Измеритель параметров облачной среды

 

Использование: для измерения водности облачной среды, парциального давления, пара и микрофизических характеристик - размера и концентрации облачных капель. Сущность изобретения: устройство содержит проточную камеру в виде стакана 1 с насадкой на входе в виде сопла Лаваля 2, отсасывающий патрубок 4 с заборником воздуха 3 в виде конфузора, диаметр которого меньше внутреннего диаметра проточной камеры 1, первый 8 и второй 10 датчики давления и датчик температуры 11, которые подключены к блоку 12 обработки информации, отсасывающий патрубок 4 установлен внутри проточной камеры 1, коаксиально с ней, с возможностью перемещения вдоль ее продольной оси. Первый датчик давления 8 размещен между внутренней стенкой проточной камеры 1 и отсасывающим патрубком 4, а второй датчик давления 10 и датчик температуры 11 размещены с наружной стороны проточной камеры 1. 1 ил. (Л с

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 W 1/00

ГОСУДАРСТВЕ HHblй КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870065/10 (22) 25.09,90 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Высокогорный геофизический институт (72) Х.-M.X. Байсиев (56) Абшаев M.T;, Байсиев X,-M.Х. Самолетные методы и аппаратура измерения микрофизических и термодинамических характеристик облаков. Обзорная информация. Обнинск, 1988, вып. 2, с. 21.

Скацкий В.И. Исследование водности кучевых облаков. Труды ИПГ, вып. 13, M., Гидрометеоиздат, 1969, с. 10.

Авторское свидетельство СССР

¹ 342159, кл, G 01 9/ 1/00, 1972. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАЧНОЙ СРЕДЫ (57) Использование: для измерения водности облачной среды, парциального давления, пара и микрофизических хаИзобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения водности облачной среды, парциального давления пара и.микрофизических характеристик — спектра и концентрации облачных капель.

Известны различные устройства для измерения параметров облачной среды, например водности, содержащие вращающиеся цилиндры или диски, на поверхности которых, при движении самолета в переохлажденной облачной среде, намораживается переохлажденная капельная жидкость, и по толщине намороженного слоя льда либо его массе судят о водности облачной среды, „„!Ж„„1760483 А1 рактеристик — размера и концентрации облачных капель. Сущность изобретения: устройство содержит проточную камеру в виде стакана 1 с насадкой на входе в виде сопла

Лаваля 2, отсасывающий патрубок 4 с заборником воздуха 3 в аиде конфузора, диаметр которого меньше внутреннего диаметра проточной камеры 1, первый 8 и второй 10 датчики давления и датчик температуры 11, которые подключены к блоку 12 обработки информации, отсасывающий патрубок 4 установлен внутри проточной камеры 1, коаксиально с ней, с возможностью перемещения вдоль ее продольной оси.

Первый датчик давления 8 размещен между внутренней стенкой проточной камеры 1 и отсасывающим патрубком 4, а второй датчик давления 10 и датчик температуры 11 размещены с наружной стороны проточной камеры 1. 1 ил, Известные устройства имеют ограниченную сферу применения, так как могут быть использованы только для переохлаждения облаков и туманов.

Известно также устройство для измерения водности облаков, содержащее нагретый до 200 — 270 С проволочный датчик при столкновении с которым облачные капли испаряются, снижая ее температуру и электрическое сопротивление. Сопротивление датчика непрерывно регистрируется с помощью мостовой схемы, в смежное плечо которого включено второе проволочное сопротивление, нагретое до такой же температуры, причем это сопротивление расположено s том же потоке, что и датчик, но не смачивается облачными каплями.

1760483

Недостатком известного технического решения является невозможность создания одинакового обдува обеих нагревательных элементов и предотвращение смачивания . одного из них. В результате снижается точность измерения водности облаков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является измеритель водности облаков и туманов, содержащий проточную камеру с двумя по.лостями, внутри которых перпендикулярно направлению воздушного потока размещены два плоских электрических нагревателя и два датчика температуры, подключенные к блоку обработки информации.

Принцип действия известного технического решения основан на испарении плоскими нагревателями частичек капельной жидкости, содержащихся в воздушном потоке, и определении водности по температуре воздушного потока до нагревателей и после них.

Недостатком известного технического решения является то, что скоростной аэродинамический напор приводит к нагреву датчиковтемпературы, что в конечном итоге снижает точность измерения. При этом сужаются также и функциональные возможности устройства, так как оно обеспечивает возможность измерения только одного параметра — водности облаков, Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей измерителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном измерителе параметров облачной среды, содержащем проточную камеру с отсасывающим патрубком и датчиком температуры, подключенным к блоку обработки информации, содержатся первый и второй, подключенные к блоку обработки информации, датчики давления, проточная камера выполнена в виде стакана с насадкой на входе в виде сопла Лаваля, а отсасывающий патрубок выполнен с заборником воздуха в виде конфузора, диаметр которого меньше внутреннего диаметра проточной камеры и установлен внутри проточной камеры коаксиально с ней, при этом первый датчик давления размещен между внутренней стенкой проточной камеры и отсасывающим патрубком, а второй датчик давления и датчик температуры размещены с наружной стороны проточной камеры. Заборник воздуха при этом установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси проточной камеры, На чертеже представлен общий вид измерителя параметров облачной среды.

