Автоматический комплекс термомониторинга поверхностного слоя воды для исследовательских судов

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры воды на акватории морей и океанов, например, в процессе промысла пелагических рыб или гидрометеорологических исследований. Комплекс включает датчик температуры, связанный с рабочим блоком, размещенным в рубке судна. Рабочий блок включает аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и разъемный порт связи с компьютером, линейный шкальный индикатор, выполненный с возможностью отображения скорости изменения температуры и подключенный по трехпроводному каналу. Датчик температуры установлен внутри корпуса судна в трубе, выполненной из теплопередающего материала и расположен между всасывающим патрубком и устройством перепуска забортной воды из днищевой части корпуса судна на выход, размещенный над поверхностью воды, внутри трубы перед и после датчика температуры установлены приспособления компенсации погрешностей измерения температуры. Автоматический комплекс дополнительно снабжен эталонным датчиком температуры, который прикреплен к гидрологической лебедке с возможностью опускания его за борт судна и размещения на уровне всасывающего патрубка. На входе всасывающего патрубка установлен фильтр для очистки воды. Труба в месте расположения всасывающего патрубка, фильтра и датчика снабжена теплоизоляционной муфтой. Комплекс позволяет вести термомониторинг поверхностного слоя воды на исследовательских и научных судах автоматически, выяснить характер изменения температуры. 1 з.п.ф-лы, 4 нез.п.ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры воды на акватории морей и океанов, например, в процессе промысла пелагических рыб или гидрометеорологических исследований.

Для измерения температуры воды применяется измерительный комплекс ГМУ-2, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером (см. Описание измерителя гидрологического ГМУ 2, конструкции ЦКБ ГМП - Номер госреестра 21088-01 (ЦКБ Гидрометеоприборостроения. Найдено в сети Интернет 23 августа 2011 г. http://exportpostach.com.ua/aa_met72.html)

Недостатки устройства - недостаточная точность измерения температуры воды, что приводит к невозможности эффективного его использования для целей самостоятельного поиска скоплений пелагических рыб, из-за низкой частоты измерений (самый короткий интервал измерений - 5 минут), что с учетом реальной скорости хода промыслового судна фактически исключает вероятность обнаружения на акватории границ температурных зон и вихрей размерами до километра, благоприятных для скапливания объектов промысла, или же требует резкого снижения скорости хода судна.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по количеству существенных признаков и достигаемому результату является цифровой термометр, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером, снабжен линейным шкальным индикатором, выполненным с возможностью отображения скорости изменения температуры, причем в качестве датчика температуры использован термопреобразователь с нормальной статической характеристикой преобразования, пропорциональной температуре объекта измерения, который подключен по трехпроводной схеме, при этом, измерительные выводы датчика через измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме, подключены на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, управляющие выводы которого связаны с управляющими входами цифрового сегментного дисплея, линейного шкального индикатора и разъемом порта связи с компьютером. Датчик температуры устанавливают на трубе системы охлаждения главного или вспомогательного двигателя (п. РФ 66037, G01К 5/70, опубл. 27.08.2007).

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения температуры, обусловленную тепловой наводкой от главного или вспомогательного двигателя. Указанный недостаток не убирается в достаточной степени даже помещением датчика температуры в защитную гильзу. Кроме того, устройство не позволяет оперативно вносить корректировку в процесс измерения температуры, а также не позволяет оценить истинное значение температуры воды за бортом при стоянке судна, что впоследствии может привести к ошибкам измеряемой температуры при движении судна.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измеряемой температуры за счет оперативной корректировки измерений и уменьшение погрешностей влияния посторонних факторов.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном автоматическом комплексе термомониторинга поверхностного слоя воды, включающим датчик температуры, связанный с рабочим блоком, установленным в рубке судна и содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером, линейный шкальный индикатор, выполненный с возможностью отображения скорости изменения температуры и подключенный по трехпроводному каналу, при этом измерительные выводы датчика температуры через измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме, подключены на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, управляющие выводы которого связаны с управляющими входами цифрового сегментного дисплея, линейного шкального индикатора и разъемным портом связи с компьютером, согласно заявленной полезной модели, датчик температуры устанавливают внутри корпуса судна в трубе, выполненной из теплопередающего материала, размещают между всасывающим патрубком и устройством перепуска забортной воды из днищевой части корпуса судна на выход, расположенный над поверхностью воды, внутри трубы перед и после датчика температуры устанавливают приспособления компенсации погрешностей измерения температуры. Кроме того, автоматический комплекс термомониторинга поверхностного слоя воды дополнительно снабжают эталонным датчиком температуры, который закрепляют на гидрологической лебедке с возможностью опускания его за борт и размещения на уровне всасывающего патрубка.

