Устройство для моделирования скорости нарастания льда

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 350 О 06 С 7 7ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) А.Н.Волосевич и К.А.Волосевич (71) Научно-исследовательский институт приборостроения Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды(56) 1, Авторское свидетельство СССР 9 446079, кл.О 06 О 7/57, 1971.2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3296913/18-24,кл.С 06 О 7/57, 1981 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ НАРАСТАНИЯ ЛЬДА, содержащее блок моделирования температурыводы, узел ввода исходных данных,блок моделирования нарастания льда ипоследовательно соединенные блок масштабирования и блок регистрации, о.тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности и быстродействия, оно дополнительно содержитпять пороговых блоков, выполненных ввиде последовательно соединенных схе ф.мы сравнения и усилительного транзистора, в цепь коллектора котороговключена обмотка реле, ограничитель"ный резистор и разделительный диод,причем первый выход узла ввода исходных данных соединен со входами;схем сравнения первого и второго пороговых блоков, а через переключающий и размыкающий контакты реле первого порогового блока и через переключающий и размыкающий контакты реле третьего порогового блока соединен с замыкающим контактом реле второго порогового блока, с одним выводом ограничительного резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, и с анодом разделительного диода, катод которого соединен с переключающим контактом реле второго порогового блока и входом блока/моделирования нарастания льда, выход которого подключен ко входам схем сравнения четвертого и пятогое пороговых блоков и входу блока масштабирования, вход устройства соединен через переключающий и размыкающий контакты реле четвертого порогового блока с входом узла ввода исходных данных, замыкакщий контакт реле а первого порогового блока через размыкающий и переключающий контакты реле пятого порогового блока соединен со входом блока моделирования темпе- ратуры воды, выход которого подключен ко входу схемы сравнения третьего порогового блока, а второй выход узла ввода исходных данных соединен с замыкающим контактом реле пятого "порогового блока.Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в учреждениях, занимающихся расчетами и прогнозами скорости нарастания толщины льда в руслах рек и водохранилищах. 5Известно устройство для моделирования расходов и уровней воды в рус.лах рек и каналов, содержащее блок задания гидрографа во входном створе, блок моделирования гидравлическихО характеристик речного русла, блок задания масштаба записи результатов расчетов, регистрирующий блок, блок отсчета машинных единиц времени и блок задания установившихся расходов 15 воды 1 ДНаиболее близким к изобретению является устройство для моделирования стока с площади водосбора, содержащее последовательно соединенные блок масштабирования, регистратор, группу узлов ввода, К каналов моделирования, каждый иэ которых включает узел моделирования потерь и последовательно соединенные узел моделирования стока и узел трансформации зф 25 фективных осадков, каждый канал моделирования(кроме первого) содержит также сумматор, причем другие входы узла моделирования потерь и узла моделирования стока первого канала соединены с выходом первого узла ввода группы, выход узла трансформации эффективных осадков предыдущего канала подключен к первому входу сумматора последующего канала, вторые входы 35 сумматоров канала соединены с выходом узла ввода своего канала, выход узла1 трансформации эффективных, осадков последнего канала соединен с входом блока масштабирования, а группа Йг ходов узла моделирования потерь в каждом канале соединена соответственно с группой входов узла моделирования стока. 2Недостатком известных устройств является то, что они непозволяют моделировать скорость нарастания толщины льда в руслах рек и водохранилищах. Это объясняется тем, что для моделирования этих процессов нужна другая структура, а частое чередование отрицательных и положительных температур воздуха в период ледостава требует, чтобы решающий узел 5 я моделирования этих процессов обеспечил моделирование изменения температуры воды и скорости нарастания толщины льда.В настоящее время эти расчеты производятся вручную с низкой точностью и недостаточным быстродейст вием.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.