Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Унгерман М.Н. Техника океанологических наблюдений на поисковых и промысловых судах

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

13.5 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 228 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 > Следующая >>>

печным проводящим полупространством. Участок измеритель-

ной системы AB,		относимый течением		и равный по длине	б а з е £
м е ж д у	электродами, — е е		.подвижная	часть.
ß	идеалыном	случае,	когда измерительная база L горизон
т а л ь н а и сносится только			течением,	скорость которого	перпен

дикулярна L , а морюкуіо воду можно считать бесконечным по лупространством, то на индуцируемую э. д. с. будет влиять толь

ко вертикальная	с о с т а в л я ю щ а я			'магнитного	поля Земли		Нг.
Если принять	Hz	однородной, то на концах				AB базы L воз
никнет э . д. с- Е,	р а в н а я
			E=LvHz,				(III—4)
ai скорость течения		'может	быть	вычислена	из	соотношения
				м/с.			(III—53
Можіно показать		[11],	что для измерения			полного	вектора

течения с борта судна, имеющего ход относительно воды, при менима только установка с базой, расположенной вдоль на правления вектора относительной скорости перемещения судна 1 .

Этому требованию отвечает установка с буксируемым							кабелем
(см. рис. 25,6).		При	других в а р и а н т а х		расположения		может
быть	получена	только	продольная	или	поперечная	составляю
щие	.скорости судна.
Рассмотрим		общий случай Э М И Т д л я варианта				с буксируе
м ы м	к а б е л е м и	судна, имеющего ход относительно воды. Схе
матически этот		вариант и з о б р а ж е н		на рис. 27, где		ѵи — собст-

Ріис. 27. Диаграмма скоростей при электромагнитном методе тзмерелшя течений.

1 Под относительной скоростью понимается скорость перемещения судна относительно воды.

в е ш а я скорость

сурна;

ѵ0 — относительная скорость

судна

(с

учетом

скорости

ветрового дрейфа ѵв);

ѵт—скорость

течения;

V — абсолютная

скорость

судна.

Тогда в горизонтальной системе координат с осью

распо

ложенной в диаметральной плоскости, д л я индуцируемой э . д . с ,

получаем

в ы р а ж е н и е

Е = ѵу Н2L, — ѵх

L y ,

где Ö V

L v

и Oy Ly — соответствующие

проекции

по оси

X и

У .

П о с л е преобразования

в ы р а ж е н и е д л я

э. д. с. на

базе

по

лучает

виід

Е =

LHZ

[v0

sin (а — т) +

Ѵт

Sin (etT — -f)],

(III—7)

где а т — курсовой угол

скорости течения ѵг.

Таким образом, в общем .случае для 'произвольного

распо

ложения

участка

индуцируемая

э. д. с. зависит

не

только

от скорости и направлении течения, н о

и от относительной ско

рости движения судна. При использовании буксируемой изме

рительной системы

измерительный

проводник

с базой

L ,

как правило,

достаточной

степенью

точности

располагается

вдоль

вектора

относительной

скорости

ѵ0,

т. е. в этом

случае

у = сс и

формула

( I I I — 7 )

принимает

вид:

Е =

LHzLvTSln(ar+a).

(III—8)

Если можіно пренебречь ветровым сносом, то, допуская

а—О,

получим

или

£ = L Я г

ti sin ат

( I I I —9)

t)T sinaT =

— .

(HI—10)

И з

рис. 26

уравнении III—'10 видно,

что, измерив Е\ и

Е2

для двух

курсов,

если

ИКі—Я/С2

= 90°,

получим

= - a r c t g - ^ - .	(III-.13)
При ^измерениях э. д. с н а концах измерительного	провод

ника обычно стремится использовать очень выеокоомные изме рители, чтобы их внутреннее сопротивление было несоизмеримо больше сопротивления внешней цепи. В этом случае, т. е. если ток в измерительной цепи бесконечно мал, можно допустить,

что измеренное н а п р я ж е н и е будет р а в н о э. д. с. Е. Ч а щ е всего при измерениях применяют компенсационные методы, при ко

торых

ів момент компенсации

тоік ів цепи

полностью отсутствует

(•с точностью,

соответствующей

чувствительности

индикатора

баланса)

и измеряемое н а п р я ж е н и е

этот

момент

равно

э. д. іс. и

погрешность

измерения

получается

минимальной .

