Датчик-эвапориметр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 283 АЗ Р 9/00, А 01 6 25/00, 25/1 1)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕНТУ краин титут цкий ф В.И.Ив Украин нститут тивно о брож рмы "(56) Устройство для оперния системами капельнолия, 1981 (проспект ф1 таИа"). ского науч- а гидротех- .В.Унгуряанов ского науч- а гидротехо управлеения, Итагг 1 даопе 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 учитывается зависимость дисперсии ошибки измерения от уровня воды в емкости 1, а также происходит фильтрация этой ошибки, 3 ил.л М ъФИзобретение относится к сельскохозяйственной метеорологии и может быть использовано при созданииавтоматизированных систем орошения,Известен датчик-эвапориметр, содержащий емкость для воды, контактные датчики уроайя, электронный блок управления идве сообщающиеся между собой и емкостьюгерметичные камеры,4 едостатком этого устройства являетсянизкая надежность вследствие большогоколичества подвижных механических деталей, Кроме тото, подобные устройства, применяемые для.управления поливом,представляют собой весьма грубые моделипроцессов влагообмена в среде почва - растение-атмосфера, отличаются большимипогрешностями в работе и низкой адекватностью реальным процессам на орошаемомучастке.Известен датчик-эвапориметр, входящйй всистему автоматизированного управления поливом,Недостатком является его низкая точность, зависящая к тому же от уровня водыв емкости, например, точность весоизмерительного устройства с преобразователем вуровень воды составляет до +1 мм, что приизмерении суточных испарений (1 - 10 мм)дает погрешность от 10 до 100 О.Цель изобретения - повышение точности датчика.Цель достигается тем, что датчик дополнительно снабжен нелинейным блоком, запоминающим устройством и задатчикомизмерения, а электронный блок измерениявыполнен в виде вычислительного блока,причем выход весоизмерительного устройства соединен с входом нелинейного блокаи первым входом вычислительного блока,второй и третий входы которого связанысоответственно с выходами нелинейногоблока и блоком памяти, вход которого соединен с выходом вычйслительного блока,управляющий вход которого подключен квыходу задатчика измерения, а вычислительный блок выполнен в виде последовательно соединенных блоков регистрации ииндикации и фильтра, состоящего из четырех сумматоров, трех перемножителей и одного делителя, причем первый вход первогосумматора связан с выходом весоизмерительного устройства, второй его вход - свыходом блока регистрации и индикации, скоторым также связан первый вход второгосумматора, выход которого соединен с входом блока регистрации и индикации, а второй вход - с выходом первогоперемножителя, первый вход которого связан с выходом первого сумматора, а второйвход - 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 кото 10 рого связан с выходом четвертого сумматора; авыход соединен с входом блока памяти, при этом управляющие входы всех блоков фильтра подключены к выходу задатчика измерения. 15 Эти отличительные признаки существенны в сиду следующих обстоятельств:При оценке величины испарения с водной поверхности учитывается зависимость ном блоке. И в прототипе и в известныханалогах такой учет не производится. Для фильтрации ошибки измерения испаренйя используется фильтр, представля 25 ющий собой набор операционных блоков,работа которых управляется от управляющих сигналов задэтчика измерения. В 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 вычисли 40 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 опо 45 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 выполнен в виде набора электронньх 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 во 20 ды в баке, которая записывается в нелинейгде, Че - сигнал на выходе весоизмери+1тельного устройства при (+ 1)-м измерении,К - коэффициент передачи фильтра,К 1 Р 1 (Р, 1+1)1,Р е - дисперсия ошибки оценки испаре 1ния при 1-м измерении,При (1+1)-м измерении, также в фильтре, 11, величина РЕ определяется какРе - (1 - К );Р, которая затем используется для определения коэффициента передачи фильтра в следующем циклеизмерения;Работа фильтра 11 происходит следующим образом, При (+1)-м измерении напервый вход первого сумматора 13 поступает сигнал; пропорциональный Че" свесоиэмерительного устройства 5, а навторой: - . Че - с блока 12 регистрации ииндикации, В результате на выходе блока 13получают сигнал, пропорциональный (Че-Че ), который поступает напервый вход первого перемножителя 14. Сигналы,йропорциойальные Ре и Ре, поступают соответственно на первый и второй входытретьего сумматора 16 с блоков б и 8, йослечего результат суммйрования (Ре + йщ).