of the measuring units, and the need for energy-intensive power supply with different voltages.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является индикатор атмосферных осадков, содержащий измерительный конденсатор, выполненный в виде секционной обмотки с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками, блоки обработки сигнала и регистратор [3]
В индикаторе изменение емкости конденсатора под действием осадков, попадающих внутрь обмотки, преобразуется в последовательность электрических импульсов, частота следования которых пропорциональна интенсивности осадков.The closest in technical essence and the achieved results to this invention is an atmospheric precipitation indicator comprising a measuring capacitor made in the form of a sectional winding with a distributed capacitance formed by two insulated conductors, signal processing units and a recorder [3]
In the indicator, the change in the capacitance of the capacitor under the influence of precipitation falling inside the winding is converted into a sequence of electrical pulses, the repetition rate of which is proportional to the intensity of the precipitation.

Однако данное устройство характеризуется низкой точностью измерения интенсивности осадков. Это объясняется тем, что, как известно, интенсивность осадков определяется как количеством капель в единицу времени, так и размером (диаметром) капель. В данном же устройстве интенсивность осадков определяется только по переменной частоте следования электрических импульсов равной длительности. Поэтому результат измерения не зависит от размеров капель, что приводит к низкой точности измерения и наличию существенных погрешностей. However, this device is characterized by low accuracy in measuring precipitation intensity. This is due to the fact that, as you know, the intensity of precipitation is determined by both the number of drops per unit time and the size (diameter) of the drops. In this device, the intensity of precipitation is determined only by a variable repetition rate of electrical pulses of equal duration. Therefore, the measurement result does not depend on the size of the droplets, which leads to low measurement accuracy and the presence of significant errors.

Изобретение направлено на повышение точности измерения интенсивности атмосферных осадков. The invention is aimed at improving the accuracy of measuring the intensity of precipitation.

Это достигается тем, что в индикаторе атмосферных осадков, содержащем измерительный конденсатор, открытый для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками, блок обработки и регистрации сигнала, введен второй измерительный конденсатор, абсолютно идентичный первому, но закрытый для проникновения осадков, а блок обработки и регистрации сигнала выполнен в виде электродинамического логометра, при этом первый и второй измерительные конденсаторы включены последовательно соответственно в цепи первой и второй параллельно соединенных подвижных катушек логометра. This is achieved by the fact that in the precipitation indicator containing a measuring capacitor open for free passage of precipitation through the space between the plates, a signal processing and recording unit, a second measuring capacitor is introduced that is absolutely identical to the first, but closed for precipitation penetration, and a processing and recording unit the signal is made in the form of an electrodynamic logometer, while the first and second measuring capacitors are connected in series, respectively, in the circuit of the first and second parallel newly connected movable coils of the logometer.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая функциональная схема индикатора. The invention is illustrated in the drawing, which shows the General functional diagram of the indicator.

