Спосіб вимірювання коефіцієнтів анізотропії температури повітря

Спосіб вимірювання коефіцієнтів анізотропії температури повітря, що включає в себе одночасне визначення температури повітря у двох взаємно перпендикулярних напрямках, наприклад, у вертикальному і горизонтальному, і обчислення за знайденими значеннями температури коефіцієнта T анізотропії температури КТ за формулою КТ= 1 , T2 де T1 - температура повітря для горизонтального напрямку, а Т2 - температура повітря для вертикального напрямку, який відрізняється тим, що температуру повітря вимірюють безпосередньо й одночасно чотирма термометрами, встановленими у дво х взаємно перпендикулярних напрямках у вертикальному і горизонтальному, таким чином, що один з них вимірює температуру для молекул, що летять зверху, др угий - для молекул, що летять знизу, третій - для молекул, що летять справа, четвертий - для молекул, що летять зліва, при C2 2 UA 1 3 85413 ных с молекулярными процессами в атмосфере. Изд. АН СССР. Геомагнетизм и аэрономия. 1986, Т.26, №2. С. 265-268.] шляхом радіолокаційного вимірювання параметрів іонізованого метеорного сліду (величини коефіцієнта амбіполярної дифузії (Da), пов'язаної з температурою повітря (Т°) і щільністю атмосфери (r) відомим співвідношенT1 2 ням Da ~ , і початкового радіуса метеорного r сліду (r 0), пов'язаного зі щільністю атмосфери (r) 1 співвідношенням r0 ~ ), у різних за кутом місця r напрямках (b), одержання залежності вимірюваного параметра від кута місця b, побудови залежності logDa і lgr0 від lgb, визначення величини (Da) і r0 при кутах b=90° і b=0°, та обчислення коефіцієнта Dг анізотропії Ka за формулою Ka= або Dв r г Ka= 0 , де Dг і r 0г - значення величин, знайдених r0в для горизонтального напрямку, Dг і r0в - відповідно знайдених для вертикального напрямку. Недоліком такого способу є те, що за допомогою його коефіцієнт анізотропії температури і щільності атмосфери вимірюється побічно, тобто через вимірювання величин (Da) і r0, крім того цей спосіб може бути застосований тільки при радіолокаційному спостереженні іонізованих метеорних слідів, що, як відомо, спостерігаються на строго обмеженому діапазоні висот (80-100км). Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого винаходу є спосіб вимірювання коефіцієнта анізотропії температури [И.А. Делов, Н.И. Слипченко. Результаты экспериментальных исследований анизотропии молекулярных процессов атмосферы с помощью акустического зондирования. «Прикладная радиоэлектроника», 2004, том 3, №3, С. 27-36.] за фазою акустичної хвилі, розсіяної температурними неоднорідностями при моностатичному імпульсному зондуванні атмосфери одночасно (або по черзі) у двох (або декількох напрямках) за кутом місця b, шляхом екстраполяції отриманої залежності різниці фаз лун-сигналів від кута місця для значень b=90° і b=0°, визначення за отриманими значеннями різниці фаз, різниці температур згідно з відомим зв'язком фази звукової хвилі з температурою атмосфери та обчислення коефіцієнта анізотропії температури повітря за T формулою Ka = 1 , де T1 - температура повітря, T2 знайдена для горизонтального напрямку, а Т2 – для вертикального напрямку. Недоліком даного способу вимірювання коефіцієнта анізотропії КT температури повітря є те, що він визначається на підставі температури (T°), отриманої побічно за виміряною фазою акустичного ехосигналу, крім того, температура повітря для горизонтального напрямку визначається шляхом екстраполяції виміряної залежності температури повітря при малих значеннях кутів a (a - кут між вертикальним і горизонтальним напрямком зонду 4 вання), до значень кутів a=90°, а також те, що цей спосіб не може бути застосований для вимірювання анізотропії температури у приземному шарі Землі біля її поверхні. В основу винаходу способу вимірювання анізотропії температури повітря покладена задача підвищення вірогідності і точності вимірювання коефіцієнта анізотропії температури повітря КT, а також розширення можливості способу за рахунок безпосереднього вимірювання температури повітря одночасно чотирма