'Говоря о погрешностях, 'следует, однако, обратить

внимание

на то, что при любом способе измерений

проводник

замк

нут на

объем

воды,

сопротивление

которого

складывается

из

п а р а л л е л ь н ы х

сопротивлений

слоя воды,

охваченной

течением

и перемещаемой вместе с проводником,

слоя

неподвижной

воды более глубоких

слоев. В -самом первом

приближении

это

сопротивление

м о ж е т

быть в ы р а ж е н о

формулой

где Rh—сопротивление		слоя толщиной А, охваченного течением;
Rd — сопротивление		глубимныіх слоев воды толщиной d.
Если	наблюдается		такая	картина, т. е. течение	охватывает
н е весь	слой воды,	и,	к а к	обычно бывает, скорость	течения в

различных слоях неодинакова, то, к р о м е шунтирующего дей ствия глубинных вод, в них возникают циркуляционные токи, обусловленные э. д. с. индукции, возникающей за счет переме

щения самого проводящего слоя воды	(течения) в .магнитном
поле. Эти токи создают на участке AB	(CD) напряжение, •про

тивоположное по направлению, измеряемой э. д. с. Е и измерен ная его величина оказывается меньше истинного значения на

•величину создавшегося		н а п р я ж е н и я		£/т	за счет	циркуляционных
токов индукции :
		E = E„—Ur,					( III—14)
где £ — истинное значение измеряемой э. д. с.
Величина (7Т пропорциональна э. д . ,с., создаваемой							течением,
и зависит от проводимости слоев воды					(т. е. от	Ra и Rh).		С из
вестным	приближением	с7т	может	быть учтено		н а	основании
формулы	[1/1]
							(III—il5)
П о с к о л ь к у д л я открытого			океана		обычно		h
П о с к о л ь к у д л я открытого			океана		обычно	=	T '	> ™
(III—11>5)	м о ж н о записать в виде					=	T '	> ™
(III—11>5)	м о ж н о записать в виде

(III—16)

Величина 1 +		" j j — К	получила			название	редукционного к о
эффициента. Переходя			от	э. д. с. к скоростям течения — метан
ной У т п и	измеренной		ѵт,	редукционный коэффициент				можно,
определить	к а к	отношение		истинного значения вектора				скоро
сти Ути к измеренной величине					этого вектора		ѵг:
				/С =	- —	•		(Ш - 17)

К р о м е указанных систематических погрешностей, учитывае мых коэффициентом К, на точность измерений оказывает в л и я ние ряд факторов .

К а к правило, эти ошибки не являются систематическими,, или их величина не может быть з а р а н е е учтена и соответствую

щим о б р а з о м скомпенсирована.
Из	несистематических погрешностей	метода	одной из	ос
новных является погрешность за счет влияния			теллурических
токов.	Оценка их влияния на точность	измерений 'Производи
лась неоднократно [16, 137]. При учете влияния			теллурических
токов	их обычно р а с с м а т р и в а ю т к а к случайные		процессы,	ис

пользуя при этом вероятностные методы . Учитывая, что значи

тельная с о с т а в л я ю щ а я	теллурических токов в		океане		обуслов
лена в а р и а ц и я м и М П З ,	существует	тенденция	[11]	объединения
аппаратуры Э М И Т с м а ш и н н ы м и		в а р и о м е т р а м и ,		что	по всей

вероятности могло бы существенно облегчить оценку влияния

теллурических	токов. Некоторая	з а щ и т а от помех,	связанных с
теллурическими	токами, а т а к ж е	с электрическим	полем судна

