Поточный измеритель водности облаков и туманов Советский патент 1980 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к области метеорологических измерений, а конкретно, к измерениям водности облаков и туманов в потоке, преимутдественно с самолета, и может быть использовано в других областях народного хозяйства для измерения весовой концентраций или переноса в газовом потоке аэрозольных примесей воды или льда. Известны самолетные Измерители водности облаков, содержащие в качестве измерительного чувствительного элемента установленный в потоке проволочный тер мометр сопротивления, включенный в изме- рительную, например мостовую схему,ипр- догреваемый протекающим через него элек трическим током до повышенной температу ры, обеспечивающей испарение осаждающей ся на него облачной водь ij. Мерой водности служит изменение выходного напрях ення (ши тока, обусловленное изменением температуры н, следовательно, сопротивления чувствительного элемента. Основными недостатками подобпьтх измерителей водности с одним чувствительным элементом являются низкий точность и чувствительность, так как теплоотдача чувствительного элемента дополнительно зависит от таких изменчивых во времени параметров, как скорость потока, давление и температ р.а 1Ю.здуха, Известны также самолетные измерители водности облаков, содержат но два чувствительных элемента, подогревгюмых электрическим током .до одинаковой температуры, один из которых - или компенсационный - аэродинамически защищен от осаждения облачных частиц и включен в компенсационную цепь дифференциальной измерительной схемы, например в смежное плечо моста. В ряде известных устроГютв .измерительный чувствительный элемент выполнен в виде отрезка проволоки, орионтироианного перпендикулярно потоку, а опори 1,1й в виде такой же проволоки, вытянутой вдоль потока I 2 .

371

Главный недостаток указанных известных устройств сйяалн с тем, что при соударении с обособленной проволокой, при котором происходит разрушение сравительно крупных облачных частиц и отра ение (под влиямием образовавшейся паро ой прослойки) части частиц, не испарившиея остатки воды уносятся обтекаюш.им 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 сущности к изобретению является устройство, содержащее чувствительные элементы в виде рядовых обмоток КЗ проволоки, намотанной на конических основаниях, обрашенных вершинами навстречу потоку, причем измерительный элемент помешен в арматуру в виде патрубка, открытого навстречу потоку, а опорный - в закрытый спереди патрубок с щелевыми гфорезями в боковой стенке, через которые -внутрь засасывается воздух, освобожденный от облачных частиц. Чувствительные элементы составляют плечи мостовой измерительной схемы, параллельные по питанию 3 . Однако данный измеритель водности обладает рядом существенных недостатков.

Различие в конструкции арматуры и связанных с нею аэродинамических характеристик вент1шяции чувствительных элементов привод Т к повышенному дрейфу выходного напряжения при флуктуациях режима полета, снижающему чувствительность и точность измерений.

Обтекаемая спереди форма чувствительного элемента снижает эффективность осаждения сравнительно мелких капель и особенно кристаллических частиц и способствует уносу потоком неиспарившейся ВОДЫ1 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.

Обледспопие арматуры вызывает аэродинамический и тепловой разбаланс чувствительных элементов и снижает трчность измерения водности переохлажденных облаков.

7,

Целью изобретения является повыuienvto чувствительности и точност}5 одновременно с обеспечением работоспособности в переохланхдеипых и кристаллических облаках.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом поточном измерителе водности измерительный чувствителыгый элемент, выполненный в виде рядовой

конической спиральной обмотки из изолированной прорюлоки, укреплен на поверхности конического лтлубления в торце цилиндрического основания, изготовленного из диэлектрического материала ч

соединенного с HecjaJUiM кронштейном, опорный чувствительный элемент выполнен в виде шшшщрической обмотки, размещенной на боковой поверхности основания При этом крощитейн сЕшбжен элек-

тронагревательной обмоткой, роль которой выполняют добавочные резисторы, входящие в состав измерительной схемы и вютюченные по питапшо послодоватоль- но с каждым чувствительным элеме том.

Для сниженуш отдачи тепла с чувствительных элементов и уменьшения динамических погрешностей, между обмотками чувствительных элементов и оспогза-

нием поме1дены тегатоизол1гоуюшие прокладки.

На фиг. 1 приведен общий вид датчика предлагаемого поточного )Морителя водности| на фиг. 2 - { 13рзз ОСНОЕДНИЯ

датчика; на фиг. 3 - ттшичная структурная схема включения датчика в питаюшиа цепи и измерительную схему.

Поточный измеритель Вод) облаков и туманов содержит датчик, состоящий

из цушиндрического основания 1, изготовленного из диэлектрика, и несущего кронштейна 2. В торцп основания 1 вр шолнеио коническое тлублонно, к поверхности которого через теплоизолирующую проклад-

ку 3 подклеена ко} ичсск.и-сп1фальная обмотка 4, намотанная бсзз промежутков в один слой изолиро/узнным проводом с термочувствительным сопротиалением. В кольцевом углублении на ниливдрической поверхности основания поверх теплом.золир тощей прокладки 5 намотана рядовая цилиндрическая обмотка 6, выпол 1енная из TOIX же провода. Выводы обмоток электрически подсоединены к

проводам 7, выведены через отверстия в основании 1 и;1и ипык; способом.

