Устройство для радиозондовых измерений концентрации атмосферного озона

 

Изобретение относится к области экологии и метеорологии, а именно к радиозондовым устройствам, предназначенным для определения содержания и распределения озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Сущность: устройство содержит электрохимическую ячейку с электролитом и электродами, электродвигатель, на валу которого расположены лопасти и вращающееся тело, частично погруженное в электролит. При этом электроды подключены к источнику постоянного напряжения и измерителю тока, который соединен с передатчиком метеорологического зонда. Вращающееся тело выполнено с развитой поверхностью, например в виде набора дисков, размещенных на расстоянии друг от друга на стержне, проходящем через центры и расположеном горизонтально. Кроме того, один из электродов - катод - выполнен из слоя серебра также с развитой поверхностью. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений за счет увеличения чувствительности. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области экологии и метеорологии, а именно к радиозондовым устройствам, предназначенным для определения содержания и распределения озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере, где его концентрация в атмосфере наиболее высока.

Уровень техники.

Известны оптические методы и приборы для общего содержания озона в толще атмосферы по определению степени поглощения солнечного излучения в ультрафиолетовой части спектра при прохождении его через слой озона /1/. К недостатку этих методов и приборов относится затруднительность определения распределения концентрации озона по высоте.

Известны радиозондовые оптические методы и приборы для определения распределения концентрации озона по высоте путем подъема оптических приборов с помощью радиозонда /2/. Однако присутствие высокой облачности, атмосферных загрязнений и отсутствие солнца ночью затрудняет проведение обширных измерений.

Указанные недостатки устранены в химических методах и приборах за счет подъема на радиозонде электрохимических ячеек и подачи анализируемой пробы воздуха в ячейку /3/. Электрохимические ячейки представляют собой емкость с электродами и электролитом, в который частично погружено вращающееся тело, например, в виде разделенных дисков, контактирующих с анализируемой средой. Достоинством такой электрохимической ячейки является отсутствие в ней побудителя расхода для подачи анализируемого воздуха в ячейку, поскольку роль побудителя расхода выполняет вращающееся тело, по эффективности на порядки превосходящее любые побудители расхода, которые могут быть использованы на радиозонде. Но имеется у них и недостаток, заключающийся в снижении точности измерений из-за отсутствия контроля за изменчивостью эффективности или производительности подачи анализируемого озона при подъеме радиозонда.

Этот недостаток устранен в наиболее близком по технической сущности устройстве для измерений концентрации атмосферного озона /4/. Оно содержит электрохимическую ячейку с электролитом и электродами, электродвигатель, на валу которого расположены лопасти и вращающееся тело, частично погруженное в электролит. При этом электроды подключены к источнику постоянного напряжения и измерителю тока, который соединен с передатчиком метеорологического радиозонда. Вращающееся тело выполнено в виде вертикально расположенного стержня, перемешивающего электролит, через поверхность которого из подаваемого лопастями анализируемого воздуха в электролит поступает озон. Недостатком этого устройства является пониженная чувствительность, обусловленная ограниченностью поверхности электролита, через которую поступает анализируемый озон.

Сущность изобретения.

Целью является устранение указанного недостатка, а именно повышение чувствительности измерений концентрации озона в атмосферном воздухе. Цель достигается тем, что в описанном прототипе /4/ вращающееся тело выполнено с развитой поверхностью, например в виде набора дисков, расположенных на расстоянии друг от друга на стержне. При этом лопасти также расположены горизонтально и охватывают ячейку. Развитость поверхности вращающего тела позволяет значительно увеличить чувствительность прибора. А наличие лопастей стабилизирует подачу воздуха в ячейку, что повышает точность измерений.

На фиг. 1 показана схема устройства для радиозондовых измерений концентрации атмосферного озона. Она содержит электрохимическую ячейку 1 с электродами 2 и электролитом 3, электродвигатель 4, вращающееся тело 5 и лопасти 6. К электродам 2 подключен источник постоянного напряжения 7, измеритель тока 8, который соединен с передатчиком 9 метеорологического радиозонда, имеющим антенну 10.

