Термодиффузионная камера Советский патент 1981 года по МПК G01W1/00 

(54) ТЕРМОДИФФУЗИОННАЯ КАМЕРА Изобретение относится к метеорологии и физике аэрозолей и может быть использовано для изучения процессов конденсации. Известны устройства для измерения спектра атмосферных ядер по пересыщениям, основанные на подсчете числа капель, выросших на ядрах в термодиф фузионных камерах, где пересыщения создаются в результате молекулярного тепломассообмена через неподвижный воздух в плоских камерах, противоположные стенки которых непрерывно смачиваются и поддерживаются при раз ных температурах 1. Наиболее близкой к предлагаемой является термодиффузионная камера, состоящая из двух плоских поверхностей, которые образуют щелевой канал, термостатов для поддержания. этих поверхностей при разных темпера турах и устройства для их.непрерывно го смачивания 2. Однако это устройство не позволяет создавать отрицательные, пересыщения и требует длительного времени дл установления стационарного режима камеры при изменении ее теплового ре жима. Процесс измерения при этом сложно автоматизировать. Цель изобретения - устранение указанных недостатков. Указанная цель достигается тем/ что термодиффузионная камера, содержащая две плоские термостатируемые параллельные пластины, которые образуют щелевой канал, устройство для непрерывного смачивания пластин, снабжена проницаемым и нейтральным для молекул газовой смеси нагревательным элементом, установленным в щелевом канале. При этом нагревательный элемент выполнен в виде металлической сетки. На фиг.1 изображена схема термодиффузионной камеры на фиг.2 - графики, иллюстрирующие работу камеры с нагревательным элементом. Две параллельные пластины 1, обтянутые батистом или фильт ровальной бумагой, образуют плоскую щелевую камеру. Между ними помещен сетчатый нагревательный элемент 2. Термостаты 3 служат для поддерживания температуры пласт 1ны на заданном уровне, а источник 4 нагрева задает температуру нагревательного элемента 2. Устрой:;тво 5 обеспечивает непрерывное смачивание поверхностей пластин 1. Термодиффуэионная камера работает следующим образом. При -помощи термостатов 3 устанавливают заданные температуры пластин 1, например и 30°С, Затем при помощи устройства 5 подают к внутренним поверхностям пластин 1 жидкость, например дистиллированную воду, В результате njpoueccoB молекуляр ной диффузии и теплопередачив пространстве между пластинами возникает положительное пересыщение. Затем при помощи источника 4 производится нагрев сетчатого нагревательного эле мента до заданной температуры, напри мер, до . При этом в зоне между верхней пластиной 1, нагретой до температуры 30°С, и сетчатым нагревательным элементом 2 устанавливается отрицательное пересыщение,Уменьшение температуры сетчатого элемента приводит к повышению пересыщения. Таким образом, не изменяя температур пластин- 1 можно регулировать пересыщение от отрицательных до положитель ных величин, соответствующих работе камеры без сетчатого нагревательного элемента 2. Физическая сущность изобретения состоит в возможности разделения процессов передачи тепла и массы путем введения проницаемого и нейтраль ного для молекул газовой смеси нагревательного элемента. Изменения температуры этого элемента влияют только на распределение температуры в камере, но не влияют на распределение концентрации пара. Отсюда и следует возможность управления пере сыщением. Если расстояние между стенками камера многоМеньше размера смоченных поверхностей, то распределение температуры Т(х) и концентрации пар С (х) в камере описываются следующим зависимостями: Т(х) - х+т, , ,,,,, , ,d (2) C(,).Cii tZlirC iZ i r, (т ). xelOfd Здесь т температура более нагретой стенки; температура холодильн ка; температура нагревательного элемента; d расстояние от нагрето стенки камеры до нагр вательного элемента; С,с (Т концентрации насыщенн паров вблизи поверхно тей стенок камеры. Температура нагревательного элеента не может быть ниже темпеатуры Т , которая соответствует температуре нагревательного элемента, т.е. ,-T Если т Т% то на этом элементе дет конденсация пара, что приводит изменению режима, описываемого формулами {1)-(3). пересыщение сГ (х) находится по ормуле -1 (5) igfTCx j gfo jНа фиг.2 цифрой 1 обозначены графики, характеризующие работу обычной камеры (без нагревательного элемента;, П - режим камеры с нагревательным элементом, когда Т , Ю - случай, когда т Т. Температура Т сетчатого нагревательного элемента влияет только на распределение температуры в камере, которая определяет концентрацию насыщенных паров fT(x), но не влияет на распределения концендрации пара, которое зависит только от температур и Т . Увеличивая температуру нагревателя Т , увеличивают концентрацию насыщенных паров. При этом концентрация пара в камере не изменяется. Следовательно (см.формулу 5),пересыщение уменьшается (кривые П на фиг.2) и мэжет быть, например при т - т , отрицательньм (кривые Ш на фиг.2). Испытания камеры показали, что изменяя температуру сетки можно регулировать пересыщения в камере без изменения термостатируемых пластин. В частности, если , то на атмосферных ядрах идет конденсация, так как 07 О и в камере образуется туман. Если температуру т сетки поднять до температуры т вархней пластины, то исчезнет, что полностью подтверждает возможность создания отрицательных пересьвдений. Переход от данного режима камеры, задаваемого температурой нагреватель- ного элемента,составляет 20-30с, в то время как для обычной камеры подобный переход доходит до 30 мин.Установка программного регулятора темпепатуры позволит автоматизировать измерения. Формула изобретения 1. Термодиффузионная камера, содержащая две плоские термостатируеше параллельные пластины, которые образуют щелевой канал, и устройство для смачивания пластин, отличающаяся тем,что, с целью расширения диапазона измерений активности ядер конденсации за счет создания отрицательных пересыщени, сокращения времени и автоматизации измерений, камера снабжена проницаемым и нейтральным для молекул газовой смеси нагревательным элементом, установленньам в щелевом канале.

2. Камера по п. 1,. о т л и ч а ю. щ а я с я тем, что в ней нагревательный элемент выполнен в виде металлической сетки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Saxena V.K., Burford I.N., Kaesncr I.L. Operation ofa thermal diffusion chamber for measurements on . clond condensation nuclei. I .Atm.Sci . 1970, V.27, 1.

2.Старожилова A.И.Дифференциальный счетчик ядер конденсации. Сб.Исследования в области поверхностньи сил, М., Изд-во АН СССР, 1961.

ji у

,7