15 проточной камеры 1 и заборником 3 образована вентилируемая полость 7, внутри которой размещен датчик давления 8. Вне

25

30 пар, Температура и давление воздушного

35 потока до входа в проточную камеру 1 измеряются с помощью датчика температуры 10

55

Измеритель содержит проточную камеру 1, выполненную в виде стакана. Камера 1 содержит на входе сопловую насадку в виде сопла Лаваля 2. Внутри проточной камеры 1 размещен заборник 3, подключенный к отсасывающему патрубку 4, связанному с откачивающим устройством 5, Заборник 3 выполнен в виде конфузора и размещен внутри камеры 1 с возможностью продольного перемещения по его оси. В данном случае перемещение заборника 3 по оси камеры 1 осуществляется за счет резьбового соединения 6 патрубка 4 с корпусом проточной камеры 1, Между корпусом проточной камеры, внутри обтекателя 9, размещены датчик температуры 10 и датчик давления 11. Выходы датчиков 8, 10 и 11 подключены к блоку 12 обработки информации, который подключен, в свою очередь, к регистратору 13, При измерении водности облачной среды с помощью откачивающего устройства внутри проточной камеры 1 создается разрежение, обеспечивающее скорость истечения воздушного потока в критическом сечении сопла Лаваля 2, равное скорости звука. Сопло 2 в данном случае работает в сверхзвуковом режиме. Вместе с воздушным потоком в полость проточной камеры 1 поступают капли и насыщенный водяной и датчика давления 11, защищенных от воздействия скоростного напора обтекателем

9. Воздушный поток, поступая в полость камеры 1, расширяется. Давление и температура потока падают. В этих условиях происходит взрывной процесс испарения и дробления облачных капель, что приводит к некоторому увелИчению температуры и давления воздушного потока внутри проточной камеры 1. Одновременно поступающий в камеру насыщенный водяной пар, в условиях пониженных давлений и температур в камере 1, переходит в состояние перенасыщения и, не успев сконденсироваться за время пребывания в камере (10 с), вы4 брасывается вместе с воздушным потоком наружу, В процессе измерения давления среды в камере 1 определяется с помощью датчика 8, защищенного от воздействия скоростного напора заборником3 воздуха. Сигналы от датчиков 8, 10 и 11 поступают на вход блока 12 первичной обработки, где реализуется формула для водности, полученная из уравнения состояния газа при

1760483 адиабатическом расширении в сопле Лаваля, Т вЂ” Тр

0 = А(Рф — Ро(1 + ) я:1),(1)

Т где U — водность облачной среды, г/м; з.

А — коэффициент;

То, Ро — температура и давление воздушной среды вне полости проточной камеры 1, Па;

Рф — фактическое давление среды в проточной камере 1, Па;

T> — расчетная температура воздушной среды в проточной камере 1 для тех же режимов истечения, но для случая, когда в воздушной среде отсутствуют облачные капли, К;

Ic — показатель адиабаты (R = 1-4).

Значение Тр определяется по формуле

Тр Го — Л То(- -), (2) 20

R — 1 где 1 — постоянный справочный коэффициент

Результаты измерений фиксируются регистратором 13.

При измерении давления водяного пара в воздушной среде, не содержащей об- . лачные капли, создают условия, обеспечивающие конденсацию перенасыщенного пара внутри проточной камеры 1.

Для этого уменьшает скоростной напор в 30 камере 1, регулируя производительность откачивающего устройства 5, и создают постоянный режим истечения. Затем заборник 3 перемещают вправо, обеспечивая тем самым необходимое время пребы- 35 вания перенасыщенного пара в камере 1, в течение которого пар перейдет в конденсированное состояние, т. е. преобразуется в мелкие капли на ионах, поступающих в камеру 1 вместе с воздушным потоком, Кон- 40 денсация перенасыщенного пара на ионах приводит к некоторому уменьшению давления и температуры в полости камеры 1, Этот перепад давления и является мерой давления пара в воздушной среде. При измерении давления пара. сигналы от датчиков 8, 10 и 11 поступают на вход блока обработки информации 12, где реализуется формула

To — Т

Рното = В(Ро(1 + ) в-1 — Рф), 50

Т (3) где  — постоянный коэффициент;

Рното — давление водяного пара. Па.

Результат, полученный в блоке обработки информации, поступает на вход регистратора 13.

Если размер критического сечения сопла будет соизмерим с размерами облачных капель (500 мкм), то прохождение капель через канал в критическом сечении сопла будет сопровождается пульсацией давления внутри проточной камеры 1. При этом амплитуда пульсаций будет характеризовать размер облачных капель, проскакивающих через критическое сечения сопла

Лаваля. а число пульсаций в единицу времени, отнесенное к обьему пропущенного воздуха через проточную камеру, будет характеризовать концентрацию облачных. капель в воздушной среде. Амплитуда и частота пульсаций внутри проточной камеры измеряется с помощью датчика давления 8, сигнал от которого поступает на многоканальный анализатор спектра и концентрации (на чертеже анализатор не показан).

Конструкция измерителя параметров облачной среды позволяет повысить точность измерения и расширить функциональные возможности устройства за счет одновременного измерения парциального давления пара, спектра и концентрации облачных капель.

Формула изобретения

1. Измеритель параметров облачной среды, содержащий проточную камеру с отсасывающим патрубком и датчик температуры, подключенный к блоку обработки информации, отличающийся тем,что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения парциального давления пара, спектра и концентрации облачных капель, он снабжен первым и вторым датчиками давления, подключенными к блоку обработки информации, проточная камера выполнена в виде стакана с насадкой на входе в виде сопла Лаваля, а отсасывающий патрубок выполнен с заборником воздуха в виде конфузора. диаметр которого меньше внутреннего диаметра проточной камеры и установлен внутри проточной камеры коаксиально ей, при этом первый датчик давления размещен между внутренней стенкой проточной камеры и отсасывающим патрубком, а второй датчик давления и датчик температуры размещены с наружной стороны проточной камеры.

2. Измеритель по и, 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что заборник воздуха установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси проточной камеры.

1760483

Состав и тел ь Х. Байсиев

Техред M,Moðãåíòàë Корректор М.Петрова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5