Поставленная цель достигается тем что в устройство для моделирования 65 скорости нарастания льда, содержащее блок моделирования температуры воды, узел ввода исходных данных, блок моделирования нарастания льда и последовательно соединенные блок масштабирования и блок регистрации, введены пять пороговых блоков, выполненных в виде последовательно соединенных схемы сравнения и усилительного транзистора, в цепь коллек- тора котороговключена обмотка реле, ограничительный резистор и разделительный диод, причем первый выход; узла ввода, исходных данных соединен ,со входами схем сравнения первого ивторого пороговых блоков, а через переключающий и размыкающий контакты реле первого порогового блока и через переключающий и размыкающий контакты реле третьего порогового блока соединен с замыкающим контактом реле второго порогового блока, с одним выводом ограничительного резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, и с анодом разделительного диода, катод которого соединен с переключающим контактом реле второго порогового блока и с входом блока моделирования нарастания льда, выход которого подключен ко входам схем сравнения четвертого и пятого пороговых блоков и входу блока масштабирования, вход устройства соединен через переключающий и размыкающий контакты реле четвертого порогового блока с входом узла ввода исходных данных, замыкающий контакт реле первого порогового блока через размыкающий и переключающий контакты реле пятого порогового блока соединен со входом блока моделирования температуры воды, выход которого подключен ко входу схемы сравнения третьего порогового блока, а второй выход узла ввода исходных данных соединен с замыкающим контактом реле пятого порогового блока.На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройстваф на фиг.2 - схема узлов моделирования температуры воды и нарастания льда, которые идентичны по выполнению.Устройство содержит вход 1, узел2 ввода исходных данных, первый пороговый блок 3, второй пороговый блок 4, пятый пороговый блок 5, ограничительный резистор 6, блок 7 моделирования температуры воды, третий пороговый блок 8, разделительный диод 9, блок 10 моделирования нарастания льда, блок 11 регистрации, четвертый пороговый блок 12, блок 13 масштабиро" вания.В качестве пороговых блоков используются схемы сравнения, к выходу которых подключен транзистор, в коллектор которого включена обмотка реле.Другие входы схем сравнения подключены к шинам соответствующих постоянных напряжений, Контакты реле соответствующих пороговых блоков обозначены на чертеже одноименными позициями с индексами. 5Блок 7 моделирования температуры воды (как и блок 10) содержит накопительный конденсатор 14, эмиттерный повторитель 15, резисторы 16-21, схемы сравнения 22-26, транзисторы 27- 10 31 и реле 32-36. Пороги срабатывания схем сравнения задаются, исходя из условий решения задачи. Резистор 6 служит для того, чтобы конденсатор 14 блока моделирования нарастания 15 льда мог разряжаться, когда диод 9 окажется закорочен нормально замкнутой группой контактов 4-1, срабатывающей при появлении напряжения, моделирующего температуру.Пороговые блоки 3 и 4 реагируют только на положительные температуры, т.е. срабатывают от напряжений 30 В и выше, пороговый блок 8 срабатывает при температуре воды выше нуля.В качестве узла ввода исходных данных может быть использован узел . ввода исходных данных на шаговом вариаторе коэффициентов от любой аналоговой вычислительной машины.К ламелям шагового вариатора коэф-З 0 фициентов подключены гнезда наборного поля"Время".Для моделирования температуры используется делитель напряжения, состоящий из последовательно соеди ненных резисторов. От каждого резис,тора сделан вывод к гнездам наборного поля "Температура". Наборное поле имеет поле отрицательных температур и поле положительных температур. 40Моделирование положительных и отрицательных температур осуществляется источником положительного напряжения.Отрицательная температура моделируется напряжением 0-30 В,а положительная - от 30 до 50 В.45Диапазон напряжений моделирования температуры может быть уменьшен.Работа устройства начинается с того, что на вход 1 поочередно зада ютсясоответствующие напряжения, моделирующие положительную температуру воды и задаются пороги срабатывания схем сравнения в блоке 7 моделирования температуры воды. 55Пороги срабатывания определяются диапазоном изменения температуры воды и значением постоянной времени звена, обеспечивающего моделирование процесса изменения температуры воды в каждом поддиапазоне.60Поскольку приращение льда моделируется дискретным увеличением сопротивления нс-звена и наращиванием их числа и каждое приращение льда в 3 см (опытные данные) должно обеспе чить подключение резистора с большимсопротивлением (теплопро"одностьдолжна уменьшаться), то на вход 1поочередно подаются напряжения, моделирующие соответствующую толщину льда,и резисторами узла моделированияскорости нарастания толщины льда задаются пороги срабатывания компараторам,После этого на вход 1 подается напряжение, моделирующее исходную температуру воды (либо соответствующуютемпературу воздуха).С выхода узла 2 напряжение, моде-лирующее положительную температуру,поступает на вход пороговых блоков4 и 3, а также к среднему контактугруппы 3-1. При этом пороговые блоки3 и 4 срабатывают. При срабатываниипорогового блока 4 диод 9, стоящий навходе блока 10 моделирования нарастания льда закорачивается, а при срабатывании порогового блока 3 замыкаются нормально разомкнутые контактыгруппы 3-1, отключая выход узла вводаисходных данных входа блока 10 моделирования скорости нарастания тоацины льда. При этом выход узла 2 подключается через нормально разомкнутыеконтакты 3-1 и нормально замкнутыеконтакты 5-1 к входу блока 7. Приэтом в блоке 7 устанавливается соответствующее напряжение, срабатываетодна из схем сравнения и к конденса-.