достигается установкой соответствующих заградительных филь


тров «а входе		измерительных систем. Оценить помехи электри
ческого	п о л я	судна		весым.а трудно. Поэтому при работе с		бук
сируемым кабелем стараются измерительную базу отнести						п о
возможности д а л ь ш е				от судна.
Н а	практике		это	расстояние выбирают равным	1 — ІѴа	дли
нам корпуса. П о			этим ж е причинам, в частности,		весьма редко
удается	пользоваться измерительной базой, жестко закреплен
ной на	корпусе.

іВюзможные варианты возникновения методических и аппа ратурных погрешностей и некоторые способы их п р е д у п р е ж д е ния достаточно подробно излагаются в упомянутых в ы ш е руко водствах и монографиях, поэтому другие виды погрешностей здесь рассматриваться не будут.

Д л я измерения течений гѳоэлѳктроманнитным методом в Со ветском Союзе используются два идентичных типа серийных

приборов — аппаратура Э М И Т ,	в ы п у с к а в ш а я с я , до 1963 г., и
насколько усовершенствованная	модель ГМ-Т5, выпуск которой

производится в настоящее время .

ЭМ'ИТ	и ГМ-ІІ5 предназначены	для р а б о т	с бушщруамыім
к а б е л е м .	Некоторое различие этих моделей не		принципиально
ІІІ тру/дно отдать предпочтение какой - либо из ник.
Структурная схема аппаратуры		ГМ-15	изображена на

рис. 28. Комплект состоит из двух электродов /, кабеля 2, ле бедки 3, пульта управления 4 с регистратором 5. Питание осу ществляется от борт-сети переменного тока пли от преобразо

вателя	6.
Аппаратура Э М И Т имеет аналогичную «схему.
Одним из наиболее в а ж н ы х		узлов аппаратуры	являются
электроды . В процессе работы		измерению подлежат	достаточно
м а л ы е	з . д . с , поэтому величина	поляризации электродов имеет
очень	большое значение. Е щ е	важнее — стабильность электро

дов, так как если в процессе измерения их э.д.с. будет иметь

заметный дрейф		и притом величина поляризации будет менять
ся	неодинаково	для электродной пары,			то неизбежно			возникает
	/			э. д. с , вносящая						допол
				нительную			и трудно учи
				т ы в а е м у ю			ошибку.
					К а к	правило,				перед
			1	началом		измерения				опре-
		^		деляется			начальная			раз
Рис. 28. Блок-схема		аппаратуры	ГМ-15.	ность потенциалов						распо-
				ложенных			рядом		электро
				дов и полученная					величи
на	компенсируется пли учитывается			как	систематическая					ошиб
ка	и ее величина	принимается за начало			отсчета.
	В аппаратуре ГМ-15 используются серебряные — хлорсереб-
ряные неполярнзующиеся			электроды, а в комплекте					Э М И Т —
хлорсеребряные		неполярнзующиеся		электроды			на	платиновой
основе с гелевым		ключом.

Схематический разрез электродов изображен на рис. 29. Основными элементами хлорсерсбряного электрода (рис. 29, а)

являются: серебряная пластина /, помещенная в перфорирован ную изоляционную втулку 2, заполненную евежеосажденныад хлористым серебром 3. Втулка электрода 'заключена ів защит ный корпус 4 из оргстекла, набитый стеклянной іватой 5, про питываемой раствором NaCl с концентрацией, примерно соот ветствующей концентрации .морской ©оды в том районе, где про изводятся измерения . Корпус электрода закрывается перфори рованной крышкой 6, а при хранении — глухой крышкой 7, пре пятствующей высыханию стекловаты . 'В верхней части электро

да

смонтирован

р а з ъ е м

и сальник д л я закрепления

уплотне

ния

кабеля .