Размещение датчика температуры в трубе, выполненной из теплопередающего материала позволяет свести погрешность измерения температуры к минимуму, за счет увеличения чувствительности устройства к изменению температуры воды. В качестве теплопередающего материала для изготовления трубы может быть использована медь или латунь.

Установка всасывающего патрубка трубы в днище корпуса судна позволяет избежать погрешностей при измерении температуры и повысить точность определения истинного значения температуры. Поскольку, в этом случае, приповерхностная вода не оказывает воздействие и позволяет избежать влияния случайных факторов (волны, попадания воздуха, посторонних предметов, ударов объектов, в частности, рыбы, медуз) на показания.

Размещение выхода трубы над поверхностью воды позволяет избежать влияния подпора воды на датчик температуры.

Снабжение комплекса устройством перепуска забортной воды из днищевой части корпуса судна на выход, размещенный над поверхностью воды, позволяет регулировать количество воды, проходящей через трубу, что, в конечном результате, повышает точность измерения температуры забортной воды. В качестве устройства перепуска воды может быть использован центробежный насос, в этом случае количество воды, проходящей через трубу, регулируется скоростью вращения крыльчатки центробежного насоса, которая устанавливается вручную либо автоматически с помощью регулятора.

Для дополнительного повышения точности измерения температуры и устранения возможности поломки датчика температуры на входе всасывающего патрубка устанавливают фильтр для очистки воды. Фильтр, установленный на входе всасывающего патрубка, позволяет исключить вредные воздействия воздуха и посторонних предметов, что не только обеспечивает сохранность датчика температуры, но и значительно повышает точность измерения температуры воды. В качестве фильтра для очистки воды может использоваться в частности, стальная сетка.

Для достижения заявленного технического результата в месте установки датчика, всасывающего патрубка и фильтра труба снабжена теплоизоляционной муфтой, которая способствует уменьшению влияния температуры механизмами и устройствами, расположенными в корпусе судна, и, в результате чего, значительно повышается точность изменения температуры воды при движении судна.

Снабжение автоматического комплекса термомониторинга поверхностного слоя воды эталонным датчиком температуры, который закрепляют на гидрологической лебедке с возможностью опускания его за борт и размещения на уровне всасывающего патрубка позволяет не только оперативно калибровать датчик температуры перед началом измерений изменений температурной зависимости воды при движении судна, но и значительно повысить точность измерения температуры.

Приспособление компенсации погрешностей измерения температуры перед датчиком температуры выполнено в виде гидравлической задвижки, которая позволяет не только регулировать поток воды, поступающий на датчик температуры, но и может использоваться для перекрытия поступления забортной воды внутрь корпуса судна при обслуживании или повреждении трубы или датчика. Приспособление компенсации погрешностей измерения температуры, установленное после датчика температуры, выполнено в виде инвертора, связанного с двигателем устройства перепуска и позволяющего изменять скорость потока воды, поступающий с датчика температуры на выход.

На фиг.1 показана схема заявляемого автоматического комплекса, на фиг.2 представлена схема рабочего блока заявляемого автоматического комплекса.

