Nevzorov senzor

Sonda s  horkým drátem , Nevzorovova sonda [1] ( Nevzorovova sonda ) [2] [ 3] nebo snímač obsahu vody s konstantní teplotou je typ výzkumného přístroje, který se používá k měření celkového a kapalného obsahu vody  během letů přes to na létajících laboratořích .

Jak to funguje

Od 50. let 20. století je známo, že při leteckých pokusech lze obsah vody v zakaleném prostředí odhadnout měřením vlnění síly proudu procházejícího kouskem drátu ( angl.  hot-wire ), který je obtékán přicházejícím proudem vnějšího vzduchu přes palubu letadla [4] .

V 70. letech 20. století však došlo v technologii měření k revolučnímu průlomu souvisejícímu s metodikou jejich provádění: začala vznikat nová generace přístrojů zaměřených na princip udržování konstantní teploty na sondovacím kusu drátu. Ukázalo se, že dodaná elektrická energie, která byla vynaložena na tento proces, souvisí s relativním množstvím vlhkosti usazené na drátěné sondě. Výhodou tohoto přístupu byla absence nutnosti kalibrace [5] .

Jako výsledek teoretického výzkumu amerických vědců v roce 1978 byl navržen jednoduchý vztah, který vyjadřoval obsah vody v médiu prostřednictvím parametrů drátové sondy takto [6] [7] :

kde:

- tepelné ztráty konvekcí v důsledku proudění suchého vzduchu, - celkové tepelné ztráty je výparné teplo, je teplota vypařování vody, - okolní teplota vzduchu, je rychlost proudícího vzduchu, je plocha průřezu drátové sondy, je celková účinnost interakce mezi senzorem a kapkovou složkou.

V roce 1980 sovětský fyzik Anatolij Nikolajevič Nevzorov objasnil, že v tomto vzorci by měla být parametrem „rovnovážná“ teplota, která je zodpovědná za difúzní přenos vodní páry [6] [8] .

Historie

Jeden z prvních plnohodnotných modelů přístroje této třídy vznikl v polovině 70. let 20. století v Laboratoři fyziky mraků Ústřední aerologické observatoře (TsAO) SSSR pod názvem „Mrakový měřič obsahu vody“. Původně vytvořený vzorek měřicího zařízení byl schopen odhadnout pouze celkový obsah vody, v dalších verzích byl však jeho okruh doplněn o senzory necitlivé na ledovou složku oblačného média, které umožňovaly zaznamenávat množství kapaliny a pevné fáze nezávisle na sobě s dostatečnou mírou přesnosti. Nevzorov senzor se tak stal prvním nástrojem, který poskytoval měření fázových složek smíšených oblaků v reálném čase [9] . Hlavní soubor prací na vytvoření tohoto zařízení provedl A. N. Nevzorov. Princip jeho fungování posloužil v budoucnu jako základ pro vytvoření řady různých systémů, které našly uplatnění v aplikovaném výzkumu atmosféry prováděném na Kubě , Kanadě , Íránu a řadě dalších zemí [10] . Během posledních desetiletí 20. století se staly nejoblíbenějšími senzory obsahu vody King's jako součást systému PMS ( Particle Measuring Systems ) a senzory obsahu vody Johnson-Williams [9] .  Jejich konfigurace zahrnuje dvě drátěné sondy namontované křížově vůči sobě tak, že jedna sonda je nasměrována podél nepohyblivého proudu vzduchu a druhá je k němu kolmá. První sonda tak pomáhá eliminovat vliv přicházejícího proudění, koriguje změny teploty a tlaku prostředí [11]

V průběhu čtyř experimentálních kampaní vedených pod záštitou Kanadské výzkumné rady ( English  National Research Council ) se ukázalo, že přesnost přístrojů na bázi vyhřívaného drátového senzoru je přibližně 10 - 20 % a citlivost měření je 0,003 - 0,005 g/m3 [ 9] . To umožnilo jejich použití ke kalibraci měření prováděných pomocí radarových metod dálkového průzkumu oblačnosti [12] .

Poznámky

  1. ↑ RD 52.04.674-2006, 2006 , Přímá měření, str. 12-13.
  2. ↑ Korolev, Strapp, 1998 , str. 1495-1496.
  3. ↑ Nevzorov obsah kapalné vody (LWC) a celkový obsah vody (TWC) Sonda archivována 30. dubna 2020 ve Wayback Machine NASA Airborne Science Program
  4. ↑ Wendisch, Brenguier, 2013 , Hot-Wire Techniques, str. 266-267.
  5. ↑ Wendisch, Brenguier, 2013 , Hot-Wire Techniques, str. 267.
  6. ↑ 1 2 Wendisch, Brenguier, 2013 , Hot-Wire Techniques, str. 268.
  7. ↑ King, Parkin, Handsworth, 1978 .
  8. ↑ Nevzorov, 1980 .
  9. ↑ 1 2 3 Korolev, Strapp, 1998 , str. 1495.
  10. ↑ Studie oblačnosti a dynamických struktur atmosférických útvarů v mírných zeměpisných šířkách Archivní kopie ze dne 24. prosince 2019 na oddělení Wayback Machine Department of Cloud Physics and Active Impacts, Central Administrative District
  11. ↑ Telecí maso, Cooper, Vali, Marwitz, 1977 , Obsah kapalné vody, str. 246.
  12. ↑ Nguyen, Wolde, Korolev, 2019 .

Zdroje