Кіріспе
Тереңдік өлшегіш – тік бетке қатысты тереңдікті көрсететін құрал. Оған су астына түсу және осыған ұқсас қолданыстарға арналған тереңдік өлшегіштер жатады. Суға түсу тереңдігін өлшегіш – су бетінен төменгі тереңдікті қысым арқылы көрсететін құрал. Тереңдік пен қысым арасындағы байланыс тура және көптеген жағдайларда, мысалы, суға түсуде, қысым маңыздырақ және жеткілікті дәл. Бұл су астында жүзушілер, су асты кемелері мен батысу аппараттары қолданатын су асты жабдығының бір бөлігі. Көптеген қазіргі заманғы суға түсу тереңдігін өлшегіштер электрондық механизммен және цифрлық дисплеймен жабдықталған. Алдыңғы үлгілерде механикалық механизм мен аналогты дисплей қолданылған. Суға түсушілер жиі қолданатын цифрлық тереңдік өлшегіштерге суға түскен уақытты көрсететін таймер де кіреді. Кейбір өлшегіштер суға түсушінің көтерілу және түсу жылдамдығын көрсетеді, бұл баротравмадан сақтануға көмектеседі. Мұндай құралды "төменгі таймер" деп те атайды. Электрондық тереңдік өлшегіш – суға түсу компьютерінің маңызды бөлігі. Өлшегіш тек су қысымын өлшейтіндіктен, тұщы және тұзды судың тығыздығының айырмашылығынан туындаған қателіктерге байланысты, тұщы және теңіз суында қолданылатын өлшегіштер көрсеткен тереңдік дәл болмайды. Пневмофатометр – ашық түтікше арқылы суға шығарылатын ауа қысымын өлшейтін тереңдік өлшегіш. Олар әдетте теңіз суының метрлерімен немесе футымен калибрленеді.
engineering instruments
A depth gauge is an instrument for measuring depth below a vertical reference surface. They include depth gauges for underwater diving and similar applications. A diving depth gauge is a pressure gauge that displays the equivalent depth below the free surface in water. The relationship between depth and pressure is linear and accurate enough for most practical purposes, and for many purposes, such as diving, it is actually the pressure that is important. It is a piece of diving equipment used by underwater divers, submarines and submersibles. Most modern diving depth gauges have an electronic mechanism and digital display. Earlier types used a mechanical mechanism and analogue display. Digital depth gauges used by divers commonly also include a timer showing the interval of time that the diver has been submerged. Some show the diver's rate of ascent and descent, which can be is useful for avoiding barotrauma. This combination instrument is also known as a bottom timer. An electronic depth gauge is an essential component of a dive computer. As the gauge only measures water pressure, there is an inherent inaccuracy in the depth displayed by gauges that are used in both fresh water and seawater due to the difference in the densities of fresh water and seawater due to salinity and temperature variations. A depth gauge that measures the pressure of air bubbling out of an open ended hose to the diver is called a pneumofathometer. They are usually calibrated in metres of seawater or feet of seawater.
Тарих
1659 жылы Корольдік қоғамның Роберт Бойль жүргізген эксперименттері су астындағы барометрді пайдалану арқылы Бойль заңының ашылуына әкелді. Француз физигі, математигі және өнертапқышы Денис Папин 1695 жылы Recueil de diverses Pieces touchant quelques nouvelles Machines атты еңбегін жариялады, онда ол су асты кемесі үшін тереңдік өлшегіш ұсынды. 1747 жылы "Философия Британика" басылымында мұхит тереңдігін өлшеуге арналған "теңіз өлшегіші" сипатталды. Бірақ, су асты кемесінде алғаш рет қолданылған тереңдік өлшегіш 1775 жылға дейін күткен еді, оны Нью-Хейвен (Коннектикут штаты) қаласындағы өнертапқыш, ғылыми аспаптар мен сағат жасаушы Исаак Дулиттл Дэвид Бушнеллдің "Торту" су асты кемесі үшін жасады. XIX ғасырдың басында "тереңдік өлшегіш суға түсу қоңырауының қалыпты жабдығының бір бөлігі болды".
Жұмыс істеу тәртібі
Судың тереңдігіне қарай, 4 °C температурадағы таза суда қоршаған ортаның қысымы әр 10 метр сайын 1 барға артады. Сондықтан тереңдікті қысымды өлшеу арқылы, оны беткі қысыммен салыстырып анықтауға болады. Атмосфералық қысым биіктікке және ауа райына байланысты өзгереді, сондықтан тереңдік өлшегішті жергілікті атмосфералық қысымды ескеру үшін калибрлеу қажет. Бұл биіктікте декомпрессия қауіпсіздігі үшін маңызды болуы мүмкін. Судың тығыздығы температура мен тұздылыққа байланысты өзгереді, сондықтан осы әдіспен тереңдікті дәл өлшеу үшін температура мен тұздылықтың профильдерін білу керек. Бұл оңай өлшенеді, бірақ тікелей өлшеу талап етіледі.
