Датчик Невзорова
(NASA, 1973 год)
(NASA, 1973 год)
Датчик с нагретой проволокой (Шаблон:Lang-en), датчик НевзороваШаблон:Sfn (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn[1] или датчик водности постоянной температуры — разновидность научно-исследовательских приборов, которые используются для замера полной и жидкокапельной водности облачной среды во время пролётов сквозь неё на летающих лабораториях.
Принцип действия
Ещё с 1950-х годов было известно, что в ходе авиационных экспериментов водность облачной среды можно оценить, если измерить пульсации мощности тока, пропущенного через отрезок проволоки (Шаблон:Lang-en), который обтекается набегающий потоком внешнего воздуха за бортом летательного аппаратаШаблон:Sfn.
Однако в 1970-х годах состоялся революционный прорыв в технологии измерений, связанный с методологией их проведения: новое поколение приборов начало создаваться, ориентируясь на принцип поддержания постоянной температуры у зондирующего отрезка проволоки. Подводимая электроэнергия, которая расходовалась на этот процесс, оказалась связана с относительным количеством влаги, оседающей на проволочном зонде. Преимуществом такого подхода стала отсутствие необходимости в калибровкеШаблон:Sfn.
В результате теоретических изысканий американских исследователей в 1978 году было предложено несложное соотношение, которое выразило водность среды через параметры проволочного зонда следующим образомШаблон:SfnШаблон:Sfn:
где:
- — конвективная потеря тепла из-за потока сухого воздуха,
- — полная потеря тепла,
- — теплота испарения,
- — температура испарения воды,
- — температура окружающего воздуха,
- — скорость набегающего потока воздуха,
- — площадь поперечного сечения проволочного зонда,
- — общая эффективность взаимодействия сенсора с капельной компонентой.
В 1980 году советский физик Анатолий Николаевич Невзоров уточнил, что в этой формуле в качестве параметра должна стоять «равновесная» температура, отвечающая за диффузионный перенос водяного параШаблон:SfnШаблон:Sfn.
История
Одна из первых полноценных моделей прибора этого класса была создана в середине 1970-х годов в Лаборатория физики облаков Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) СССР под названием «Измеритель водности облаков». Изначально созданный образец измерительной аппаратуры был способен оценить только полную водность, однако в последующих версиях его схема была дополнена датчиками, нечувствительными к ледяной компоненте облачной среды, что дало возможность регистрировать количество жидкой и твёрдой фазы независимо друг от друга с достаточной степенью точности. Таким образом, датчик Невзорова стал первым инструментом, который обеспечил измерение фазовых компонент смешанных облаков в реальном масштабе времениШаблон:Sfn. Основной комплекс работ по созданию этого прибора был выполнен А. Н. Невзоровым. В дальнейшем принцип его действия послужил основой для создания целого ряда различных систем, которые нашли применение в прикладных исследованиях атмосферы, ведущихся на Кубе, в Канаде, Иране и в ряде других стран[2]. За последние десятилетия XX века наибольшей популярностью стали пользоваться датчики водности Кинга в составе системы PMS (Шаблон:Lang-en) и датчики водности Джонсона — ВильямсаШаблон:Sfn. Их конфигурация включает в себя два проволочных зонда, установленных крест-накрест относительно друг друга таким образом, чтобы один зонд был направлен вдоль небегающего потока воздуха, а второй — перпендикулярно ему. Таким образом, первый зонд способствует устранению воздействия встречного потока, корректируя изменения температуры и давления внешней средыШаблон:Sfn
В ходе четырёх экспериментальных кампаний, проведённых под эгидой канадского Научно-исследовательского совета (Шаблон:Lang-en), выяснилось, что точность приборов на базе датчика с нагретой проволокой составляет примерно 10 — 20 %, а чувствительность измерений 0,003 — 0,005 г/м3Шаблон:Sfn. Это позволило их применять для калибровки измерений, сделанных с помощью радарных методов дистанционного зондирования облаковШаблон:Sfn.
Примечания
Источники
- Шаблон:Публикация
- Шаблон:Публикация
- Шаблон:Публикация
- Шаблон:Публикация
- Шаблон:Публикация
- Шаблон:Публикация
- Шаблон:Публикация
- ↑ Nevzorov Liquid Water Content (LWC) and Total Water Content (TWC) Probe Шаблон:Wayback NASA Airborne Science Program
- ↑ Исследования облачных и динамических структур атмосферных образований умеренных широт Шаблон:Wayback Отдел физики облаков и активных воздействий, ФГБУ «ЦАО»