тору 14 подключается один из резисторов 16-21, Это напряжение подаетсятакже к входу порогового блока 8,который срабатывает, нормально замкнутые контакты его 8-1 размыкаются,отключая вход блока 10 от контактной группы 3-1. Таким образом, блок10 моделирования нарастания льдаблокирован дважды. Он не может включиться к выходу узла ввода исходныхданных до тех пор, пока температураводы не окажется равной нулю (либоблизкой к нулю) даже при условии,что температура воздуха окажется отрицательной. При запуске узла 2ввода исходных данных щетка шаговоговариатора коэффициентов сходит с последней ламели, при этом к выходуузла 2 подключается выход наборногополя узла 2, на котором набрана температура воздуха, соответствующаякаждому расчетному интервалу времени,При этом в блоке 7, моделирующем те-мпературу воды, возникает переходныйпроцесс, моделирующий изменение температуры воды, срабатывают соответствующие схемы сравнения и параметрыНС-звеньев изменяются. При понижениитемпературы воздуха температура воды через соответствующее время понижается. И при достижении температурывоздуха ниже нуля и температуры водыравной температуре ее. замерзания пороговые блоки 3 и 8 выключаются . Приэтом нормально замкнутые контакты 3-1 и 8-1 замыкаются, подключая выход узла 2 к диоду 9 входа блока 10 и отключая от узла 2 блок 7. В блоке 10 возникает переходный процесс, моделирующий нарастание льда. При появлении напряжения на выходе блока 10 срабатывают пороговые блоки 5 и 12.При срабатывании порогового блока5 замыкаются контакты 5-1 и к входу блока 7 подается напряжение, моделирующее температуру воды, предшествующую началу нарастания льда. Это необходимо, так как нуль температурымоделируется положительным напряжени ем, и если не подать этот нуль, токонденсатор 14 блока 7 может полностью разрядиться. При срабатывании порогового блока 12 размыкаются нормально замкнутые контакты 12-1, отключая вход от последней ламели шагового вариатора коэффициентов узла 2.По мере зарядки конденсатора 14 блока 10 напряжение на выходе эмиттерного повторителя 15 возрастает и при достижении напряжений, заданных схемам )сравнения, они поочередно срабатывают, подключая к конденсатору 14 соответствующие резисторы.При срабатывании схемы сравнения 22 срабатывает реле 32 и от конденсатора 14 отключается резистор 16и подключается резистор 17, сопротивление которого больше. Аналогично включаются и другие резисторы.Если температура воздуха повышается и становится выше нуля, то сра. батывают пороговые блоки 3 и 4.При срабатывании порогового блока 3 нормально разомкнутые контакты -1 его реле замыкаются, отключая выход узла 2 ввода исходных данных от входа олока 10 моделирования нарастания льда и подключая выход узла 2 к контакту нормально замкнутой группы 5-1, однако выход узла 2 не подключается к входу блока 7 моделирбвания температуры воды до тех пор, пока лед не стает, т,е. до тех пор, пока напряжениэ на выходе блока 10 не становится равным нулю при достижении на выходе блока 10 напряжения равного нулю пороговый блок 5 возвращается в исходное состояние и контакты его реле замыкаются, подключая к входу блока 7 второй выход узла 2.При срабатывании порогового блока 4 контакты 4-1 замыкаются, закорачи- вая диод 9. При этом конденсатор 14 блока 10 разряжается через резистор б.По мере разрядки конденсатора напряжение на нем уменьшается и от конденсатора 1 А отключаются резисторы в обратной последовательности, сначала резистор 21, затем резисторы 20,19 и т.д. При достижении на конденсаторе 14 исходного напряжения (т.е. напряжения, соответствующего отсутствию льда) пороговый блок 5 возвращается в исходное состояние. В этом случае нормально замкнутые контакты 5-1 замыкаются и от входа блока моделирования температуры воды отключается напряжение, моделирующее нуль температуры воды и подключается первый выход узла ввода исходных данных и начинается зарядка конденсатора 14 блока 7.При напряжении на выходе блока 10 равном нулю пороговый блок 12 возвращается в исходное состояние. При этом контакты его замыкаются, подключая гнездо фНач,усл." к последней ламели шагового вариатора коэффициентов.Результаты расчетов скорости нарастания толщины льда регистрируются блоком 11.Использование предлагаемого устройства существенно сокращает время, необходимое для производства расчетов, так как для производства одного такого расчета вручную требуется не менее 8 человеко-часов, а устройство позволяет выполнить его не более, чем за 10 мин.В сравнении с используемыми в настоящее время на сети гидрометслужбы устройствами для моделирования расходов и уровней воды в руслах рек и ,каналов предлагаемое устройство позво,ляет рассчитать скорость нарастания "толщины льда с большой точностью.сное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 акаэ 1366/50 ВИИИП по 113035, Тир Государс лам изоб осква, Т699енноготений5, Ра Подкомитета СССоткрытийская наб., д