Способ измерения концентрации ледяных ядери устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республик(22)Заявлено 800779 (21) 2805964/18-10с присоединением заявки Нов(5)М. Кл. С 01 И 1/00 Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий.7(088.8) Дата опубликования описания 230581 А.П.Черный, М.Ф.Белельдинов, ЛИ.Сергеева, ВИ Цветкови А.Г.Лактионов - ,(72) Авторы изобретения Государственное специальное коойструкторское бюро теплЬфизического прибороствения /(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИЛЕДЯНЫХ ЯДЕР И УСТРОИСТВО Д 31 Я ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к метеорологии, а именно к способам и уст- ройствам измерения концентрации ледяных ядер для исследования Физики облаков и активных воздействий на облака, а также для определения непредвиденных изменений погоды. Известен способ измерения концентрации ледяных ядер, который основан 1 О на непрерывном нросасывании пробы воздуха сверху вниз до счетного устройства. В процессе прососа пробу увлажняют, охлаждают до температуры образования тумана. Образуют 15 туман при постоянном пересыщении по отношению ко льду, а по отношению к насыщающей упругости водяных паров, величина пересыщений колеблется в широком диапазоне. Так, при.темпе-. 2 О ратуре 25 С пробы,охлаждаемой при -20 оС и -15 С, пересыщение по отношению к насыщающей упругости водя- . ных паров изменяется в пределах от пересыщения 200 до недосыщения 25 15 Г 11Однако такой широкий диапазон пересыщений сказывается на микроструктуре образующихся капель тумана. Она существенно изменяется, что вносит 30 погрешность в результаты измеренийконцентрации ледяных ядер,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ, реализуемый устройством, в процессе работы которогопроисходит непрерывный забор пробы;воздуха в камеру предварительногоохлаждения, проба воздуха охлаждается до требуемой температуры, близкой к ОоС, и образуется туман. Затем сформированный туман попадает воблачную камеру, где он переохлаждается до температур выпадения кристал"лов льда, просматриваемых оптической.системой, ирегистрируемых электронным устройством 21.Недостаток способа состоит в том,что образование тумана в камере предварительного охпаждения и увлажненияпроисходит при пересыщениях,отличных от естественных облачных, Поэтому капли тумана имеют микроструктурусущественно разную, что отрицательносказывается на точности измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения концентрации ледяных ядер путем создания естественных условий Формирования тумана, имею" щих место в атмосФере.Указанная цель достигается тем,что анализируемый поток увлажняют додвухпроцентного пересыщения водяных паров и затем охлаждают его соскоростью, пропорциональной времениохлаждения в степени 3/2.Способ осуществляется тем, что вустройстве) содержащем камеру предварительного охлаждения и увлажнения,облачную камеру в форме усеченногоконуса с двойными стенками, внутренняя из которых пористая, охлаждающие и счетный блоки, камера предварительного охлаждения и увлажнениявыполнена в виде двух вертикальноориентированных цилиндров, расположенных один в другом, причем внут"ренний выполнен из пористого материа-ла и связан с автономным охлаждающим блоком,С целью уменьшения погрешностейсчета числа кристаллов в устройствеза счет попадавших в счетный блокпод действием силы тяжести капельтумана, образовавшегося в камерепредварительного охлаждения и увлажнения, последняя может быть размещена под облачной камерой.Такое расположение и исполнениекамеры предварительного охлаждения и увлажнения необходимо для реализации предлагаемого способа получения величин пересьпщений, имеющихместо в естественных облаках. Вовнутреннем объеме камеры предварительного охлаждения и увлажнения поддерживается определенная Разность температур путем подачи во внутреннююкамеру с пористыми стенками жидкости, имеющей температуру более низкую, чем температура исследуемоговоздуха. 11 ри этом стенки наружнойкамеры статируются при температуре,равной температуре исследуемого воздуха. Величина емпературы жидкости,подаваемой во внутреннюю камеру рассчитывается по формуле где Б,о(о- величина максимальногопересьпцения;Е(Т ) - насьпцающая упругостьводяного пара при температуре исследуемойпробы;Е(Тд) - насыщающая упругость водяного пара при температуре, полученной изформулы;Е ( " ) - насыщающая упругость водяного пара при среднейтемпературе,. причем Б,Д принимают равной от 0,1 до 1 В, что имеет место в естественных облаках.Таким образом, формирование тумана осуществляют при контролируймых пересьпцениях, по величине равным естественным облачным, что способствует образованию капель тумана со стабильной микроструктурой. Далее, сформированный в таких условиях туман, охлаждают до низкихтемператур, при которых происходитвыпадение кристаллов. При охлаждении могут возникнуть неконтролируемые пересыщения, превьпаающие Я ф .