Датчик-эвапориметр

 

Изобретение относится к сельскохозяйственной метеорологии и может быть применено в орошаемом земледелии для автоматизации полива сельскохозяйственных культур. Сущность изобретения: датчик-эвапориметр содержит емкость 1 для воды, сливную щель 2, пассивные опоры 3, активную опору 4 с весоизмерительным устройством 5, соединенным с нелинейным блоком .6, а также вычислительный блок 7, блок 8 памяти, за датчик 9 измерения и осадкомер 10. Вычислительный блок 7 выполнен в виде последовательно соединенных блока регистрации и индикации и фильтра, состоящего из четырех сумматоров, трех перемножитё- лей и делителя. В датчике-эвапориметре для повышения точности при оценке величины испарения с водной поверхности учитывается зависимость дисперсии ошибки измерения от уровня воды в емкости 1, а также происходит фильтрация этой ошибки. 3 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4890000/15 (22) 13.12.90 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Молдавский филиал Украинского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации (72) В.В.Байку, B,С.Зарицкий, Ф.В.Унгуряну, И.В.Драгомирецкий и В.И.Иванов (73) Молдавский филиал Украинского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации (56) Устройство для оперативного управления системами капельного брожения. Италия, 1981 (проспект фирмы "IrrigazIone

ItaIIa"). (54) ДАТЧИК ЭВАПОРИМЕТР (57) Изобретение относится к сельскохозяйственной метеорологии и может быть при. Ю 1787283 АЗ (я)з G 05 Р 9/00, А 01 G 25/00, 25/16 менено в орошаемом земледелии для автоматизации полива сельскохозяйственных культур. Сущность изобретения: датчик-эвапориметр содержит емкость 1 для воды, сливную щель 2, пассивные опоры 3, активную опору 4 с весоизмерительным устройством 5, соединенным с нелинейным блоком ,6, а также вычислительный блок 7, блок 8 памяти, задатчик 9 измерения и осадкомер

10. Вычислительный блок 7 выполнен в виде последовательно соединенных блока регистрации и индикации и фильтра, состоящегО из четырех сумматоров, трех перемножителей и делителя. В датчике-эвапориметре для повышения точности при оценке величины испарения с водной поверхности учитывает- Я ся зависимость дисперсии ошибки измерения от уровня воды в емкости 1, а также происходит фильтрация этой ошибки. 3 ил. С

1787283

Изобретение относится к сельскохозяйственной метеорологии и может быть использовано при создании автоматизированных систем орошения.

Известен датчик-эвапориметр, содержащий емкость для воды, контактные датчики уроайя, электронный блок управления и две сообщающиеся между собой и емкостью герметичные камеры, 4едостатком этого устройства является низкая надежность вследствие большого количества подвижных механических деталей, Кроме тото, подобные устройства, применяемые для.управления поливом, представляют собой весьма грубые модели процессов влагообмена в среде почва — растение-атмосфера, отличаются большими погрешностями в работе и низкой адекватностью реальным процессам на орошаемом участке.

Известен датчик-эвэпориметр, входящйй в систему автоматизированного управления поливом, Недостатком является его низкая точность, зависящая к тому же от уровня воды в емкости, например, точность весоизмерительного устройства с преобразователем в уровень воды составляет до +.1 мм, что при измерении суточных испарений (1 — 10 мм) дает погрешность от 10 до l00 0.

Цель изобретения — повышение точности датчика.

Цель достигается тем, что датчик дополнительно снабжен нелинейным блоком, запоминающим устройством и задатчиком измерения, а электронный блок измерения выполнен в виде вычислительного блока, причем выход весоизмерительмого устройства соединен с входом нелинейного блока и первым входом вычислительного блока, второй и третий входы которого связаны соответственно с выходами нелинейного блока и блоком памяти, вход которого соединен с выходом вычйслительного блока, управляющий вход которого подключен к выходу задатчика измерения, а вычислительный блок выполнен в виде последовательно соединенных блоков регистрации и индикации и фильтра, состоящего из четырех сумматоров, трех перемножителей и одного делителя, причем первый вход первого сумматора связан с выходом весоизмерительного устройства, второй его вход — с выходом блока регистрации и индикации, с которым также связан первый вход второго сумматора, выход которого соединен с входом блока регистрации и индикации, а второй вход — с выходом первого перемножителя, первый вход которого связан с выходом первого сумматора, а второй вход — с входом четвертого сумматора и выходом второго перемножителя, первый вход которого подключен к выходу делителя, а вход делителя соединен с выходом

5 третьего сумматора, первый вход которого связан с выходом нелинейного блока, а второй с выходом блока памяти, с которым также соединены вторые входы второго и третьего перемножителя, первый вход кото10 рого связан с выходом четвертого сумматора; а выход соединен с входом блока памяти, при этом управляющие входы всех блоков фильтра подключены к выходу задатчика измерения.

15 Эти отличительные признаки существенны в силу следующих обстоятельств:

При оценке величины испарения с водной поверхности учитывается зависимость ном блоке. И в прототипе и в известных аналогах такой учет не производится.