Автоматический комплекс термомониторинга поверхностного слоя воды включает датчик 1 температуры, связанный с рабочим блоком 2, размещенным в рубке 3 судна. Рабочий блок 2 включает аналого-цифровой преобразователь 4, микроконтроллер 5, цифровой сегментный дисплей 6, источник питания 7 и разъемный порт 8 связи с компьютером, линейный шкальный индикатор 9, выполненный с возможностью отображения скорости изменения температуры и подключенный по трехпроводному каналу 10, при этом, измерительные выводы датчика 1 температуры через измерительный усилитель 11, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме, подключены на вход 12 аналого-цифрового преобразователя 4, выход 13 которого подключен к микроконтроллеру 5, управляющие 14 выводы которого связаны с управляющими входами цифрового сегментного дисплея 6, линейного шкального индикатора 9 и разъемного порта 8 связи с компьютером. Датчик 1 температуры установлен внутри корпуса 15 судна в трубе 16, выполненной из теплопередающего материала и расположен между всасывающим патрубком 17 и устройством перепуска 18 забортной воды из днищевой части корпуса 15 судна на выход 19, размещенный над поверхностью воды, внутри трубы 16 перед и после датчика температуры 1 установлены приспособления 20 и 21 компенсации погрешностей измерения температуры. При этом приспособление 20 компенсации погрешностей измерения температуры, установленное в трубе 16 перед датчиком температуры 1 выполнено в виде гидравлической задвижки, а приспособление 21 компенсации погрешностей измерения температуры, установленное в трубе 16 после датчика 1 температуры, выполнено в виде инвертора, связанного с двигателем устройства перепуска 18. Автоматический комплекс термомониторинга поверхностного слоя воды дополнительно снабжен эталонным 22 датчиком температуры, который прикреплен к гидрологической лебедке 23 с возможностью опускания его за борт судна и размещения на уровне всасывающего патрубка 17. Гидравлическая лебедка 23 закреплена на корпусе 15 судна. На входе всасывающего патрубка 17 установлен фильтр 24 для очистки воды. Труба 16 в месте расположения всасывающего патрубка 17, фильтра 24 и датчика 1 снабжена теплоизоляционной муфтой 25.

В качестве перечисленных узлов и комплектующих используются известные объекты сходного назначения, рабочие характеристики удовлетворяющие требуемым параметрам.

В качестве датчика 1 температуры использован термопреобразователь с нормальной статической характеристикой преобразования, пропорциональной температуре объекта измерения (например, термопреобразователи сопротивления типа ТСП9201 100П или ТСП9201 100М, которые подключены с помощью трехпроводного канала).

В качестве измерительного усилителя 11 использован известный измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме.

В качестве аналого-цифрового преобразователя 4 использован, по меньшей мере, 12-битный преобразователь известной конструкции, например Burr-Brown ADS7822P.

В качестве микроконтроллера 5 использована известная микросхема Atmel AT89C4051PI-24.

В качестве цифрового сегментного дисплея 6 использован известный 4-разрядный цифровой индикатор, например, Kingbright DA56-11GWA (2 шт.)

В качестве источника питания 7 использован понижающий трансформатор, снабженный средствами подключения к внешней сети питания (220v, 50Hz) и выпрямителем и стабилизатором, питающим рабочие элементы устройства.

В качестве разъемного порта связи с компьютером 8 использован стандартный компьютерный (RS232C) СОМ-порт. Необходимое состояние линий СОМ-порта: DTR - логический 0(+12 В), RTS - логическая 1 (-12 В), остальные управляющие сигналы не используются.

В качестве линейного шкального индикатора 9 использован известный индикатор, например Kingbright DC-7G3WHA (2 шт.), выполненный с возможностью отображения скорости изменения температуры.

Устройство работает следующим образом.