Вращающееся тело 5 частично погружено в электролит 3 и выполнено на фиг. 1 в виде дисков на валу электродвигателя 4. Лопасти 6 охватывают электрохимическую ячейку 1 по цилиндрической поверхности. В случае изготовления вращающегося тела 5 в виде шара лопасти располагаются по сфере.

Устройство для радиозондовых измерений концентрации атмосферного озона работает следующим образом. По мере подъема шара-зонда, к которому прикреплено устройство, набегающий поток анализируемого воздуха поступает через открытую поверхность электрохимической ячейки 1 в электролит 3. Электродвигатель 4 вращает лопасти 6, что позволяет стабилизировать и контролировать подачу воздуха в электрохимическую ячейку 1. Озон из воздуха диффундирует к вращающемуся телу 5 и тут же вступает во взаимодействие с пленкой электролита 3 на смоченной поверхности вращающегося тела 5, при вращении которого продукты химической реакции озона с электролитом 3 поступают в электрохимическую ячейку 1 к электродам 2, где с помощью источника постоянного напряжения 7 и измерителя тока 8 осуществляется измерение концентрации озона в анализируемом воздухе. Информация об этом с помощью передатчика 9 и антенны 10 передается на землю. Поскольку озон из воздуха непосредственно взаимодействует с электролитом 3 необходимость в закачке воздуха в электрохимическую ячейку 1 отпадает, а эффективность измерений, т.е. полезный сигнал, возрастает на несколько порядков по сравнению с используемым в настоящее время электрохимическими озонодами клиссического образца в виде побудителя расхода воздуха (насоса) - электрохимической ячейки.

Промышленная применимость Она обусловлена тем, что прототип /4/, лежащий в основе предлагаемого изобретения, неоднократно опробирован в начале 80-х годов в Центральной аэрологической обсерватории Госкомгидромета СССР. И только недостаточная точность измерений из-за отсутствия у прототипа стабилизации воздушного потока по сравнению с предлагаемым изобретением, да отход от путей развития отечественных достижений не позволили довести его доработку до образцового и конкурентоспособного прибора. Наличие у изобретения лопастей преодолевает указанные недостатки, а их изготовление из пластмассы известными способами лишь немного усложняет и конструкцию и чуть удорожает стоимость прибора по сравнению с прототипом - не более, чем на 20%. А если учесть, что прототип прост и дешев в изготовлении, то его применимость и конкурентоспособность не вызывает сомнений.

Литература 1. Стернзат М.С. Метеорологические приборы и измерения. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с. 181 - 185.

2. Зайцева Н.А., Шляхов В.И. Аэрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с. 209 - 217.

3. Устройство для измерения концентрации атмосферного озона. - Авторское свидетельство СССР, N 699463, кл. G 01 W 1/08, оп. 1979.

4. Устройство для радиозондовых измерений концентрации атмосферного озона. - Патент РФ, N 1821720, кл. G 01 N 27/28, оп. 1993 (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для радиозондовых измерений концентрации атмосферного озона, содержащее электрохимическую ячейку с электролитом и электродами, электродвигатель, на валу которого расположены лопасти и вращающееся тело, частично погруженное в электролит, при этом электроды подключены к источнику постоянного напряжения и измерителю тока, который соединен с передатчиком метеорологического зонда, отличающееся тем, что вращающееся тело выполнено с развитой поверхностью, вал электродвигателя расположен горизонтально, а лопасти охватывают электрохимическую ячейку в соответствии с внешней формой вращающегося тела.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающееся тело выполнено в виде набора дисков, размещенных на расстоянии друг от друга на стержне, проходящем через их центры.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающееся тело выполнено в виде шара, а лопасти расположены по сфере.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что один из электродов - катод - выполнен из слоя серебра и имеет развитую поверхность.

РИСУНКИ

Рисунок 1