Для фильтрации ошибки измерения испаренйя используется фильтр, представля25 ющий собой набор операционных блоков, работа которых управляется от управляющих сигналов задэтчика измерения.

B запоминающем устройстве записывается текущая величина дисперсии ошибки

30 оценки величины испарения после каждого шага измерений. Неизвестны технические решения поставленной задачи, использующие рассмотренную совокупность признаков, которые приводят к повышению точности измерения испарения. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию существенных отличий.

На фиг. 1 изображена схема датчикаэвапориметра; на фиг. 2 — схема вычисли40 тельного блока; на фиг. 3 приведена зависимость ошибки измерения от уровня (объема воды в баке), Датчик-эвапориметр содержит емкость, 1 для воды, сливную щель 2, пассивные опо45 ры 3, активную опору 4 с весоизмерительным устройством 5, соединенным с нелинейным блоком 6 и вычислительным блоком 7, блок памяти 8, связанный с вычислительным блоком 7, и задатчик 9 измерения, соединенный с вычислительным блоком 7 и осадкомером 10. Задатчик 9 измерения выполмен в виде набора электронных ключей и обеспечивает также возможность подключения внешнего сигнала, инициирующего измерение.

Вычислительный блок 7 выполнен в виде последовательно соединенных фильтра

11 и блока 12 регистрации и индикации.

Фильтр 11 состоит из сумматора 13, перемножителя 14, сумматоров 15 и 16, делидисперсии ошибки измерения от уровня во20 ды в баке, которая записывается в нелиней1787283 где, VE — сигнал на выходе весоизмери1+1 тельного устройства при (i+ 1)-м измерении, К вЂ” коэффициент передачи фильтра, Кi 1 .. Р1 (Р .1.Р i 1) 1.

Р E — дисперсия ошибки оценки испарения при 1-м измерении, При (1+1)-м измерении, также в фильтре 11, величина Ре определяется как

Ре +1 - (1 — К ):Р, которая затем используется для определения коэффициента передачи фильтра в следующем цикле измерения;

Работа фильтра 11 происходит следующим образом. При (1+1)-м измерении на первый вход nepeoro сумматора 13 поступает сигнал; пропорциональный Че с весоиэмерительного устройства 5, а на

1 второй —. VE — с блока 12 регистрации и индикации. В результате на выходе блока 13 получают сигнал, пропорциональный (VE

1+1 .1

-VE ). который поступает на первый вход первого перемножителя 14. Сигналы, пропорциойальные Ре и Р E, поступают соответственно на первый и второй входы третьего сумматора 16 с блоков 6 и 8, йосле чего результат суммйрования (Р E + R ) 11оступают на вход делителя 17, выходной сигнал кдторого, пропорциональный (Р1E+ RE ) 1 ° принимается на первый вход второго перемножителя 18, а на второй его вход — Ре с блока 8. Результатом перемножения в блоке 18 является коэффициент передачи К ° который поступает на второй вход

i+1 блока 14, с входа которого сигнал, пропорМ циональный к (vE -vE ) ° передается на второй вход второго сумматора 15, на пер.I вый вход которого поступает сигнал VE c блока 12. В результате на выходе блока 15

i+1 получают оптимальную оценку YE, которая передается в блок 12 регистрации и индикации.

Величина PE определяется в блоках

19, 20. Так, на вход четвертого сумматора 19 принимается величина К выхода блока 18, а с выхода блока 19 величина (1 — К +") поступает на первый вход третьего перемножителя 20, на второй вход которого принимается величина P E с блока 8 и после перемножеi нйя на выходе блока 20 получают величину

PE, которая передается и записывается в

Н.1 блоке памяти 8 взамен величины Р E. Вели1

Н-1 чина РЕ затем используется в следующем цикле измерения для определения величины испарения с наименьшей дисперсией, Оптимальность такого подхода подтверждается соответствующими работами в области оптимизации

Датчик-эвапориметр может применяться как автономный прибор или как датчик в автоматизированных системах управления поливом.

Формула изобретения

1. Датчик-эвапориметр, содержащий емкость для воды, установленную на две пассивные и одну активную опоры, последняя из которых оснащена весоизмерительным устройством, выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ и и С я тем, что, с целью повышения точности, датчик снабжен нелинейным блоком, блоком памяти и

15 и управляющим входами вычислительного блока, выход которого подключен к входу блока памяти, причем выход весоизмерительного устройства связан с входом нелинейного блока, 2. Датчик-эвапориметр по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что вычислительный блок выполнен в виде соединенных последовательно элемента регистрации и индикации

30 и фильтра, включающего четыре сумматора, три перемножителя и делитель, причем первый вход первого сумматора является первым входом вычислительного блока, второй вход объединен с первым входом второго сумматора и соединен с выходом элемента

35 регистрации и индикации, а выход подключен к первому входу первого перемножителя, при этом выход последнего связан с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к первому входу элемента регистрации и индикации, причем первый вход третьего сумматора является вторым входом вычислительного блока, а выход соединен через делитель с первым входом второго перемножителя, выход которого связан с вторым входом первого перемножителя и через четвертый сумматор — с первым входом третьего перемножителя, при этом вторые входы

50 третьего перемножителей обьединены и являются третьим входом вычислительного блока, а управляющим входом последнего . служат объединенные управляющие входы элемента регистрации и индикации, делителя, сумматорсв и перемножителей, 20 задатчиком измерения, выходы которых со единены соответственно с вторым, третьим

1787283 уровню V E а затем после каждого цикла измерений эта величина заменяется на величину Р е, которая поступает от вычислиI тельного блока 7. На управляющий вход теля 17, перемножителя 18, сумматора 19, перемножителя 20.