Чтобы этого не возникло, температуру тумана понижают по закону, пропорциональному времени в степенитри вторых.На чертеже изображено устройство,общий вид.5 Устройство состоит из теплоизолированных камер 1 и 2, жестко связанных .друг с другом и расположенныхвертикально друг над другом. Камора 1 предназначена для предваритель 20 ного охлаждения и увлажнения исследуемой пробы с образованием тумана.Для получения тумана с пересыщением,соответствующим естественным облачным условиям, вр внутреннем объеме25 3 камеры 1 выполнена вторая камера4 с пористыми стенками 5 и насосомб для подачи в камеру 4 охлаждаемойв термоэлектробатарее 7 води. Дляувлажнения исследуемой пробы камера1 имеет внутреннюю пористую стенку8 и охлаждающее устройство 9. Камера2 предназначена для переохлаждениятумана .до отрицательных температурс выпадением кристаллов. Камера 2представляет собой усеченный конусс двоиными стенками 10 - наружнаяи 11 - внутренняя из пористого материала, Полость между стенками служит коллектором 12 антифриза и сообщена с охлаждающим устройством 13. В40 верхней части камеры 2 находитсясчетное устройство 14 для счетаконцентрации ледяных ядер. Обе камеры покрыты теплоизоляцией 15.Устройство работает следующим45 образом,Устанавливают просос воздухаснизу вверх и забирают пробу в камеру 1, в объеме 3 которой поддерживается разность температур стенки5 внутренней камеры 4, в которую,подается насосом б вода, охлаждаемая до температуры Т с помощьютермоэлектробатареи 7 и стенки 8камеры 1, охлаждаемой до температуры исследуемой пробы Т с помощьюохлаждающего устройства 9. Температура Т рассчитывается по формуле при заранее заданной величинепересыщения, которая при образованииестественных облаков, как правило,Я изменяется в пределах от 0,1 до 1.Проба воздуха увлажняется и охлаждается в разнотемпературном объеме3 камеры 1 до образования тумана,имеющего пересыщение, равное поу 5 величине пересыщению в естественныхоблаках и стабильную микроструктуру. Далее туман просасывается в ка-. меру 2,.охлаждаемую антифризом из теплообменника охлаждающего устройства 13 до отрицательных температур и переохлаждается. Чтобы стенки камеры 2 не покрывались льдом, камера имеет внутреннюю пористую стенку 11, сквозь поры которой просачивается антиобледеняющая жидкость. Пере- охлаждение осуществляют со скоростью вычисляемой по формулеТрез:Тп Цр(1 3/2, (2) где ЬТЪ - скорость охлаждения;То - температура тумана на выходе из камеры 1;Тп - температура тумана на рас стоянии й от выхода из камеры 1;коэффициент пропорциональности.С такой скоростью туман охлажда ется до выбранной температуры проявления ледяных ядер, которая поддерживается в камере определенное .время, пока на ледяных ядрах не образуются кристаллы которые попадают в счетное устройство, определяющее концентрацию ледяных ядер.В результате усовершенствования конструкции камеры предварительного охлаждения и увлажнения повысилась ЗО степень точности измерения концентрации ледяных ядер, так как в ней возможно моделировать условия образования тумана, соответствующего естественным атмосферным условиям. 35Формула изобретения1. Способ измерения концентрации 4 рледяньй ядер путем увлажнения и охлаждения анализируемого потока воздуха с последующим счетом выросшихкристаллов льда, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности путем приближения условийизмерения к естественным, в нем анализируемый поток увлажняют до двухпроцентного пересыщения водяных паров и затем охлаждают его со скоростью, пропорциональной степени 3/2времени охлаждения.2. Устройство для осуществленияспособа по п.1, содержащее камерупредварительного охлаждения и увлажнения, облачную камеру в формеусеченного. конуса с двойными стенками, внутренняя изкоторых пористая, охлаждающие устройства длякаждой камеры и счетный блок, размещенный в верхней части облачнойкамеры, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, в нем камера предварительного охлаждения и увлажнения выполнена в виде двух вертикально ориентированных цилиндроврасположенныходин в другом, причем внутреннийвыполнен из пористого материалаи связан с введенным в устройствоавтономным охлаждающим блоком.3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения погрешностей счета кристаллов, в нем камера предварительного охлаждения и увлажнения размещена .под облачной камерой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. А 1 ойз 0.,7. ц МаЬцСа,Р.С.РгосееЫпуз ой Же ЧН 1 пегпаЫ 1 о.па 1 сопйегепсе оп пцс 1 еаС 1 оп.М.,Гндрометеоиздат, 1975, р.278,2. Авторскбе свидетельство СССРР 679904, кл. 6 01 Ю 1/00, 1970832517 ь С.НепомнящаяКастелевич Коррек ставит хред Ж. актор Н.Пушненкова аказ исно Филиал ППН Патентф, г. Ужгород, ул.Проектная 38 ЕВНИИПИ Государствпо делам изобр113035, Москва, Ж тираж 732нного комитета СССРтений и открытий35, Раушская наб., д.4