Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности



Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности
Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности

 


Владельцы патента RU 2464580:

Государственное учреждение "Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова" (ГУ "ГГО") (RU)

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и направлено на мгновенное определение смены фазы воды и снижение влияния фазы воды и наличия примесей в ней на точность измерения толщины. Устройство содержит электрические приемные элементы в виде плоскопараллельно расположенных трех электродов с разными расстояниями между ними. Присутствует возможность объединения любой пары электродов в приемный элемент. Приемные элементы поочередно подключаются к измерительному каналу сопротивления на переменном токе и к измерительному каналу сопротивления и напряжения поляризации на постоянном токе. Диапазон сопротивлений приемных элементов разделен на поддиапазоны. 2 ил.

 

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и может быть использовано для идентификации фазы воды с примесями на горизонтальной поверхности и вычисления толщины этого слоя, например для защиты взлетно-посадочной полосы от гололеда/гололедицы.

Известные аналоги:

1. Thickness measurement device for ice, or ice mixed with water or other liquid. Patent №: US 6,239,601 B1. Data of Patent: May 29, 2001.

Устройство измерения толщины льда, или смеси льда с водой, или других жидкостей. Представленный аналог имеет следующие сходства с предлагаемым изобретением:

- функционально содержит сенсоры импеданса с различными геометрическими размерами,

- измерения выполняются на переменном токе.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- для вычисления толщины слоя предлагается измерять импеданс сенсоров на разных частотах, выделять емкостную составляющую и использовать зависимость толщины от емкости контактирующих сенсоров импеданса. Учитывая тот факт, что принимаемые значения удельного электрического сопротивления воды в жидкой, твердой фазах и с различными примесями имеют довольно широкий диапазон: от единиц Ом*м (вода с примесями) до 108 Ом*м (чистый лед), то емкостная составляющая при низком удельном сопротивлении находится на уровне шумов, т.е. ее выделение невозможно. В результате, это устройство может обеспечивать измерения толщины в основном при высоком удельном сопротивлении присутствующего слоя.

2. Дорожный сенсор DRS511 фирмы Vaisala. Система анализа состояния поверхности дорог и взлетно-посадочных полос ROSA. Руководство по эксплуатации.

Представленный аналог имеет следующие сходства с предлагаемым изобретением:

- имеет датчики температуры поверхности и грунта,

- функционально содержит совмещенный сенсор проводимости и поляризации поверхности,

- измерения выполняются на переменном и постоянном токе, измеряется поляризация.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- неравномерность распределения льда/воды в переходном процессе по поверхности, приводит к запоздалому определению состояния.

Заявляемое изобретения направлено на мгновенное определение смены фазы воды и снижение влияния фазы воды и наличие примесей в ней на точность измерения толщины.

Электрические приемные элементы выполнены в виде трех графитовых электродов, расположенных плоскопараллельно с различными расстояниями между ними; для анализа слоя электрический ток можно пропускать между любыми электродами в любом направлении; измерения сопротивления можно выполнять на переменном и постоянном токе; можно измерять напряжение поляризации любой пары электродов; диапазон принимаемых значений сопротивления делится на поддиапазоны; мгновенное принятие решения о составе слоя и его толщине; наличие процессора позволяет автоматически выбирать поддиапазон измерения и вводить зависимость толщины от измеренных характеристик, а также данные измерений выдавать в цифровом виде.

Слой над каждой из трех пар электродов анализируется по шести характеристикам, в отличии от дорожного сенсора DRS511 фирмы Vaisala, у которого каждый датчик отвечает за одну или две характеристики, причем датчики разнесены в пространстве.

Наделение универсальностью каждой пары электродов обеспечивает «одинаковый» анализируемый слой, а плоскопараллельное расположение электродов, возможность коммутации электродов и деление принимаемого диапазона сопротивлений пар электродов на поддиапазоны позволяют получить высокоточные измерения с трех пар электродов, что повышает достоверность измерений и позволяет мгновенно принимать решения о составе слоя и его толщине.

Фиг.1 - контактная поверхность анализатора-измерителя 5 (вид сверху). На фигуре изображено расположение электродов, контактирующих с анализируемым слоем.

Фиг.2 - функциональная схема анализатора-измерителя 12. Фигура иллюстрирует возможности коммутации электродов на различные измерительные каналы.

На фиг.1 изображена контактная поверхность 5 анализатора-измерителя. Контактная поверхность 5 включает в себя три электрода 1, 2, и 3 и датчик температуры поверхности 4. Электроды 1, 2, и 3 изготовлены из графита, что обеспечивает их устойчивость к внешним воздействиям. Электроды 1, 2, и 3 имеют одинаковые размеры и расположены параллельно друг к другу. Расстояние между электродами 1 и 2 составляет 3 мм, что в два раза меньше расстояния между электродами 2 и 3.

