РАДИОЗОНД Российский патент 1995 года по МПК G01W1/11 

Изобретение относится к метеорологии и предназначено для измерения влажности в атмосфере с помощью радиозонда.

Известны радиозондовые датчики влажности, выполненные в виде гигроскопической животной пленки, связанной через подпружиненный рычаг с потенциометром, подключаемым к радиопередатчику радиозонда (Стернзат М. С. Метеорологические приборы и измерения. Л.: Гидрометиздат, 1978, 392, с. 99-126).

К недостаткам известных датчиков влажности относится сложность конструкции, обусловленная наличием механически движущихся узлов, а также повышенная инерционность измерения, вызванная сорбционными процессами влаги на гигроскопической животной пленке.

Наиболее близким к изобретению является радиозондовый датчик влажности, содержащий датчик температуры, помещенный в чувствительный элемент (Витлеб Г. Датчики.Пер. с нем. М.: Мир, 1989, с. 196, с. 110-126).

К недостатку известного датчика влажности также относится сложность его конструкции, обусловленная сложностью чувствительного элемента. Кроме того, датчик также обладает повышенной инерционностью, вызванной замедленными процессами сорбции влаги чувствительным элементом, особенно при низких температурах, имеющих место в атмосфере.

Целью изобретения является упрощение конструкции датчика влажности и уменьшение инерции датчика, особенно при низких, ниже нуля градусов, температурах воздуха, повышение точности путем фиксации теплообмена в любой момент измерения.

Цель достигается посредством того, что датчик влажности выполнен в виде двух чувствительных к температуре элементов, а удельные теплоемкости С₁, С_2, массы m₁, m₂, величины, равные характерным размерам а₁, а₂, площади поверхностей S₁, S₂ первого и второго чувствительных к температуре элементов выбраны из соотношения
≠
Отличительными признаками радиозондового датчика влажности являются наличие дополнительного датчика температуры с чувствительным элементом, а также различие теплофизических свойств чувствительных элементов.

Наличие второго датчика температуры в радиозондовом датчике влажности с отличающимся чувствительным элементом не известно. Однако это наличие позволяет упростить конструкцию и уменьшить инерционность датчика. Первое обусловлено простотой датчика, а второе тем, что определение влажности осуществляется в любой момент измерения и обусловлено лишь фиксацией результатов теплообмена чувствительных элементов с атмосферой в этот момент измерения.

Таким образом, отличительные признаки являются существенными, а техническое решение обладает существенными отличиями.

Примеры конкретного исполнения радиозондового датчика влажности могут быть следующие.

Чувствительные элементы выполнены из металла и из полиэтилена в виде шариков диаметрами 0,5 и 1 см. Внутри шариков высверлены отверстия, где плотно размещены датчики температур в виде терморезисторов.

На чертеже показан радиозондовый датчик влажности.

Датчик содержит датчики 1 и 2 температуры, размещенные в чувствительных элементах 3 и 4. Датчики 1 и 2 температур присоединены через коммутатор 5 к радиозондовому передатчику 6.

Радиозондовый датчик влажности работает следующим образом.

Поскольку чувствительные элементы находятся в тепловом контакте с атмосферой, то по их охлаждению можно судить о характеристиках атмосферы, в том числе о влажности. На первом уровне нахождения радиозонда в атмосфере подключают поочередно датчик 1 температур и датчик 2 к радиозондовому передатчику 6, который и передает сведения о чувствительных элементах 3 и 4 на первом уровне Т₁₁ и Т₂₁. После подъема радиозонда на второй уровень передаются сведения о температурах. По мере подъема радиозонда с первого уровня на второй происходит теплообмен чувствительных элементов 3 и 4 с атмосферой, а точнее - их охлаждение. При этом тепло, отданное первым датчиком, равно теплу, переданному атмосфере Q_д1 = Q_в1, где Q_д1 = с ˙ m₁ ΔT₁;
Q·b₁= TΔt
Δt - время полета радиозонда от уровня 1 до уровня 2;
с₁ - теплоемкость чувствительного элемента;
m₁ - его масса;
ΔТ₁ = Т₁₁ - Т₁₂ - температура охлаждения датчиков;
Т₁₁ - температура чувствительности элемента на уровне 1;
Т₁₂ - температура на уровне 1;
- средняя теплопроводность воздуха атмосферы между уровнями;
ΔT = - градиент температуры около чувствительного элемента;
T₁= - средняя температура чувствительного элемента;
T_в= - средняя температура атмосферы; Т_в1 - температура на уровне 1;
Т_в2 - температура на уровне 2;
а₁ - величина пограничного в первом приближении слоя, равная характерному размеру чувствительного элемента.

Аналогично имеем уравнение для второго чувствительного элемента. Распишем теплопроводность воздуха в атмосфере. Согласно уравнению Васильевой
= где l₁ - концентрация паров воды;
l₂ - концентрация сухого воздуха;
l₂ = l_o - l₁;
l_o - общая концентрация;
λ₁ - теплопроводность водяного пара;
λ₂ - теплопроводность воздуха. Решая систему уравнений, устраняя из них температуру воздуха и выражая концентрацию паров воды, получаем
l₁= -

Использование: в метеорологии для проведения измерений влажности в атмосфере. Сущность изобретения заключается в том, что радиозонд снабжен дополнительным датчиком температуры, размещенным в чуствительном элементе. Чувствительные элементы датчиков выполнены с различными теплофизическими характеристиками. 1 ил.

РАДИОЗОНД, содержащий датчик влажности, подключенный через коммутатор к радиопередатчику, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем фиксации теплообмена в любой момент измерения, датчик влажности выполнен в виде двух чувствительных к температуре элементов, а удельные теплоемкости C₁, C₂ массы m₁, m₂ - величины, равные характерным размерам а₁, а₂ площади поверхностей s₁, s₂ первого и второго чувствительных к температуре элементов, выбраны из соотношения