Хлорсеребряный

электрод

на

платиновой

основе

гелевым

ключом

(рис. 29,

б)

состоит

из

платиновой

спирали

1 с осаж

денным

на

ней

слоем

чистого

серебра.

Гнездо с

платиновой

спиралью

заполнено

плотной

набивкой

из

свежеосажденного

7 4

хлористого

серебра

Н и ж н я я

часть электрода

представляет

собой

гел'ввый

'ключ

состоящий

из

двухпроцентного

агар-ага-

ра на

растворе

KCl .

Коническая

часть

электрода

заполнена

стаклов'атой

пропитанной морской

водой. П р и

хранении элек

трод закрывается защитной крышкой 5, препятствующей

высы

ханию.

Контактная

платиновая

спираль

припаяна

медной

проволоке

которая

впаяна в стеклянную про

ходную втулку. В верх

ней части электрод снаб

жен

разъемом и сальни

ком

для

подключения

кабелю.

В модели ГМ-15 элект

роды

выпускаются

на

двужильном

сталемед-

ном

кабеле

помощью

ручной

лебедки.

пер

вом

варианте

аппарату

ры — Э М И Т

—

электро

ды выпускаются

на

двух

кабелях

помощью

двух

портативных лебедок, снабженных скользящими токосъемными контакта ми. Сигнал с кабеля по ступает на измерительный пульт, в котором смонти рованы переключатель

рода	питания и	индика
тор питания. Измеряемый
сигнал с пульта		регистри	Paie. 29. Схематический разрез хлорсере-
руется с помощью авто				бряиых	электродов:
матического потенциомет			а — на	серебряной	основе; б — на платиновой
ра	П С Р - 0 1 .
З а р у б е ж н ы е		измерители	д л я	реализации геоэлѳктром.а>гнит-

ного .метода измерения течения по принципу работы и техниче

ским параметрам мало 'отличаются от		ГМ-15 и	Э М И Т и	полу
чили назваине	геоэлектрокинетаграфов	( Г Э К ) .	Следует	только
отметить, что	большинство з а р у б е ж н ы х	измерителей (например,

ГЭК модели 150 А фирмы О К Е ) объединены в одном блоке с регистратором, что делает их более удобными в работе. Неко

торые	геозлектрокнінегопрафы		снабжены	т а к ж е	встроенными
фильтрами' помех с		переменной постоянной времени, что во
многих	практических	случаях	о к а з ы в а е т с я	весьма	полезным .

Г л а в а I V

Т Е Х Н И К А И З М Е Р Е Н И Я Т Е М П Е Р А Т У Р Ы В О Д Ы

§1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

До настоящего времени на многих судах измерение темпера туры воды осуществляла! с помощью специальных ртутных тер мометров [105]. Такие измерении малопроизводительны, дают дискретные данные и не обеспечивают полной картины распре делении температуры. Ч а с т ы е остановки дли проведения изме

рений в дрейфе, ікроме того,	приводят к	значительным з а т р а т а м
поискового и .промыслового	времени.
Использование ртутных	термометров	требует производства

визуального отсчета, что значительно замедляет и усложняет работу в морских условиях, исщючае'т возможность дистанци

онной	передачи	результатов измерений,		увеличивает вероят
ность	ошибок	и тем самым	снижает	достоверность	инфор
мации.
Поэтому в настоящее время			д л я измерения температуры во
ды ч а щ е всего		используют электрические		дистанционные	мето

ды . У ж е получили широкое распространение поверхностные тер

мометры		судовых дистанционных		метеостанций,		термометры
М В И М У		(Мурманского высшего		инженерного морского учили
щ а ) ,	электротермометры,		объединенные		с приборами д л я кон
троля	за	орудиями лова,	дистанционные		глубинные	термозонды
•и Др-

С распространением электронной аппаратуры для дистанци онных наблюдений измерение температуры морской воды стало одним из наблюдений, наиболее легко осуществимых, в том чис ле с борта движущегося судна. Такие наблюдения могут про водиться постоянно с минимальной затратой времени. Сравни тельная простота осуществления их, однако, не означает прос тоту методики этих измерений. При подборе аппаратуры и раз