На фиг.2 изображена функциональная схема анализатора-измерителя 12. Датчик температуры поверхности 4 подключается к измерительному каналу температуры 9, а измерительный канал температуры 9 соединен с микропроцессором 10. Электроды 1, 2, и 3 через коммутатор 6 соединены с 6-поддиапазонным измерительным каналом сопротивления на переменном токе 7 и 4-поддиапазонным измерительным каналом сопротивления и напряжения поляризации на постоянном токе 8. 6-поддиапазонный измерительный канал сопротивления на переменном токе 7, 4-поддиапазонный измерительным канал сопротивления и напряжения поляризации на постоянном токе 8 и цифровой выход 11 соединены с микропроцессором 10.

При проведении калибровки анализатора-измерителя 12 получают пороговые значения электрических характеристик анализируемого слоя, функции зависимости этих характеристик от толщины и температуры слоя. Полученные данные заносят в память микропроцессора 10.

Микропроцессор 10, управляя коммутатором 6, 6-поддиапазонным измерительным каналом сопротивления на переменном токе 7, 4-поддиапазонным измерительным каналом сопротивления и напряжения поляризации на постоянном токе 8 и измерительным каналом температуры 9 для анализа слоя поверхности, может получать до 18, не считая температуру поверхности, характеристик этого слоя - по шесть характеристик с трех приемных элементов:

1. Сопротивление на переменном токе между электродами 1 и 2.

2. Сопротивление на постоянном токе между электродами 1 и 2.

3. Напряжение поляризации между электродами 1 и 2.

4. Сопротивление на переменном токе между электродами 2 и 1.

5. Сопротивление на постоянном токе между электродами 2 и 1.

6. Напряжение поляризации между электродами 2 и 1.

7. Сопротивление на переменном токе между электродами 1 и 3.

8. Сопротивление на постоянном токе между электродами 1 и 3.

9. Напряжение поляризации между электродами 1 и 3.

10. Сопротивление на переменном токе между электродами 3 и 1.

11. Сопротивление на постоянном токе между электродами 3 и 1.

12. Напряжение поляризации между электродами 3 и 1.

13. Сопротивление на переменном токе между электродами 2 и 3.

14. Сопротивление на постоянном токе между электродами 2 и 3.

15. Напряжение поляризации между электродами 2 и 3.

16. Сопротивление на переменном токе между электродами 3 и 2.

17. Сопротивление на постоянном токе между электродами 3 и 2.

18. Напряжение поляризации между электродами 3 и 2.

19. Температура поверхности.

Полученные значения сравниваются с пороговыми, и определяется состояние слоя, затем рассчитывается его толщина. Полученный результат измерений передается через цифровой выход 11 в линию связи.

Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности, содержащий электрические приемные элементы, датчики температуры и измерительные каналы, отличающийся тем, что применено плоскопараллельное расположение трех электродов с разными расстояниями между ними; присутствует возможность объединения любой пары электродов в приемный элемент; подключение приемных элементов поочередно к измерительному каналу сопротивления на переменном токе и к измерительному каналу сопротивления и напряжения поляризации на постоянном токе; принимаемый диапазон сопротивлений приемных элементов разделен на поддиапазоны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения активного сопротивления и может использоваться во влагометрии материалов, при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматическом контроле технологических процессов.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников.

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ). .

Изобретение относится к области физики плазмы, газовых разрядов, сильноточной электронике, радиофизике, астрофизике и может применяться для исследования динамики распространения электромагнитных импульсов в диспергирующих неоднородных средах, радиолокации.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения параметров многоэлементных пассивных двухполюсников. .

Изобретение относится к устройствам измерения толщины стенки трубок и может быть использовано как средство неразрушающего контроля при массовом производстве, в частности в процессе производства тепловыделяющих элементов атомных реакторов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины немагнитных и слабомагнитных покрытий на ферромагнитной основе, а также ферромагнитных покрытий на немагнитной основе.

Изобретение относится к способу оценки толщины стенки полой детали типа лопатки газотурбинного двигателя, по меньшей мере в одной точке, имеющей определенный радиус кривизны в этой точке, внутри интервала радиусов кривизны и определенных значений толщины, заключающийся в том, что определяют величины импеданса электрической цепи, образованной датчиком токов Фуко, наложенным на стенку, вводят эти величины на вход блока цифровой обработки с нейронной сетью.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в процессе изготовления многослойных изделий. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для определения толщины солеотложения в оборудовании химических, нефтехимических предприятий, а также тепловых, геотермальных, атомных энергоустановок.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля при измерении толщины токопроводящего слоя электропроводящих материалов, может использоваться, например, в машиностроении для контроля технологических остаточных напряжений поверхностного слоя изделий после механообработки.

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для контроля свойств объектов из электропроводящих материалов, в частности толщины покрытия и проводимости основы.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к магнитным толщиномерам и может быть использовано для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании, ферромагнитных покрытий на немагнитном основании, а также для контроля толщины листов и фольг из ферромагнитного материала в машиностроении и др.

Изобретение относится к способу и устройству для измерения толщины слоя частично кристаллизованных расплавов, в особенности на ленточном транспортере, в рамках способа литья полосы
Наверх