термометрами, встановленими на двох взаємно перпендикулярних напрямках, які дискретно повертаються у вертикальній площині на 90° після кожного вимірювання. Ця задача вирішена таким чином. У способі вимірювання анізотропії температури повітря, що включає в себе одночасне визначення температури повітря в двох взаємно перпендикулярних напрямках (наприклад, у горизонтальному і вертикальному) і обчислення за знайденими значеннями температури коефіцієнта анізотропії температури KT за формулою T1 KT = , де T1 - температура повітря для горизоT2 нтального напрямку, а T2 - для вертикального напрямку, згідно з винаходом, температуру повітря вимірюють безпосередньо та одночасно чотирма термометрами, встановленими на двох взаємно перпендикулярних напрямках (наприклад, вертикальну і горизонтальному) таким чином, що один з них вимірює температуру для молекул, що летять зверху, другий - для молекул, що летять знизу, третій - для молекул, що летять справа, четвертий - для молекул, що летять зліва, причому після одночасного вимірювання температури повітря для зазначених чотирьох напрямків, напрямок вимірювання температури повітря дискретно змінюється на 90° (за годинниковою або проти годинниковою стрілкою) для 360° і для кожного повороту відбувається одночасне вимірювання температури повітря для зазначених чотирьох напрямків, потім за виміряними у такий спосіб значеннями температури для кожного термометра обчислюються коефіцієнти анізотропії температури повітря (КTв, КТг, Т КТВг) за формулами: KТв = зв , де Тзв - темпераТзн тура повітря, виміряна для молекул, що летять зверху, Тзн - температура повітря, виміряна для Т молекул, що летять знизу; KТг = пр , де Тпр Тзл температура повітря, виміряна для молекул, що летять справа, Тзл - температура повітря, виміряна Т для молекул, що летять зліва; KТВг = Г , де ТГ ТВ середньоарифметичне значення температури, виміряної для молекул, що летять справа і зліва, а ТВ - середньоарифметичне значення температури, виміряної для молекул, що летять зверху і знизу і, таким чином, для кожного термометра за виміряними їм же значеннями температури обчислюються зазначені вище коефіцієнти анізотропії температури повітря (КTв, КТг, КТВг). 5 85413 Розглянемо спосіб більш докладно. На Фіг.1 подана функціональна схема пристрою, за допомогою якого можна реалізувати запропонований спосіб. На Фіг.2 представлена схема розташування датчиків температури в блоці датчиків температури. На Фіг.3 представлена тимчасова залежність температури повітря (вірніше, опору, що обернено пропорційний температурі повітря), виміряної одночасно і безпосередньо чотирма термометрами, установленими на двох взаємно перпендикулярних напрямках (вертикальному і горизонтальному) таким чином, що один з них 1 - вимірював температур у повітря для молекул, що летять зверху (+), другий - 2 - вимірював температуру повітря для молекул, що летять знизу (Å), третій - 3 - вимірював температуру повітря для молекул, що летять справа (•), четвертий - 4 - вимірював температуру повітря для молекул, що летять зліва ( ). Вимірювання проводилися 29.08.2005p. з 1115 до 1200 місцевого часу в умовах ясної, ти хої погоди при температурі повітря t=25-28°С на полігоні на відкритій площадці на висоті 1,5 м над рівнем Землі. Як випливає з Фіг.3, спостерігається яскраво виражене розходження виміряних одночасно температур: температура молекул, що летять вниз - 1 (+), виявилася менше температур молекул, що летять вгору - 2 (Å), справа - 3 (•) і зліва - 4 ( ), а температура молекул, що летять вгор у - 2 (Å), виявилася менше температури молекул, які летять справа - 3 (•) і зліва - 4 ( ), що виявилися близькими за величиною між собою. Результати на Фіг.3 представлені з урахуванням каліброваних характеристик термометрів. Розходження температур, що спостерігається, для молекул, які летять вгору і вниз, складає близько ~ 0,3°С. Суть способу За допомогою чотирьох термометрів, встановлених у чотирьох точках на осях дво х взаємно перпендикулярних ліній (див. Фіг.2, де представлена схема розташування