Поточный измеритель водности облаков и туманов

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублии (iii 711517 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.02.78 (21) 2583889/18-10 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано25.01.80. Бюллетень лй 3

Дата опубликования описания 28.01.80 (51) М. Кл.

G 01 А! 1/00

3Ъеударстееиимй комитет

СССР ио делим изобретений и отхрытнв (53) УД1(551, .508.7 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Н. Невзоров и Г. К. Новиков (71) Заявитель центральная аэрологическая обсерватория Государственного комитета гидрометеорологии и контроля природной среды СССР (54) ПОТОЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЪ ВОДНОСТИ OEiJIAKOB

И ТУМАНОВ

Изобретение относится к области метеорологических измерений, а конкретно, к измерениям водности облаков и туманов в потоке, преимущественно с самолета, и может быть использовано в других областях народного хозяйства для измерения весовой концентрации или переноса в газовом потоке аэроэольных примесей воды или льда.

Известны самолетные измерители вод10 ности облаков, содержашие в качестве измерительного чувствительного элемента установленный в потоке проволочный термометр сопротивления, включенный в изме»

15 рительную, например мостовую схему,и подогреваемый протекаклцим через него элек. трическим током до повышенной температуры, обеспечиваюшей испарение осаждаюшейся па него облачной воды (11. Мерой водности служит изменение выходного напряжения или тока, обусловленное изменением температуры и, следовательно, сопротивления чувствительного элемента.

Основными недостатками подобных измерителей водности с одним чувствительным элементом являются низкие точность и чувствительность, так как теплоотдача чувствительного элемента дополнительно зависит от таких изменчивых во времени параметров, как скорость потока, давление и температура воздуха.

Известны также самблетные измерители водности облаков, содержашис дв» чувствительных элемента, подогреваемых электрическим током до одинаковой температуры, один иэ которых - опорный или компенсационный — аэродинамически зашишен от осаждения облачных частиц

A включен в компенсационную цепь дифференциальной измерительной схемы, например в смежное плечо мост», В ряде известных устройств .измерительный чувствительный элемент выполнен в виде отрезка проволоки, ориентированного перпендикулярно потоку, а опорный - в виде такой же проволоки, вытянутой вдоль потока (25.

3 71

Главный недостаток указанных известных устройств связан с тел1, что при соударении с обособленной проволокой, при котором происходит разрушение срав нительно крупных облачных частиц и отражение (под влиянием образовавшейся паровой прослойки) части частиц, неиспарившиеся остатки воды уносятся обтека1ошим потоком, В результате показания прибора зависят от условий и методики его градуировки, дисперсного и фазового состава облака, скорости и .плотности потока, что является источником значительных погрешностей измерений, Из известных поточных измерителей водности облаков с подогревными чувствительными элементами наиболее близким по технической сушности к изобретению является устройство, содержа. I1Iee чувствительные элементы в виде рядовых обмоток из проволоки, намотанной на конических основаниях, обращенных вершинами навстречу потоку, причем измерительный элемент помешен в арматуру в виде патрубка, открытого навстречу потоку, а опорный - в закрытый спереди патрубок с щелевыми прорезями в боковой стенке, через которые внутрь засасывается воздух, освобожденный от облачных частиц. Чувствительные элементы составляют плечи мостовой измерительной схемы, параллельные Iio питанию (3)

Однако данный измеритель водности обладает рядом сушественных недостатков.

Различие в конструкции арматуры и связанных с нею аэродинамических характеристик вентиляции чувствительных элементов приводит к повышенному дрейфу выходного напряжения при флуктуациях режима полета, снижаюшему чувствительность и точность измерений.

Обтекаемая спереди форма чувствительного элемента снижает эффективность осаждения сравнительно мелких капель и особенно кристаллических частиц и способствует уносу потоком неиспарившейся воды, вследствие чего измерения водности связаны с.погрешностями из-за различия в фазовом и дисперсном составе исследуемых облаков и с низкой пороговой чувствительностью в кристаллических облаках.