Основание 1 датчика aaKpermeiio па конце несущего кропитоПна 2. Порзорх 57 cToiiKH кропштойна намотаны две элсктрн чоскн иоолнро&анлые обмотки 8 и 9, выпопно}1ные ио провода с низким температурным коэффициентом сопротивления. Обмотка 4 представляет собой измерительный, а обмотка 6 - опорный чувст вительный элемент. Пары обмоток 4 и 8 6 и 9 включены последовательно (фиг. 3 и подключены к источникам п ггания 10 и 11, а также к мостовой измерительной схеме 12 в качестве плеч измерительных мостов. Измерительная схема 12 содержит узлы контроля и регулировки тепловог режима чувствительных элементов и осуществляет выделение сигнала их термиче кого разбаланса, подаваемого на выходной регистр ИР прибор 13. Устройство работает следующим образом. Датчик устанавливается в воздушном потоке, например, крепится к фюзеляжу самолета. Продольная ось основания 1 ориентуфована вдоль потока, чувствительный элемент 4 направлен навстречу пото Чувствительный элемент 4 подогревается проходящим через него электрическим током, мощность которого определяется верхним пределом измеряемых значений водности. Опорный чувствительный элемент 6 подогревается до температурь измерительного элемента в сухом воздухе Температура чувствительных элементов контр)олируется по величине их сопротивления с помощью известной схемы равновесного моста и устанавливается путем регулирования напряжения источников пит ния 10 и 11 . Изменения параметров сухого потока приводят к почти одинаковым изменениям температуры обоих чувствительных элементов, при этом выходное напряжение измерительной схемы 12 сохраняется близким к нулю.. При наличии в воздушном потоке облач ных частиц аэрозоля) они осаждаются на измерительный чувствительный элемент 4, но практически полностью обтекают опорный чувствительный элемент 6, так как их траектории направлены по касательной к его поверхности. Испарение воды с горячей поверхности изккрительного элемента вызывает дополнительные потери тепла. Эти потери тепла приводят к понижепию температуры измерительного чувствительного элемента и изменению его сопро тпютенля, регистрируемого место во и изм ер и те;шио 11 схемой 12 и выходным прибором 13. 1 Ехщгодлря углуГ)Лен1Ю1 п)ио,иои поверхности измерительного чутгтпитслык.)го элемента, инерции облапп-гх члстиц и малой велт1чине локлльной тлигснии-ип.ной составляющей движений , ойу- словленной приемной no.ncpxnoi.:- ти, срыв воды (в втще брызг) с испаряющей поверхности незнлчителгм, т.о. осажденная на нее вода тюппрзтется пр.мк.тическп ПОЛ1ГОСТЫО. Есл1 диаметр цилиндрического основания датчика достаточно мал, то коэф1фицие1 т улавливания облачных .Ч 1сттщ приемной поверхностью близок к 1. Eice это обеспечив,1ет нов1 г1псиио чувствительности и точности предлагаемого измерителя водности, по срлпионшо с известными jcTpofiCTBaMn. Обогрев носовой части длтчикл и несущего кронштейна, на ряд у с apMaTjpbi препятствует отложению на датчике льда в переохлажденных облаках VI дает возможность проведения измерений в таких облаках без снижения точности. Теплоизолирующие прокладки уменьшают передачу тепла от чувствительных элементов к ociionaHino и этим снижают дрейф нуля и тепловую инерцию чувствительных злектонтов, что способств -хэт снтгжению динамических погрешностей. Формула изобретения 1. Поточный измеритель водности облаков и туманов, содержащий основание, на котором размещены вьгпол11онньге из проволоки с термозависимым сопротивлением измерительн Лй чувствительн1,1П элемент в виде конической рядовой оОмотки и опорный - в В1зде рядовой обмотки, с«шищениой от осахшения водного пэро:юля, подключенные в качестве плеч в MOCTOBJTO измерительную схему п через резисторы последовательных с ними плеч - к источникам питания подогрева, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что, с пслькт попышепия чувствитоль)1ости и точности, в нем основание выполнено в гищо укрепленного на кроиил-ейне цшппщра с обмоткой опорного чувствительного элемента заподл що на боковой-попорхности и с коническим углублением в торло, it« поверхности которого расположена обмоткг) измерительного ЧуВСТВПТОЛЬКОГО МЛ(;М(И1ТП, 77И а обмотками и основанием размещены теплоизолирующие прокладки. 2. Измеритель по п, 1, отлича ющийся тем, что в нем резисторы постоянного сопротивления мостовой схемы выполнены в виде нагревательных обмоток, размешегшых на кронштейне, несущем основание. 7 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 2.814.948, кл. 73-170, 1957. 2.Патент США № 2.741.119, кл. 73-29, 1956. 3.Авторское свидетельство № 124684, кл. G 01 V/ 1/ОО, 1959.

Поток IV / 6