Устройство для определения льдообразующей эффективности аэрозолей Советский патент 1982 года по МПК G01W1/00 

I

Изобретение относится к Meteopoлогии, а точнее к исследованиям процессов льдообразования с помсмдьо термодиффузионных камер, и может быть применено для изучения газофазных реакций, фазовых переходов в присутствии зародышей и роста поликристаллов, а также в микробиологии и медицине.

.Известные термодиффузионные камеры имеют корпус, выполненный из теплоизолятора. В камере имеются две металлические поверхности, расположенные в одной плоскости или друг над другом с воздушным зазором. Одна поверхность, выполненная в виде кольца (верхняя пластина в другой модификации камеры), смачивается водой и является увлажнителем. Вторая поверхность, расположенная внутри кольца (под увлажнителем), является предметным столиком, на котором устанавливается аэрозольная проба, предварительно осажденная на фильтр или металлический зеркальный ( полированный) диск. Увлажнитель и предметный столик разделены теплоизолятором. Температуры их рерупируются автономно. Устанавливается температура столика (исследуемого объекта), затем меняют температуру испарителя, тем самым меняя влажность над объектом. Таким образом, в зависимости от температуры столика и испарителя можно

10 установить любую влажность над пробой, при которой происходит активация льдообразующих ядер. Этот метод отличается простотой, удобством и высокой точностью поддержания темпера15туры и влажности 1.

Недостаток метода связан с истои ением водяного пара в камере изза большой плотности частиц в аэрозольной пробе. Гидрофильные частицы

20 поглощают значительную часть водя- , ного пара, а медленный процесс диффузии его от источника не успевает пополнять это истощение. Поэтому для Э9 активации льдообраэующих ядер, конденсационно менее активных, оставшегося количества пара уже недостаточно, что приводит к существенным ошибкам в определении льдообразующей активности аэрозолей. Эта ошибка растет с увеличением числа части в пробе. Известны динамические термодиффузионные камеры, в которых воздух циркулируют по замкнутому контуру. Струя воздуха продувается через охлаждаемый до нужной температуры радиатор, насыщалась там водяным паром до требуемой величины и далее проходит над аэрозольной пробой, осажденной на какую-либо подложку (полированный диск, фольгу или фильт Водяной пар диффундирует из струи воздуха к аэрозольной пробе, увлажняя ее и активируя льдообразующие ядра. Таким образом, принудительное поступление водяного пара к аэрозол ной пробе в значительной мере уменьшает его потери, обусловленные погло щением пара большим количеством конденсационно активных ядер 2. Однако различные части струи охлаждаются не одинаково, а турбулентный характер ее движения еще больше увеличивается неравномерность увлажнения пробы. Кроме того, так как температура источника водяного пара, а следовательно, и продуваемого воздуха, все да выше температуры подложки с пробой, то тепло передается от струи к пробе и температура ее повышается что ведет к дополнительным ошибкам. Наиболее близкой к предлагаемой является термодиффузионная камера с теплоизолированным корпусом и окном для наблюдения, содержащая контакти рующие с термобатареями увлажнитель и предметный столик для аэрозольной пробы 3. Однако использование этой термодиффузионной камеры также приводит к существенным ошибкам в определении льдообразующей активности аэрозолей Цель изобретения - повышение точ ности определения льдообразующей активности аэрозолей. Поставленная цель достигается тем, что предметный столик для проб аэрозолей снабжен управляемым подви ным экраном, из паронепроницаемого гидрофобного материала. На фиг.1 схем.-тически показано предлагаемое устройство; на фиг.2 столик с пробой и экраном с вырезом, вид сверху. Корпус камеры 1 вы.,опнен из теплоизолятора. Внутри камеры установлен кольцевой профилиЬованный увлажнитель 2, в который заливается вода. В центре кольца, коаксиально с ним, расположен предметный столик 3, на который устанавливается отполированный металлический диск или фильтр, с предварительно осажденной аэрозольной пробой 4. Сверху камера 5закрывается крышкой с окном 6 для наблюдения, имеющим три стекла для предотвращения запотевания. Увлажнитель и столик охлаждаются полупроводниковыми термобатареями 7, которые разделены кольцевым теплоизолятором 8. На столике устанавливается тонкий управляемый экран 9, который закрывает сверху аэрозольную пробу от доступа водяного пара из объема камеры. Экран 9 может перемещаться по направляющим 10. Управление положением экрана осуществляется двумя нитями 11 и 12, пропущенными через тонкое отверстие в корпусе 1. Нить 12 переброшена через блок 13 внутри камеры. Устройство работает в следующей последовательности. На предметный столик 3 устанавливают фильтр или полированный металлический диск k с аэрозольной пробой k и заливают воду в увлажнитель 2. Закрыв крышку камеры 5, подают напряжение на термоувлажнитель 2,и термобатареи 7 и охлаждают увлажнитель 2 до нужной рабочей температуры. После установления расчетной температуры увлажнителя, потянув за нить 12, экраном 9 закрывают пробу k. Затем понижают температуру пробы до рабочей. Выждав, пока во всем объеме камеры установится расчетное насыпающее давление водяного пара, соответствующее температуре увлажнителя, пробу 4 открывают, потянув за нить 11. Аэрозольная проба оказывается при этом в атмосфере с расчетной влажностью и на ее частицах происходит нуклеация воды и льда. Через окно 6наблюдают за процессом нуклеации и ведут подсчет образовавшихся ледяных кристаллов, определяя льдообразующую эффективность аэрозольной пробы.

Применение тонкого паронепроницаемого экрана, установленного.непосредственно над аэрозольной пробой, поз- $ воляет точно установить режим активации аэрозольных частиц, предотвратив раннюю конденсации воДяного пара на них до установления термостатического градиента концентрации во- to дяного пара в камере. Поэтому при таком режиме проявления активируются практически все льдообразующие ядра и льдообразующая активность аэрозолей определяется наиболее полно. Все воз-15 никшие ледяные кристаллы выживают за счет фазовой перегонки водяного пара на кристаллы.

Другие возможные варианты устройства, могут быть такими. Экран изготов-20 лен в виде кругового сектора, вращающегося вокруг вертикальной оси, установленной на кольцевом теплоизоляторе 8. Экран может быть также разделенным на части (до четырех), каждая из 25 которых может враи1аться вокруг своей оси. Это позволит одну аэрозольную пробу, осажденную на диск или фильтр, проявлять четыре раза при различных комбинациях температуры и влажности. 30

Формула изобретения

Устройство для определения льдообразующей эффективности аэрозолей, содержащее размещенные в термодиффузионной камере с теплоизолированным корпусом и окном для наблюдения, контак тирующее с термобатареями увлажнитель и предметный столик для аэрозольной пробы,отличающееся тем, что, с целью повышения точности , в нем предметный столик снабжен управляемым подвижным экраном из паронепроницаемого гидрофобного материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.The Second International Workshop on Ice Nuclei. Colorado, U.S.A., 1971.

2.Langer G. and Rogers I. An Experimental Study of Detection of Ice Nuclei on Membrane Filters and other Substrate. I. Appl, Met., v.l, 1975, No. , p.560-570.

3.Авторское свидетельство СССР № 525366, кл. G 01 W 1/00, (прототип).