Измеритель параметров облачной среды

(5)5 6 01 В/ 1/ ОСУДАРСТВЕЦНЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКО ВИДЕТЕЛ У меют ограниак как могут О я переохлаж- С) Иэобретеборостроенидля измеренпарциальногоческих харакрации облачн(71) Высокогорный геофизический институт(56) Абшаев М.Т;, Байсиев Х,-М.Х. Самолетные методы и аппаратура измерения микрофизических и термодинамическиххарактеристик облаков, Обзорная информация. Обнинск, 1988, вып. 2, с. 21.Скацкий В.И. Исследование водностикучевых облаков, Труды ИПГ, вып. 13, М.,Гидрометеоиздат, 1969, с. 10,Авторское свидетельство СССРМ 342159, кл, 6 01 В/ 1/00, 1972.(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАЧНОЙ СРЕДЫ(57) Использование: для измерения водности облачной среды, парциальногодавления, пара и микрофизических хание относится к области прии может быть использовано ия водности облачной среды, давления пара и.микрофизиеристик - спектра и концентых 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,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 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,Известные устройства иченную сферу применения, тбыть использованы только длдения 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 в том же потоке, что и датчик, но не смачивается облачными каплями, 1760483Недостатком известного техническогорешения является невозможность созданияодинакового обдува обеих нагревательныхэлементов 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 перпендикулярнонаправлению воздушного потока размещены два плоских электрических нагревателяи два датчика температуры, подключенныек блоку обработки информации.Принцип действия известного технического решения основан на испарении плоскими нагревателями частичек капельнойжидкости, содержащихся в воздушном потоке, и определении водности по температуре воздушного потока до нагревателей ипосле них.Недостатком известного техническогорешения является то, что скоростной аэродинамический напор приводит к нагревудатчиковтемпературы, что в конечном итогеснижает точность измерения. При этом сужаются также и функциональные Возможности устройства, так как оно обеспечиваетвозможность 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. Измеритель содержит проточную камеру 1, выполненную в виде стакана. Камера 1содержит на входе сопловую насадку в видесопла Лаваля 2. Внутри проточной камеры 15 размещен заборник 3, подключенный к отсасывающему патрубку 4, связанному с откачивающим устройством 5, Заборник 3выполнен в виде конфузора и размещенвнутри камеры 1 с возможностью продоль 10 ного перемещения по его оси. В данномслучае перемещение заборника 3 по осикамеры 1 осуществляется за счет резьбового соединения 6 патрубка 4 с корпусом проточной камеры 1, Между корпусом15 проточной камеры 1 и заборником 3 образована вентилируемая полость 7, внутри которой размещен датчик давления 8, Внепроточной камеры, внутри обтекателя 9,размещены датчик температуры 10 и датчик20 давления 11. Выходы датчиков 8, 10 и 11подключены к блоку 12 обработки информации, который подключен, в свою очередь, крегистратору 13,При измерении водности облачной сре 25 ды с помощью откачивающего устройствавнчтри проточной камеры 1 создается разрежение, обеспечивающее скорость истечения воздушного потока в критическомсечении сопла Лаваля 2, равное скорости30 звука. Сопло 2 в данном случае работает всверхзвуковом режиме. Вместе с воздушным потоком в полость проточной камеры 1поступают капли и насыщенный водянойпар, Температура и давление воздушного35 потока до входа в проточную камеру 1 измеряются с помощью датчика температуры 10и датчика давления 11, защищенных от воздействия скоростного напора обтекателем9. Воздушный поток, поступая в полость ка 40 меры 1, расширяется. Давление и температура потока падают. В этих условияхпроисходит взрывной процесс испарения идробления облачных капель, что приводит кнекоторому увеличению температуры и дав 45 ления воздушного потока внутри проточнойкамеры 1, Одновременно поступающий вкамеру насыщенный водяной пар, в условиях пониженных давлений и температур вкамере 1, переходит в состояние перенасы 50 щения и, не успев сконденсироваться завремя пребывания в камере ( 10 с), вы 4брасывается вместе с воздушным потокомнаружу, В процессе измерения давлениясреды в камере 1 определяется с помощью55 датчика 8, защищенного от воздействия скоростного напора заборником 3 воздуха, Сигналы от датчиков 8, 10 и 11 поступают навход блока 12 первичной обработки, где реализуется формула для водности, полученная из уравнения состояния газа приадиабатическом расширении в сопле Лаваля,Т - Тр0 = АРф - Ро(1 + ) я:1),(1)где 0 - 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;Тр - расчетная температура воздушнойсреды в проточной камере 1 для тех же режимов истечения, но для случая, когда ввоздушной среде отсутствуют облачныекапли, К;К - показатель адиабаты (К = 1-4).Значение Тр определяется по формулеТр = То Л То(у - ) (2) 20й - 1где Л- постоянный справочный коэффициентРезультаты 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 30камере 1, регулируя производительность откачивающего устройства 5, и создают постоянный режим истечения. Затемзаборник 3 перемещают вправо, обеспечивая тем самым необходимое время пребывания перенасыщенного пара в камере 1, втечение которого пар перейдет в конденсированное состояние, т. е. преобразуется вмелкие капли на ионах, поступающих в камеру 1 вместе с воздушным потоком, Конденсация перенасыщенного пара на ионахприводит к некоторому уменьшению давления и температуры в полости камеры 1, Этотперепад давления и является мерой давления пара в воздушной среде, При измерении давления пара. сигналы от датчиков 8,10 и 11 поступают на вход блока обработкиинформации 12, где реализуется формулаТо - ТРН 20 = В 1 Ро(1 Р - ) й- Рф 1 ВО(3)где В - постоянный коэффициент;Рн 2 о - 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 Составитель Х.БайсиевТехред М,Моргентал Корректор М.Петрова еда ктор роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Заказ 3185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5