Бойль-Мариоттың тереңдік өлшегіші
Бойль Мариоттың тереңдік көрсеткіші бір жағынан ашық мөлдір түтікшеден тұрады. Оның жылжымалы бөліктері жоқ, ал түтік көбінесе дөңгелек немесе жазық спираль түрінде болып, тіреуге ыңғайлы орналасады. Суға батқан кезде су түтікшеге еніп, ішіндегі ауа көпіршігін тереңдікке пропорционалды түрде қысады. Көпіршіктің жиегі шкала бойынша тереңдікті көрсетеді. 10 метрге дейінгі тереңдікте бұл көрсеткіш өте дәл, себебі осы аралықта қысым 1 бардан 2 барға дейін екі есе артады, сондықтан шкаланың жартысы қолданылады. Бұл типтегі көрсеткіш капиллярлық көрсеткіш деп те аталады. Одан артық тереңдікте бұл көрсеткіштің қателіктері көбейеді. Бұл тереңдік көрсеткішімен максималды тереңдікті анықтау мүмкін емес, ал ауа көпіршігінің температурасының өзгеруі су астында дәлдікке күшті әсер етеді.
Бурдон түтігінің тереңдік өлшегіші
Бурдон түтігінің тереңдік өлшегіші эластикалық металдан жасалған қисық түтікшеден тұрады, осы түтікше Бурдон түтігі деп аталады. Түтікшедегі су қысымы конструкциясына қарай ішкі немесе сыртқы жағынан әсер етуі мүмкін. Қысым артқанда түтікше созылады, ал қысым төмендегенде бастапқы қисықтығына оралады. Бұл қозғалыс тісті дөңгелектер немесе рычагтар жүйесі арқылы көрсеткішке беріледі, ал көрсеткіште негізгі көрсеткішпен бірге қайтпайтын, бірақ оның қозғалысын бақылап, ең жоғары жеткен тереңдікті белгілей алатын қосымша көрсеткіш болуы мүмкін. Дәлдігі жоғары болуы мүмкін. Егер сүңгір бұл өлшегішті алып жүрсе, ол сыртқы су мен өлшегіштің ішкі ауа кеңістігі арасындағы қысым айырмасын тікелей өлшейді, сондықтан температура өзгерісі нәтижеге әсер етуі мүмкін.
Мембрананың тереңдік өлшегіші
Мембраналық тереңдік өлшегіште су, сыртқы қысымға пропорционалды иілгіш ұшы бар металл цилиндрге қысым жасайды, ол сыртқы қысымға пропорционалды түрде деформацияланады. Мембрананың деформациясы рычаг және тісті механизм арқылы күшейтіліп, анероид барометрдегідей индикатордың көрсеткішіне беріледі. Көрсеткіш өздігінен қайтпайтын, максималды мәнді көрсететін қосымша көрсеткішті итеріп жіберуі мүмкін. Бұл типтегі өлшегіш температура өзгерістеріне түзетулер енгізілсе, өте дәл нәтиже береді. Деформация өлшегіштері мембранаға түсетін қысымды электрлік кедергіге түрлендіру үшін қолданылуы мүмкін, ал бұл кедергі Wheatstone көпірі арқылы аналогтық сигналға айналдырылады. Бұл сигнал қысымға пропорционалды сигналды алу үшін өңделіп, одан әрі өңдеу және көрсету үшін цифрлық форматқа келтірілуі мүмкін.
Пизорезистивті қысым датчиктері
Пиезорезистивті қысым датчиктері кремнийдің кернеуге байланысты кедергісінің өзгеру принципін пайдаланады. Пиезорезистивті датчик кремний диафрагмадан тұрады, оның үстіне кремний резисторлары өндіріс процесінде жайылтылады. Диафрагма кремний пластинасына бекітіледі. Сигнал температура өзгерістеріне сәйкес түзетілуі керек. Бұл қысым датчиктері әдетте су астына түсу компьютерлерінде қолданылады.