Первый вход первого сумматора 13 соединен с-вйходом весоизмерительного уст- ройства 5, второй его вход — с выходом 5 вычислительного блока 7 сигнал поступает от задатчика 9 измерения, запуск которого блока 12 регистрации и индикации, с которым также связан первый вход второго сум- осуществляется оператором или от внешнематора 15, а его выход связан С- входом гоинициирующегосигнала, блока 12 регистрации и индикации. Второй . Задатчик 9 измерения, выполненный в вход второго сумматора 15 подключен к вы- 10 виде набора электронных ключей с фиксиходу первого перемножителя 14, первый рованными временными задержками, упвход которого соединен с выходом первого равляет работой блоков 12-20 и сумматора 13, а второй вход — с выходом обеспечивает своевременную коммутачетвертого сумматора 19 и выходом второго цию цепей блоков 12-20 при выполнении в перемножителя 18, первый вход которого 15 них соответствующих каждому блоку oneподключен к выходу делителя 17, чей вход раций. соединен с выходом третьего сумматора 16. В случае выпадения атмосферных осадПервый вход третьего сумматора 16 связан ков для предотвращения йоявления ошибки с выходом нелинейного блока 6, а второй сигнал осадкомера 10 в их начале инициирувход- с выходом блока памяти 8, с которым 20

et очередное измерение испарения, и в ретакже соединены вторые входы второго пе- зультате в блоке 12 фиксируется величина: ремножителя 18 и третьего перемножителя уровня воды в емкости 1 на момент начала

20, первый вход которого связан с входом - осадков. четвертого сумматора 19, а его выход соеди- . После окончания осадков происходит нен с входом блока памяти 8..: 25 очередное инициирование измерения испаНа фиг. 1 показана связь датчика-эвапо- рения с водной поверхности, но при этом риметра с осадкомером 10.. ; сигнал о величине выпавших осадков постуДатчик работает следующим образом. - "пает на вычислительный блок 7для коррекВ исходном состоянии емкость заполняется цйи величины испарения. водой до установленного уровня VOF, чтобы 30 Вычислительный блок 7 обеспечивает его зафиксировать надежно в емкости 1 на . фильтрацию ошибки измерения в фильтре этом уровне имеется сливная щель 2. При 11 и определение, регистрацию и индикаэтом вес емкости с водой F распределяется: цию величины испарения в блоке 12 регистравномерно на две пассивные опорьг3 и . рации и индикации как активную опору 4 35

i 1 .1 1+1

Š— V1 Vå

F3= 4=

1 1 (+1

Усилие воспринимается весоизмери- 40 где V$, VE — оптимальные(в среднетельным устройством 5, аналогичный сиг- квадратичном смысле) оценки величин нал которого, пропорциональный уровню уровнейводы,послефильтрации, при!-ми 1+ 11-м измерениях, воды в баке V E, поступает на первый вход вычислительного блока 7 и вход нелинейно- . случае выпадения осадков, если

1 1+1 го блока 6. В нелинейном блоке 6 РеализУ- 45 Ч E . ЧУ q е если вы„авшие осад„и ется зависимост RE = f(VE) — кривая на фиг. за еолнили емкость 1 до сливного отверстия

° 3, RE - -- - - -" в блоке 12, фиксируется это значение, если испарения, учитывающая как неточность собственноизмерения,такинеточностьфи- же VE (V5, m величина Е определязической модели испарения; Че — уровень 50 .. 1 1 1 I + воды в баке, R E× E — соответственнО то же ется в блоке 12 как Е = V ) — Ч е + Р,, при 1-м измерении.. где Рг — вельййна выпавших осадков за

Таким образом, на второй вход вычис- . интервал между измерениями. лительного блока 7 поступает сигнал, про- Вфильтре11осущесталяетсяопределепорциональный величине RE, а на трЕтий 55 1;, 1 вход-сигнал, пропорциональный величине ние величины Че как дисперсии ошибки оценки испарения Ре, от блока памяти 8, причем, До начала измере- Ч н! .V j и-1 р (+1 1)

1,, 1 ний в нем записывается величина дисперсии Р е, соответствующая начальному

1787283

1787283

АМИР в, 3.Составитель В. Байку

Техред M.Моргентал Корректор А.Обручар

Редактор

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

Заказ 273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5