работке методики измерений, особенно с						борта		судна,		требуется
тщательно		учитывать влияние		многих		факторов			на	точность,
производительность			и достоверность		наблюдений.
		§ 2. ПЕРВИЧНЫЕ		ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
			ТЕМПЕРАТУРЫ (ДАТЧИКИ)
Аппаратура д л я			судовых	измерений		температуры обычно
состоит из трех основных функциональных							б л о к о в — д а т ч и к а ,
изімерительно-іпіреобразовательного					устройства			и	индикатора,
или репиістратора.
Датчики		температуры представляют				собой			термочувстви
тельные	элементы,		преобразующие		температуру				в	параметр,
удобный	д л я регистрации. К а к правило,					это	бывает			электриче

ский п а р а м е т р .


В качестве		датчиков могут использоваться	с а м ы е	разнооб
разные	термочувствительные элементы. П р е ж д е		всего,	это	про
водниковые — проволочные — термометры сопротивления,					полу
проводниковые		резисторные — термисторы, полупроводниковые
триоды,	термопары, пьезокварцевые резонаторы, вариконды

•и др .

В практике океанологических исследований на судах флота


рыбной промышленности наибольшее			распространение получи
ли проводниковые	(проволочные)	и	полупроводниковые				(тер-
шветорные) датчиіки температуры .		М о ж н о т а к ж е			считать		весь
ма перспективным	использование	кварцевых		термодатчнков.
Проволочные термометры сопротивления в настоящее .время
широко применяются на судах и		используются			в	целом	ряде
серийно выпускаемых приборов (ЭТМИ - 65,				ТЭГ-2,		термометры

комплекта С Д С , термометр Мурманского высшего мореходного

училища и Др.).
Эти	термюда'тчнки			о б л а д а ю т		р я д о м (существенных				досто
инств.	П р е ж д е всего			э т о — л и н е й н о с т ь				характеристики.		Дейст
вительно, принцип			их	действия		основан на изменении удельно
го сопротивления			металлической				проволоки,		температурный
коэффициент сопротивления					которой		выражаемся		к а к
					1	dR
				а =	*	dt	»
					R	dt
откуда				R = R0e**f,						(IV—1)
				R = R0e**f,						(IV—1)
где At = t——		интервал изменения			температуры, °С;
	а-—темперапурныи коэффициент						для	интервала	температур от /о
		до t.
П р и	f„ =	0
				R = R0eat.						(IV— la)
П р и р а з л о ж е н и и				формулы		(IV — 1)		в рад,	ограничившись

двумя первыми членами разложения, получаем линейную за висимость

	R = R0(\+at).				(IV—2)
	Пренебречь последующими член-алии р а з л о ж е н и я вполне до
пустимо, поскольку величины их,		как правило,	значительно			ни
ж е	погрешности измерений.
	Строго говоря, температурный	коэффициент	а	для	металлов
не	является абсолютно постоянной величиной		и	есть некото
р а я	функция температуры, но для небольших		интервалов			тем
ператур, измеряемых при океанографических работах,					его	мож-

но считать постоянным и равным по

величине табличному значению, кото

рое

обычно соответствует 0 ° С .

Таким

образом,

чувствительность

проволочного

термодатчика

определя

ется

температурным

коэффициентом а

входит

в в ы р а ж е н и е

крутизны

его

характеристики,

изображенной

на

рис. 30. Действительно, исходя из гра

фика сопротивление датчика при не

которой

температуре будет

равно

Рис.

30.

Линейная характе

ристика

термодатчика.

Rt=

Я 0 + ( f - f 0 ) t g P

(IV- 3>

или

піри

^0 = 0

Ro +

*lgî-

(ІѴ-Эа>

•На

ооновамии уравнений

( І Ѵ ^ 2 )

(IV — За)

получаем

S =

t g ß =

ku*.