датчиків температури в вертикальній площині), одночасно вимірюють безпосередньо температуру повітря для молекул, що летять зверху - 1, для молекул, що летять знизу 2, для молекул, що летять справа - 3, і для молекул, що летять зліва - 4 і за обмірюваними у такий спосіб значеннями температури обчислюють коефіцієнти анізотропії (КTв, КТг, КТВг) за формулами Т KТв = зв , де Тзв - температура повітря, виміряна Тзн для молекул, що ле тять зверху, Тзн - температура повітря, виміряна для молекул, що летять знизу; Т пр KТг = , де Тпр - температура повітря, виміряТзл на для молекул, що летять справа, Тзл - температура повітря, виміряна для молекул, що летять Т зліва; KТВг = Г , де ТГ - середньоарифметичне ТВ значення температури, виміряної для молекул, що летять справа і зліва, а ТВ - середньоарифметичне значення температури, виміряної для молекул, що 6 летять зверху і знизу. Отже, за допомогою даного способу вимірюється одночасно анізотропія: для вертикальної швидкості молекул шляхом порівняння температур, виміряних для молекул, що летять зверху і знизу, для горизонтальної швидкості шля хом порівняння температур, виміряних для молекул, що летять справа і зліва і для середньоарифметичного значення температур, виміряних для молекул, що летять зверху і знизу та зліва і справа шляхом порівняння усереднених значень температур, виміряних для горизонтального і вертикального напрямків. Температура повітря для зазначених чотирьох напрямків вимірюється через визначені інтервали часу, обумовлені інерційністю термометра. Чутливість способу до змін анізотропії температури повітря визначається чутливістю термометра до флуктуацій температури повітря, пов'язаними з різними факторами. Розглянемо пристрій для реалізації запропонованого способу, функціональна схема якого представлена на Фіг.1, яка містить блок датчиків 1, що містить чотири датчики температури - 2, 3, 4, 5, виходи яких приєднані до входу вимірювача температури - 6, вихід якого приєднаний до входу ЕОМ-7, ви хід якої приєднаний до вимірювача температур - 6 і блокові датчиків - 1. Розглянемо роботу пристрою. За командою з ЕОМ (7) встановлюється вихідний напрямок блока датчиків температури в заданих у вертикальній площині напрямках. Потім за командою з ЕОМ (7) за заданою програмою послідовно через визначені інтервали часу одночасно для всіх чотирьох датчиків температури вимірюється температура повітря і за виміряними даними обчислюються необхідні коефіцієнти анізотропії повітря для одержання часових та інших залежностей величини КT . Часові інтервали, через які зчитуються показання датчиків температури, визначаються інерційністю датчиків. Як датчики температури повітря можуть бути використані найрізноманітніші елементи (резистори, термістори і багато інших в залежності від цілей проведених вимірів). Як резисторні датчики можуть бути використані дротові (з золота, платини, міді й інших металів), а також на іншій основі. Як випливає з вищесказаного і Фіг.3, пропонований спосіб, по-перше, дозволяє проводити вимірювання анізотропії температури атмосфери в тих випадках, коли дистанційні способи виявляються непридатними (наприклад, у поверхні Землі), подруге, пропонований спосіб дає можливість одержувати більш надійні результати оцінки анізотропії, оскільки, по-перше, вимірюється температура атмосфери безпосередньо термометром, причому, прямо для заданих напрямків, для яких обчислюється коефіцієнт анізотропії, крім того, пропонований спосіб дозволяє вимірювати миттєві значення анізотропії температури повітря, що виключає вплив часових флуктуацій температури повітря на вимірювану анізотропію повітря. Пропонований спосіб дозволяє одержувати якісно нові відомості про анізотропії температури - дозволяє вимірювати анізотропію температури повітря 7 85413 окремо для вертикальної складової швидкості молекул, а також для горизонтальної складової Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 швидкості молекул і для будь-якого кута місця, причому, одночасно. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601