После выхода судна в рейс, оно ложится в дрейф и с помощью гидравлической лебедки 23, закрепленной на корпусе 15 судна, опускают эталонный 22 датчик температуры до уровня расположения всасывающего патрубка 17, открывают задвижку 20, выполняющую роль приспособления компенсации погрешностей измерения температуры, и включают устройства перепуска 18 забортной воды из днищевой части корпуса 15 судна на выход 19, расположенный над поверхностью воды. В процессе перемещения воды по трубе 16 датчик 1 определяет ее температуру и передает информацию на рабочий блок 2, размещенный в рубке 3 судна. При наличии расхождения в показаниях датчика 1 температуры и эталонного 22 датчика температуры включают инвертор 21, связанный с двигателем устройства перепуска, (выполняет роль приспособления компенсации погрешностей измерения температуры) и с помощью него регулируют изменением напряжения переменного тока на электродвигателе устройства перепуска 18 забортной воды скорость потока воды, увеличивая или уменьшая ее в зависимости от разности показаний датчика 1 температуры и эталонного 22 датчика температуры. После уравнивания показаний температур датчика 1 с эталонным 22 датчиком, эталонный 22 датчик температуры поднимают с помощью гидравлической лебедки 23 и судно приступает к движению. Дальнейшие измерения температуры воды происходит при движении судна. При резком перепаде температуры воды, показания датчика 1 нивелируются с помощью теплоизоляционной муфты 25. При движении судна показания с датчика 1 температуры по трехпроводному каналу 10 поступают через измерительный усилитель 11 на аналого-цифровой преобразователь 4, где оцифровывается и передается на микроконтроллер 5, который пересчитывает его в показания температуры и скорости ее изменения во времени. После обработки данные поступают на цифровой сегментный дисплей 6, линейный шкальный индикатор 9 и через разъемный порт 8 связи с компьютером выводятся на дисплей (на чертеже не обозначен) компьютера, в виде графиков. На дисплей компьютера поступают также данные с устройства позиционирования судна (на чертеже не обозначен), которые позволяют связать показания температуры поверхностного слоя воды с местом ее нахождения.

Заявляемое устройство позволяет вести термомониторинг поверхностного слоя воды на исследовательских и научных судах автоматически, выяснить характер изменения температуры, что в свою очередь помогает быстро и качество вести поиск скоплений стайных пелагических промысловых рыб.

1. Автоматический комплекс термомониторинга поверхностного слоя воды, включающий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером, линейный шкальный индикатор, выполненный с возможностью отображения скорости изменения температуры и подключенный к трехпроводному каналу, при этом измерительные выводы датчика температуры через измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме, подключены на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, управляющие выводы которого связаны с управляющими входами цифрового сегментного дисплея, линейного шкального индикатора и разъемом порта связи с компьютером, отличающийся тем, что датчик температуры установлен внутри корпуса судна в трубе, выполненной из теплопередающего материала и расположен между всасывающим патрубком и устройством перепуска забортной воды из днищевой части корпуса судна на выход, размещенный над поверхностью воды, внутри трубы перед и после датчика температуры установлены приспособления компенсации погрешностей измерения температуры; автоматический комплекс дополнительно снабжен эталонным датчиком температуры, закрепленным на гидрологической лебедке с возможностью опускания его за борт судна и размещения на уровне всасывающего патрубка.

2. Автоматический комплекс по п.1, отличающийся тем, что на входе всасывающего патрубка устанавливают фильтр для очистки воды.

3. Автоматический комплекс по п.1, отличающийся тем, что приспособление компенсации погрешностей измерения температуры, установленное в трубе перед датчиком температуры, выполнено в виде гидравлической задвижки, а приспособление компенсации погрешностей измерения температуры, установленное в трубе после датчика температуры, выполнено в виде инвертора, связанного с двигателем устройства перепуска.

4. Автоматический комплекс по п.1, отличающийся тем, что труба в месте расположения всасывающего патрубка, фильтра для очистки воды и датчика температуры снабжена теплоизоляционной муфтой.

5. Автоматический комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством позиционирования судна.