Обледепе арматуры вызывает аэродинамический и тепловой разбаланс чу»ствительиых элел1еитов и снижает точность измерения водности переохлажденных об11 1ко»., ) )17

11ельо изобретения я»ляеTI:ë новыШС ПИЕ I y ЗСТВИТЕт! ЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ одновременно с обеспечением работоспособности в переохлажденпых и кристалл и чос ких облаках.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом пото".ном измерителе водности измерительный чувствительный элемент, выполне1шый в виде рядовой конической спиральной обмотки из изолированной проволоки, укреплен на попс.рхности конического углубления в торце цилиндрического основания, изготовленного из диэлектрического материала и соединенного с нес ушим кронштейном, опорный чувствитсльный элемент выполнен в виде цилиндрической обмотки, раъмешенной на боковой поверхности основания. При этом крошптейн снабжен элекZtI тронагревательной обмоткой, роль которой выполняют добавочные резисторы, входяшие в состав изл1ерительной схемы и включенные по пита1 HIQ последовательно с каждым чувствительным элс.ментом.

Для снижения отдачи тепла с чувствительных элементов и умен1ипеиия динамических погрешностей. между обмотками чувствительных элемеито» и основанием помешены теплоизолируюшие прокладки.

I-1а фиг. 1 приведен оби«1v вид датчика предлагаемого поточного H;ииерителя водности; на фиг. 2 — разрез осноыни

З5 датчика; на фиг. 3 — т1шичная структурная схема включения датчика в пита1ошие цепи и измерительную схему.

Поточный измерите; ь водности облаков и туманов содержит датчик, состояший

40 из цилиндрического основания 1, изготовленного из диэлектрика, и иесушего кронштейна 2. В торце основания 1 выполнено коническое ут..лублеиие, к поверхности которого через теплоизолируюп1ую прохлад4> ку 3 подклеена коиичесхи-спиральная обмотка 4, намотанная без промежутков в один слой изолированным проводом с термочувствительпым сопротивлением, В кольцевом углублении па IIHIIHIIapHческой поверхности основания поверх теплоизолируюшей прокладки 5 намотана

pIIlIoBB5I IJHIIHII1IpH f EIc K<3 g обмотка 6, Bl.l полненная из того же провода. Выводы о6МоТоК электричс.ски IIOIICOOIIHIIeII I t K проводам 7, выведсни через отвсрстия в основании 1 или иным спо обом.

Основание 1 дат »1ка закреплено иа конце пес у1иего l

5 71

С ГО йК И К17ОИ!!1ТР ЙН11 На МОТ о та и и две зле ктр ически изолированные обмотки 8 и 9

3 выполи»нные из провода с низким температурным коэффициентом сопротивления. (бмотка 4 представляет собой изме

О . рительный, а обмотка 6 — опорный чувствительный элемент. Пары обмоток 4 и 8 ю

6 и 9 включены последовательно (фиг. 3) и подключены к источникам питания 10 и 11, а также к мостовой измерительной схеме 12 в качестве плеч измерительных мостов. Измерительная схема 12 содержит у"пы конгроля и регулировки теплового режима чувствительных элементов и осу1пествпяет выделение сигнала их термичес-! кого разбапанса, подаваемого на выходной регистрирующий прибор 13.

Устройство работает следующим обра зОм.

Датчик устанавливается в воздушном 20 потоке, например, крепится к фюзеляжу самолета. Продольная ось основания 1 ориентирована вдоль потока, чувствительный элемент 4 направлен навстречу потоку, Чувствительный элемент 4 подогревается проходящим через него электрическим током, мощность которого определяется верхним пределом измеряемых значений водности, Опорный чувствительный элемент 6 подогревается до температуры" измерительного элемента в сухом воздухе, Температура чувствительных элементов контролируется по величине их сопротивления с помощью известной схемы равновесного моста и устанавливается путем регулирования напряжения источников пита— ния 10 и 11

Изменения параметров сухого потока приводят к почти одинаковым изменениям температуры обоих чувствительных эле40 ментов, ири этом выходное напряжение измерительной схемы 12 сохраняется близким к нул!О.