(IV—4>

В качестве материалов д л я проволочных тѳр.мошпротивле-

ний .используются чистые металлы, обычно			платина, медь, воль
ф р а м ,	никель. Сплавы	менее пригодны д л я термодатчиюов, так
к а к их	а значительно	ниже, чем у чистых	металлов .

Рис. 31. Схематический разрез проволочного термодатчнка.

Наиболее часто встречающейся •конструкцией датчика явля ется катушка микропроволоюи, и м е ю щ а я внешнее влагозащит ное покрытие или помещенная в защитный корпус. Схематиче


ский	разрез .проволоч
ного	датчика		изобра
ж е н на рис. 31, где				/ —
измерительная			катуш
ка на	каркасе,		2,	о,—
защитный		корпус,		4 —
и зол я цио нін а я			втулка,
5 — выводные провод
ники,	6	— крепежная			Рис. 32. Термодатчик СДС.

головка. Аналогичную конструкцию .имеет,		-например,	датчик
температуры воды 'судовой	дистанционной	станции	(СДС)
(іриіс. 32).
Такие термодатчики, кроме	линейно спи характеристики, об

ладают еще одним существенным достоинством: дли металли

ческой проволоки практически					отсутствует	эффект		«старения»,,
т. е. изменения		температурной			-характеристики			со	временем,,
©следствие чего их іпѳриоднчеіаюая тарировка							может		произво
диться р е ж е .
Физические характеристики м е т а л л о в , используемых в про
волочных терм-сдатчиках д л я				изготовления		чувствительных				э л е
ментов и корпусов, приведены в табл. 4.
К	основным	недостаткам		проволочных		терімосопротивлений
следует отнести малую крутизну преобразования,								обусловлен
ную	сравнительно		небольшой		величиной	а	д л я		металлов
( Ю - 3	п р . а д - 1 ) . Поэтому чувствительность таких						датчиков в			ряде,
случаев с к а з ы в а е т с я			недостаточной. М а л а я			крутизна			преобра

зования значительно усложняет .измерение небольших градиен

тов температуры	(что весьма	в а ж н о при	океанографических р а
ботай) и зачастую не позволяет получить требуемую					точность
измерений, а небольшое собственное			сопротивление		у с л о ж
няет передану	информации	от датчика на		измерительные
схемы.
Полупроводниковые термометры сопротивления имеют зна
чительно большую крутизну		преобразования .		И х температур

ный коэффициент сопротивления достигает нескольких процен


тов.	Это д а е т	возможность		изготовления		весьма	чувствитель
ных	термометров д л я		измерения малых градиентов				температу
ры. Б о л ь ш а я		величина	а т и	сравнительно		высокое	собственное
сопротивление		полупроводниковых			датчиков в ряде случаев
значительно облегчает			и конструирование			телеизмерительных
систем и регистрагаров, позволяя, например, использовать								эти
датчики непосредственно в качестве					з а д а ю щ и х резисторов в			из

мерительных генераторах. При этом относительное изменение частоты достаточно велико д л я работы в звуковом диапазоне, что в свою очередь дает возможность производить запись на

магнитную ленту,		использовать более		инерционные,	а	поэтому
и более простые и .надежные счетчики л т. п.
Д л я таких	датчиков ч а щ е всего		попользуются		термпсторы,
изготовленные	из	полупроводников	на	основе окислов		метал

лов в с а м о м различном оформлении, хотя наиболее часто при меняются бусинковые теріМінеторы, отличающиеся малой инер

ционностью	при хорошей герметизации чувствительного	эле
мента.
М а л а я	тепловая инерция полупроводниковых датчиков	яв

ляется	еще одним их существенным преимуществом. Если счи
тать,	что теоретически нижний предел тепловой инерции ка
тушки	м.и:кропроволоки и термнетора	может быть примерно

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 228 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