поступают на вход делителя 17, выходной сигнал кдторого, пропорциональный(РЕ+ ВЕ) , принимается на первый входвторого перемножителя 18, а на второй еговход - РЕ с блока 8, Результатом перемножения в блоке 18 является коэффициент передачи К, который поступает на второй входблока 14, с входа которого сигнал, пропорциональный к (че -че ) . передается навторой вход второго сумматора 15, на пер;вый вход которого поступает сигнал Че сблока 12. В результате на выходе блока 151получают оптимальную оценку ЧЕ, которая передается в блок 12 регистрации ииндикации,Величина Реопределяется в блоках19, 20, Так, на вход четвеотого сумМатора 19принимается величина К выхода блока 18,а с выхода блока 19 величина (1 - К ) поступает на первый вход третьего перемножителя 20, на второй вход которого принимаетсявеличина Р Е с блока 8 и после перемноженйя на выходе блока 20 получают величинуРе, которая передается и записывается вн 1блоке памяти 8 взамен величины Р е. Вели 1н.1чина Резатем используется в следующемцикле 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, от л и ч а ю щ и й С я тем, что, с целью повышения точности, датчик снабжен нелинейным блоком, блоком памяти и 10 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 щ и й с я 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 45 50 третьего переглножителей обьединены и являются третьим входом вычислительного блока, а управляющим входом последнего , служат объединенные управляющие входы элемента регистрации и индикации, делителя, сумматорсви перемножителей,20 задатчиком измерения, выходы которых соединены соответственно с вторым, третьимтеля 17, перемножителя 18, сумматора 19. уровню Ч е, а затем после каждого циклаоперемножителя 20. измерений эта величина заменяется на веПервый вход первогосумматора 13 сое- личину Р е, которая поступает от вычисли 1динен свйходом весоизмерительного уст- тельного блока 7. На управляющий входройства 5, второй его вход - с выходом 5 вычислительного блока 7 сигнал поступаетблока 12 регистрации и индикации, с кото- от задатчика 9 измерения, запуск которого .рым также связан первый вход второго сум- осуществляется оператором или от внешнематора 15, а его выход связан С-входом, гоинициирующегосигнала,блока 12 регистрации и индикации. ВторойЗадатчик 9 измерения, выполненный ввход второго сумматора 15 подключен к вы виде набора электронных ключей с фиксиходу первого перемножителя 14, первый рованными временными задержками, упвходкоторогосоединенсвыходом первого равляет работой блоков 12-20 исумматора 13, а второй вход - с выходом обеспечивает своевременную коммутачетвертого сумматора 19 и выходом второго цию цепей блоков 12-20 при выполнении вперемножителя 18, первый вход которого 15 них соответствующих каждому блоку опеподключен 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 ет очередное измерение испарения, и в ретакже соединены вторые входы второго пе- зультате в блоке 12 фиксируется величина:ремножителя 18 и третьего перемножитеяяуровня воды в емкости 1 на момент начала20, первый входкоторого связан с входом - осадков.четвертого сумматора 19, а его выход соеди- . После окончания осадков происходитнен с входом блока памяти 8,: 25 очередное инициирование измерения испа-На фиг. 1 показана связь датчика-эвапо- рения с водной прверхности, но при этомриметра с осадкомером 10, . ; сигнал о величине выпавших осадков постуДатчик работает следующим образом. - пает на вычислительный блок 7 для коррекВ исходном состоянии емкость заполняетсяцйи величины испарения.водойдбустановленногоуровня Че,чтобы 30 Вычислительный блок 7 обеспечиваетего зафиксировать надежно в емкости 1 на . фильтрацию ошибки измерения в фильтреэтом уровне имеется сливная щель 2. При 11 и определение, регистрацию и индикаэтом вес емкости с водой Р распределяется: цию величины испарения в блоке 12 регистравномерно на две пассивные опорьг 3 и . рации и индикации какактивную опору 4 351 +1у=. , Е=ЧЕ ЧЕт 3=т 4=в3+14 где Ч 1, Ч с, - оптимальные(в среднеусилие воспринимается весоизмери .) и в ичинтельным устройством 5, аналогичный сиг- . оценки величинчныиквадратичном смысле оценки величинуровней воды, после фильтрации, при 1-м инал которого, пропорциональный уровнюводы в баке Ч Е, поступает на первый вход " яхвычислительного блока 7 и вход нелинейно +,1 +1го блока 6, В нелинейном блоке 6 реализу Ч е -ЧЕ; т.е, если выпавшие осадкиется зависимость Яе = ФЕ) - риа на фиг заполнили емкость 1 до сливного отверстия, 3, где ВЕ - дисперсия ошибки измерения в блоке 12, фиксируется это значение, еслииспарения, учитывающая как неточностьсобственно измерения, так и неточность фи- же Ч Е ( ЧЕ, то величина Е определязической модели испарения; Че - уРовень 50 .. 1 1 1 1 + 1воды в баке, ВЕЧе - соответственнбтоже ется вблоке 12 как Е =ЧЕ - Че +Рпри 1-м измерении где Р -величйна выпавших осадков заТаким образом, на второй вход вычис- . интервал между измерениями.лительного блока 7 поступает сигнал, про-, В фильтре 11 осущесталяется определепорциональный величине КЕ, а на трЕтий 55 1;,1вход-сигнал, пропорциональный величине ние величины Че какдисперсии ошибки оценки испарения Ре,от1 1блока памЯти 8, пРичем, ДО начала измЕРЕ- Чет+1 си ЧЕт+ 11 (Ч 11 ЧЕт)ний в нем записывается величина дисперсии Ров, соответствуннивв нвчввьному1787283 Составитель В.БайкуТехред М.Моргентал Корректор А,Обручар актор оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10 каз 273 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5