При наличии в воздушном потоке о!5лачных частиц (водного аэрозоля) они осаж(5 даются на измерительный чувствительный . элемент 4, но практически полностью обтекают опорный чувствительный элемент

6, так как их траектории направлены по касательной к его поверхности. Испаре50 ние воды с горячей поверхности измерительногo элемента вызывает допопнитель

Г 1

1 6

Е лс!года17я уг;1убжиной !!1!и!,!!!О; и, Верхности изм»17ит»Г!1,!!Ого чулствит! JII IlflГО э71»клента И11!317ЦИИ Об kl !It! !Х Iàl»TlfII и малс и В»личин» локальной т;!Нг»1и!иалп,—

5 Bott составляю!!!слй движ»1плй воздухау <7буСПОВП»ниой фОРМОй ПРИ»МИ»И ИОВС7РХНОс:— ти, срыл воды (в Виде брызг) с испаряюшей псверхности незначит!.7!с и т.». ! осажденная на не» Вода испар11»тся ир;!к!

О тически полностью. Если диаметр цилиндрического основа датчика достаточно мал, то коэфф1лци»ит 7,-!авливания обпа f иых част1щ приемной пов»рхностьк близок к 1. Все это об»си»чивтет иоппии»ни»

5 чувствительности и точности пр»длага»мого измерителя водности, по срави»ник7 с известными устройствами. ности.

1. Поточный и;зм»ритель водности Облаков и туманов, содс.ржащий ос!!опани», на котором раэмещень! Выпол!!с иные из проволоки с термозависимым сопротивп»нием измерительный чувств1ГГ»3!ьн1,!!! эп»МС НТ В В!!ДЕ КОНИЧ»СКОй РИДОВОй Обк!ОТКИ и опорный - в виде рядовой ос7!.!Отки,;!ашищенной от осаждения водного аэро:юпя, подключенные в ка 1»стве плеч в мостовую измерительную схему и через резисторы последовате71ьных с ними пл»ч — к источникам питания подогрева, О т л и ч а— ю шийся т»м, что, с целью tioI3hfщения чувствит»л!.Ности и точности, t3 нем основание Выполнено В Видс7 ук17»пленного на кронштейне цш!и!шра с ОСмоткой опорного чувствительного элсмента заподлицо на боковой ИОВ»рхиости и с конич»ским углублением В Topitf, на поверхности которого распололкс.,!Гл о Гмотка

ИЗМЕРИТ»ЛЫ!ОГО Ч3 ВС ГВ1ГГСЛI I!ОГО ЭЛС M»tITII> ные потери тепла, Эти потери тепла приводят к пониже55 нлл!с7 т»мпслра туры измерительного чувствительного элемента и изменению его сопротп!3ления, р»гистрируемого tocтовой измери-. тель!ю и »хомой Я 2 и Вьлходным прибором 13.

Обогрев носовой части датчика и ll»сущего кронштейна, паряду с orcyãñтви! м арматуры, препятствует отлож»ншо на датчике льда В пер»охлажденных облаках

И Да»т ВОЗМОЖНОСТЬ ПРОВОДЕ!лИЯ ИЗМ»РЕний В таких облаках без снижс ния точТеплоизолирую!Иие прокладки умен!.!иа!От передачу тепла от чувствительных элементов к основан!по и этим снижают дрейф нуля и те!7ловую инерцию чувствительных элеллл7нтов, что способствует

СНИЖЕНИ!О ДИНЯХ1ИЧС!СКИХ ПОГ,"7С 1!IИОСТС70, формула изобретения

711517

Составитель С, Непомняшая

Редактор Л, Бибер Техред Э. Чужик Корректор Н, Степ.

Заказ 9006/33 Тираж 468 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проект:ия, 4 а между обмотками и основанием размешены теплоизолируюшие прокладки.

2. Измеритель по п, 1, о т л и ч а— ю ш и и с я тем, что в нем резисторы постоянного сопротивления мостовой схемы выполнены в виде нагревательных обмоток, размешенных на кронштейне, несушем основание.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 2.814.948, кл. 73-170, 1957 °

2. Патент США % 2.741.119, кл. 73-29, 1956.

3. Авторское свидетельство № 124684, кл. G 01 W 1/00, 1959.