Пневмофатометр
Пневмофатометр – суға батырылған адамға берілетін ауаның қысымын өлшеу арқылы суастындағы тереңдігін көрсететін тереңдік өлшегіш. Алғашқыда, стандартты суға түсу костюмі киген суға батырылған адамға тыныс алуға қажетті ауаны беру үшін қолмен айналдырылатын ауа сорғысына орнатылған қысым көрсеткіштері болды, онда тек тереңдіктің гидростатикалық қысымынан басқа кері қысым аз болды. Қауіпсіздік үшін жүйеге кері клапандар қосылғанда, олар кері қысымды арттырды, ал сұранысқа қарай жұмыс істейтін шлемдер енгізілген кезде бұл қысым одан да артты. Сондықтан, суға батырылған адамның шланғына қосымша кішкентай диаметрлі шланг қосылды, ол қосымша кедергілерсіз болды және газдың ағын жылдамдығы төмендетіліп, суастындағы адамға көпіршіктер жасалғанда, суастындағы адамның тереңдігін өлшеу үшін дәл, сенімді және берік жүйе қамтамасыз етті. Бұл жүйе әлі де суға батырылған адамдар үшін стандартты тереңдік мониторингі құралы ретінде қолданылады. Пневмофатометр көрсеткіштері суастындағы адамның тыныс алу газын жеткізу панеліне орнатылады және клапан арқылы іске қосылады. Суастындағы адамдар арасында әдетте "пневможелі" деп аталатын бұл желі, шлемнің немесе толық бет маскасының астына ашық ұшын тығып, клапанды ашып, еркін ауа ағынын қамтамасыз ету арқылы төтенше жағдайда тыныс алуға қажетті ауа көзі ретінде пайдаланылуы мүмкін. Пневможелі мен көрсеткіш арасында нәзік механизмге түсетін соққы жүктемесін азайту үшін "көрсеткіш демпфері" инелі клапан немесе жинақыш орнатылады, ал артық қысым клапаны көрсеткішті оның жұмыс диапазонынан тыс қысымнан қорғайды.
Суға түсу компьютері
Суға түсу компьютерлерінде интегралды тереңдік өлшегіш болады, оның цифрлық шығысы суға түсушінің ағымдағы декомпрессиялық жағдайын есептеу үшін пайдаланылады. Суға түсу тереңдігі және басқа да мәндер дисплейде көрсетіліп, декомпрессиялық модельді үздіксіз симуляциялау үшін компьютерде жазылады. Көптеген суға түсу компьютерлері пиезорезистивтік қысым сенсорын қамтиды. Кемде-кем жағдайларда сыйымдылықты немесе индукциялық қысым датчиктері қолданылады.
Қолданылуы
Суға түсуші декомпрессиялық аурудың алдын алу үшін тереңдік өлшегіш, декомпрессиялық кестелер және сағат пайдаланады. Тереңдік өлшегіш, сағат және декомпрессиялық кестелерге қолданылатын балама – суасты компьютер, ол кіріктірілген тереңдік өлшегішімен жабдықталған және ағымдағы тереңдікті стандартты функция ретінде көрсетеді.
Биологиядағы жарыққа негізделген тереңдік өлшегіштер
Тереңдік өлшегіш жарыққа да негізделуі мүмкін: Жарықтығы тереңдікпен төмендейді, бірақ ауа райына (мысалы, күн ашық немесе бұлтты) және күнің уақытына байланысты. Судың түсі де судың тереңдігіне байланысты. Суда жарық әр толқын ұзындығы бойынша әртүрлі мөлшерде әлсірейді. Көк түстің (>420 нм) және қызыл түстің (<500 нм) толқын ұзындығы, көк жарықтан (470 нм) бұрын жоғалады, ал көк жарық таза суға ең терең еніп өтеді. Толқын ұзындығының құрамы әр тереңдікте тұрақты және күнің уақытына және ауа райына дерлік тәуелсіз. Тереңдікті өлшеу үшін жануарға спектрдің әртүрлі диапазондарын салыстыру үшін әртүрлі толқын ұзындығына сезімтал екі фотопигмент қажет. Platynereis dumerilii полихетасының дернәсілдерінде хроматикалық тереңдік өлшегіш табылды. Дернәсілдердің екі құрылымы бар: көздің рабдомерлік фоторецепторлары және терең мидағы кірпікшелік фоторецепторлары. Кірпікшелік фоторецептор жасушалары кірпікшелік опсинды экспрессиялайды, бұл ультракөк түске барынша сезімтал фотопигмент (λmax = 383 нм). Осылайша, кірпікшелік фоторецептор жасушалары ультракөк түске реакция жасайды және дернәсілдерді гравитациялық түрде төмен қарай жүзуге итермелейді. Бұл жағдайда гравитаксиске фототаксис қарсы әрекет етеді, дернәсілдерді беткейден келетін жарыққа қарай жүзуге мәжбүрлейді. Көздер фототаксис арқылы кең толқын ұзындығын қамтиды, олардың біреуі цианостық жарыққа барынша сезімтал (λmax = 483 нм). Фототаксис және гравитаксис теңескенде, дернәсілдер өзіне қолайлы тереңдікті табады.