濕度脈動(dòng)測(cè)定原理

利用紅外線和紫外線吸收的濕度脈動(dòng)測(cè)量?jī)x器主要有紅外濕度儀(利用水汽對(duì)紅外輻射吸收的原理)、紫外濕度儀(利用水汽對(duì)紫外輻射吸收的原理)和微波折射儀(利用微波折射與溫度的相互關(guān)系)三種不同的類型。

紅外濕度儀是通過(guò)兩個(gè)相鄰波長(zhǎng)的紅外傳輸?shù)牟顒e測(cè)量濕度的，一個(gè)波長(zhǎng)位于水汽高吸收區(qū)，另一個(gè)位于水汽吸收可以忽略的區(qū)域，傳輸路徑長(zhǎng)度典型值為0.2～1.0m，光束通常用一個(gè)機(jī)械的斬波器作調(diào)制，以獲得探測(cè)信號(hào)的高增益放大。在可利用的紅外濕度儀中有開(kāi)路型(open-path)和閉路型(closed-path)兩種類型，作為開(kāi)路型的分析儀，被應(yīng)用的主要有Ohtaki和Matsui(1982)開(kāi)發(fā)的碳素氣體一水汽脈動(dòng)儀(Advanet制造)、伊藤和小澤(1988)開(kāi)發(fā)的設(shè)備(Kaijo制造)、CSIRO的Hyson和Hicks(1975)開(kāi)發(fā)的設(shè)備等幾種類型。開(kāi)路型的分析儀在長(zhǎng)周期觀測(cè)過(guò)程中的穩(wěn)定性方面存在問(wèn)題，但CSIRO的紅外濕度儀放棄了長(zhǎng)周期的思路，而采用通過(guò)光的瞬間值與平均值的比與比濕脈動(dòng)成比例的原理制成，而且是使用普通的小燈泡光源的簡(jiǎn)單裝置。閉路類型的紅外濕度分析儀主要有LI-6262和LI-7000等具有優(yōu)良性能和穩(wěn)定性的測(cè)量?jī)x器。

濕度脈動(dòng)的測(cè)定主要有兩種不同類型的儀器。其一是與空氣直接接觸類型的儀器(如干濕球溫度計(jì)、容量型濕度計(jì)等)，其二是利用紅外線或紫外線吸收類型的儀器。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)榍罢叩念l率響應(yīng)能力不足，多數(shù)情況下需要對(duì)高頻成分進(jìn)行修正。例如，在利用細(xì)線熱電偶干濕計(jì)時(shí)，由于濕球的響應(yīng)特性差，所以基于感應(yīng)部位的熱交換關(guān)系，常用通過(guò)信號(hào)微分改善響應(yīng)的方法。但是因?yàn)樵诟哳l一側(cè)如果加人噪音(noise)等，會(huì)造成過(guò)度修正，此外，由于干球和濕球的響應(yīng)存在差異，因此在前期處理階段有必要進(jìn)行校準(zhǔn)。容量型濕度計(jì)(visara型)作為相對(duì)濕度的測(cè)定設(shè)備，在響應(yīng)上也存在問(wèn)題，同時(shí)一旦有臟物和浮塵等粘附，濕度計(jì)就不能顯示正確的數(shù)值，因此在測(cè)定平均值時(shí)通常被放在防護(hù)幕內(nèi)。但在湍流測(cè)定時(shí)，因?yàn)椴荒苁褂梅雷o(hù)幕，必須進(jìn)行頻繁的保養(yǎng)。不管怎樣，即使在不得已而使用響應(yīng)性差的設(shè)備條件下，通過(guò)BP渦度相關(guān)法(bandpass covariance method)的通量修正也是可能的。

紫外濕度儀是利用水汽對(duì)紫外線的吸收特性制作的，是一種利用細(xì)線熱電偶制作的干濕球溫度計(jì)然而，用干濕球溫度計(jì)測(cè)定湍流脈動(dòng)時(shí)，因濕球被暴露，容易臟污，還需要及時(shí)補(bǔ)給水分，清理和維護(hù)工作量大，不適合用于長(zhǎng)期的通量觀測(cè)。利用紫外線的濕度儀，其光源有利用氫放電管的(Lyman-ce濕度計(jì))和利用氪球(氪濕度計(jì))的兩種類型，紫外線與紅外線相比，因水汽吸收大，故間距可以做得短些(2～3 cm)，但Lyman-α濕度計(jì)存在光源壽命短和穩(wěn)定性差等問(wèn)題，氪濕度計(jì)雖然對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，但在求水汽密度時(shí)需要?dú)鉁睾拖鄬?duì)濕度的平均值。 2100433B

脈動(dòng)流速有大有小，有正有負(fù)，為了比較不同點(diǎn)水流脈動(dòng)的強(qiáng)弱，常用脈動(dòng)流速的均方根來(lái)表示，稱脈動(dòng)強(qiáng)度。

為了應(yīng)用渦度相關(guān)法，有必要對(duì)風(fēng)速的垂直成分進(jìn)行分離測(cè)定。用于渦度相關(guān)法的風(fēng)速計(jì)要求具有能以10 Hz以上的高頻率測(cè)定出風(fēng)速的三維成分(u,v,w)的性能。其中特別重要的垂直風(fēng)速(w)與水平風(fēng)速(u,v)相比小得多，因此要求儀器有較高的分辨率，同時(shí)在野外能夠連續(xù)觀測(cè)、具有較高的耐候性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。現(xiàn)在完全滿足這些條件、最值得信賴的儀器只有三維超聲風(fēng)速計(jì)。三維超聲風(fēng)速計(jì)是利用超聲波在空氣中的傳播速度隨風(fēng)速而變化的原理，測(cè)定發(fā)生器和接收器之間超聲波的到達(dá)時(shí)間來(lái)計(jì)算風(fēng)速。具體地說(shuō)，就是在發(fā)生器和接收器相對(duì)方向內(nèi)置一對(duì)聲響元件(發(fā)送接收器)，交互地發(fā)送和接收聲音脈沖信號(hào)。

1、長(zhǎng)期穩(wěn)定，重復(fù)性好

2、環(huán)境溫度和濕度測(cè)量功能

3、具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢功能

4、測(cè)量范圍寬、精度高

5、抗污染

6、測(cè)量時(shí)間短

7、體積小、重量輕

8、壓力、流量等都是數(shù)字式