Датчик с нагретой проволокой (), датчик Невзорова ()Nevzorov Liquid Water Content (LWC) and Total Water Content (TWC) Probe NASA Airborne Science Program или датчик водности постоянной температуры — разновидность научно-исследовательских приборов, которые используются для замера полной и жидкокапельной водности облачной среды во время пролётов сквозь неё на летающих лабораториях.

Принцип действия Ещё с 1950-х годов было известно, что в ходе авиационных экспериментов водность облачной среды можно оценить, если измерить пульсации мощности тока, пропущенного через отрезок проволоки (), который обтекается набегающий потоком внешнего воздуха за бортом летательного аппарата.

Однако в 1970-х годах состоялся революционный прорыв в технологии измерений, связанный с методологией их проведения: новое поколение приборов начало создаваться, ориентируясь на принцип поддержания постоянной температуры у зондирующего отрезка проволоки. Подводимая электроэнергия, которая расходовалась на этот процесс, оказалась связана с относительным количеством влаги, оседающей на проволочном зонде. Преимуществом такого подхода стала отсутствие необходимости в калибровке.

В результате теоретических изысканий американских исследователей в 1978 году было предложено несложное соотношение, которое выразило водность среды через параметры проволочного зонда следующим образом:

где: — конвективная потеря тепла из-за потока сухого воздуха, — полная потеря тепла, — теплота испарения, — температура испарения воды, — температура окружающего воздуха, — скорость набегающего потока воздуха, — площадь поперечного сечения проволочного зонда, — общая эффективность взаимодействия сенсора с капельной компонентой. В 1980 году советский физик Анатолий Николаевич Невзоров уточнил, что в этой формуле в качестве параметра должна стоять «равновесная» температура, отвечающая за диффузионный перенос водяного пара.

История Одна из первых полноценных моделей прибора этого класса была создана в середине 1970-х годов в Лаборатория физики облаков Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) СССР под названием «Измеритель водности облаков». Изначально созданный образец измерительной аппаратуры был способен оценить только полную водность, однако в последующих версиях его схема была дополнена датчиками, нечувствительными к ледяной компоненте облачной среды, что дало возможность регистрировать количество жидкой и твёрдой фазы независимо друг от друга с достаточной степенью точности. Таким образом, датчик Невзорова стал первым инструментом, который обеспечил измерение фазовых компонент смешанных облаков в реальном масштабе времени. Основной комплекс работ по созданию этого прибора был выполнен А. Н. Невзоровым. В дальнейшем принцип его действия послужил основой для создания целого ряда различных систем, которые нашли применение в прикладных исследованиях атмосферы, ведущихся на Кубе, в Канаде, Иране и в ряде других странИсследования облачных и динамических структур атмосферных образований умеренных широт Отдел физики облаков и активных воздействий, ФГБУ «ЦАО». За последние десятилетия XX века наибольшей популярностью стали пользоваться датчики водности Кинга в составе системы PMS () и датчики водности Джонсона — Вильямса. Их конфигурация включает в себя два проволочных зонда, установленных крест-накрест относительно друг друга таким образом, чтобы один зонд был направлен вдоль небегающего потока воздуха, а второй — перпендикулярно ему. Таким образом, первый зонд способствует устранению воздействия встречного потока, корректируя изменения температуры и давления внешней среды

В ходе четырёх экспериментальных кампаний, проведённых под эгидой канадского Научно-исследовательского совета (), выяснилось, что точность приборов на базе датчика с нагретой проволокой составляет примерно 10 — 20 %, а чувствительность измерений 0,003 — 0,005 г/м3. Это позволило их применять для калибровки измерений, сделанных с помощью радарных методов дистанционного зондирования облаков.

Примечания

Источники

Категория:Метеорологические приборы Категория:Аэродинамика Категория:Датчики