Индикатор атмосферных осадков выполнен в виде электродинамического логометра, состоящего из неподвижных катушек 1, включенных последовательно с постоянной емкостью 2 в сеть переменного тока с напряжением питания U, и параллельно подключенных к сети подвижных катушек 3 и 4. В цепи каждой из двух подвижных катушек 3 и 4 последовательно включен измерительный конденсатор 5 (6), выполненный в виде секционный обмотки с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками. При этом один из измерительных конденсаторов открыт для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками (изолированными проводниками), а второй измерительный конденсатор 6 абсолютно идентичен первому, но закрыт крышкой 7 от проникновения осадков. Конструкции секционной обмотки измерительных конденсаторов 5 и 6 и крышки 7 конденсатора 6 не приведены, так как обмотка полностью заимствована из устройства-прототипа [3] где она детально изображена, а крышка 7 не имеет никаких специфических конструктивных особенностей и выполняет только функцию защиты пространства между проводниками от проникновения осадков. The precipitation indicator is made in the form of an electrodynamic logometer, consisting of fixed coils 1, connected in series with a constant capacity 2 to an alternating current network with a supply voltage U, and connected to a network of moving coils 3 and 4. In the circuit of each of the two moving coils 3 and 4, a measuring capacitor 5 (6) is connected in series, made in the form of a sectional winding with a distributed capacitance formed by two insulated conductors. In this case, one of the measuring capacitors is open for free passage of precipitation through the space between the plates (insulated conductors), and the second measuring capacitor 6 is absolutely identical to the first, but is closed by a cover 7 from the penetration of precipitation. The designs of the sectional windings of the measuring capacitors 5 and 6 and the cover 7 of the capacitor 6 are not shown, since the winding is completely borrowed from the prototype device [3] where it is shown in detail, and the cover 7 has no specific design features and performs only the function of protecting the space between the conductors from penetration of precipitation.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Как известно, отклонения указателя α подвижной части электродинамического логометра определяется отношением действующих значений токов I₁/I₂ в обмотках подвижных катушек 3 и 4. При отсутствии осадков токи I₁ и I₂ равны, отношение их равно единице, и стрелочный указатель логометра находится в начале шкалы на нулевой отметке. При наличии осадков происходит их проникновение в пространство между изолированными проводниками измерительного конденсатора 5, мгновенно изменяется емкость конденсатора 5, его реактивное сопротивление и, как следствие, действующее значение тока I₁ в цепи подвижной катушки 4. Очевидно, что отношение токов I₁/I₂, а следовательно угол отклонения a стрелочного указателя логометра будет определяться интенсивностью осадков. Действительно, в каждый конкретный момент времени реактивное сопротивление измерительного конденсатора 5, а следовательно и действующее значение тока I₁ определяется общим количеством (объемом) осадков, находящихся, а точнее, пролетающих в данный момент через пространство между изолированными проводниками секционной обмотки. Естественно, что это количество (объем) осадков пропорционален как частоте следования капель (их количество в единицу времени), так и размеру капель. Поэтому в данном случае логометр будет показывать уже не приближенное, а точное значение именно интенсивности атмосферных осадков.As you know, the deviation of the pointer α of the moving part of the electrodynamic logometer is determined by the ratio of the current values of currents I ₁ / I ₂ in the windings of the moving coils 3 and 4. In the absence of precipitation, the currents I ₁ and I ₂ are equal, their ratio is unity, and the pointer indicator of the logometer is in the beginning of the scale at zero. In the presence of precipitation, they penetrate into the space between the insulated conductors of the measuring capacitor 5, the capacitance of the capacitor 5, its reactance and, as a consequence, the current value of I ₁ in the circuit of the moving coil 4 changes instantly. It is obvious that the ratio of currents I ₁ / I ₂ and therefore the deviation angle a of the arrow pointer of the logometer will be determined by the intensity of the precipitation. Indeed, at each particular moment of time, the reactance of the measuring capacitor 5, and therefore the effective value of the current I _1, is determined by the total amount (volume) of precipitation that is, or rather, flying at a given moment through the space between the insulated conductors of the sectional winding. Naturally, this amount (volume) of precipitation is proportional to both the frequency of the droplets (their number per unit time) and the size of the droplets. Therefore, in this case, the logometer will not show the approximate, but the exact value of the intensity of precipitation.

Использование в данном устройстве в качестве выходного информативного параметра отношения показаний двух абсолютно идентичных датчиков, находящихся в одинаковых условиях эксплуатации, позволяет практически исключить температурные погрешности, погрешности от колебаний питающего напряжения, инструментальные погрешности и т.п. Using in this device as the output informative parameter the ratio of the readings of two absolutely identical sensors that are in the same operating conditions, allows you to practically eliminate temperature errors, errors from fluctuations in the supply voltage, instrumental errors, etc.

Предлагаемое устройство наряду с повышенной точностью измерения интенсивности осадков отличается конструктивной и схемной простотой, широкими функциональными и эксплуатационными возможностями, надежностью, возможностью дистанционного измерения интенсивности осадков, использованием в конструкции типовых, серийно выпускаемых функциональных узлов. The proposed device, along with increased accuracy of measuring precipitation intensity, is distinguished by structural and circuit simplicity, wide functional and operational capabilities, reliability, the ability to remotely measure precipitation intensity, using standard, commercially available functional units in the design.

Литература
1. Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения, Л. Д. Гидрометеоиздат, 1968, с. 166 -172.Literature
1. Sternzat M.S. Meteorological instruments and observations, L. D. Gidrometeoizdat, 1968, p. 166 -172.

2. Патент США N 3882381, НКИ 73-170, опубл. 1974. 2. US patent N 3882381, NKI 73-170, publ. 1974.

3. Авторское свидетельство СССР N 607168, кл. G 01 W 1/14, опубл. 1978 (прототип). 3. Copyright certificate of the USSR N 607168, cl. G 01 W 1/14, publ. 1978 (prototype).

Claims

An atmospheric precipitation indicator comprising a first measuring capacitor open for free passage of precipitation through the space between the plates, which are made in the form of a sectional winding with a distributed capacitance formed by two insulated conductors, and means for converting changes in the capacitance of the first measuring capacitor into an output signal of an indicated value, different the fact that it is equipped with a second measuring capacitor, identical to the first, but closed from the penetration of precipitation, and environments for converting changes in the capacitance of the first measuring capacitor to the output signal, it is made in the form of an electrodynamic logometer with terminals for connecting to an AC voltage source, to which are connected the windings of the stationary coils of the logometer through the introduced additional capacitor of constant capacity, and the first and second measuring capacitors, respectively, the first and second movable coils of the logometer.