通量分析儀閉路(closed-path)分析儀

使用開路分析儀進(jìn)行通量測(cè)定時(shí)，由于其傳感器被長(zhǎng)期放置在野外，會(huì)造成儀器的故障或精度的下降。因此在渦度相關(guān)法中，也有采用閉路分析儀進(jìn)行渦度相關(guān)測(cè)定的。閉路式分析儀是將空氣抽入分析儀的內(nèi)部進(jìn)行測(cè)定，所以使用分散型的紅外分析儀(NDIR)作為分析儀的本體，分析儀本體以外需要有氣泵和取樣管。盡管因管內(nèi)脈動(dòng)衰減等原因與開路方式相比其時(shí)間響應(yīng)差些，但是因?yàn)槠浞€(wěn)定性好，也被廣泛應(yīng)用于通量觀測(cè)之中，市場(chǎng)上有各種各樣的分析儀，但被用于渦度相關(guān)測(cè)定中具有代表性的機(jī)型為L(zhǎng)i-Cor公司的LI-6262型及繼其后推出的LI-7000型。

在LI-6262分析儀的內(nèi)部有樣品室和參比室，在樣品室測(cè)定對(duì)象的空氣以一定的速度流入，在參比室將利用藥品(蘇打石灰，過氯酸鎂)去掉CO₂和水汽的空氣封入，或利用不含CO₂和水汽的的N₂，以一定的流量通氣。從光源射出的紅外線由高速回轉(zhuǎn)的快門交互進(jìn)入兩個(gè)室，透過室的紅外線分成兩個(gè)方向，透過中心波長(zhǎng)為2.6 μm和4.3μm波段的濾波器后，分別被檢測(cè)器測(cè)出其輻射強(qiáng)度。由樣品室與參比室透過輻射強(qiáng)度之比，分別算出CO₂和水汽在其吸收波長(zhǎng)的透過率，將透過率代入關(guān)系式(校正曲線)再經(jīng)過室內(nèi)的氣壓和溫度校正就可以得到CO₂和水汽密度。 2100433B

開路式的紅外分析儀如同超聲風(fēng)速計(jì)一樣，其測(cè)定光路被暴露在空氣中，用10 Hz以上的頻率測(cè)定空氣中二氧化碳/水汽的密度脈動(dòng)，在其原理上最符合渦度相關(guān)法的技術(shù)要求，所以也被稱之為二氧化碳/水汽氣體分析儀。代表性的產(chǎn)品有美國(guó)的Li-Cor公司的 LI-7500 (0.12 m)，Data Design公司的OP-2(0.20 m)和日本的E009B(0.20 m)。

開路系統(tǒng)直接測(cè)定湍流脈動(dòng)的基本原理是利用紅外線光源將光束照射到二氧化碳/水汽的測(cè)定光路上，在另一方利用檢測(cè)器的鏡頭能聚集紅外線。檢測(cè)器是利用分光、透射、反射二氧化碳/水汽的吸收帶波長(zhǎng)的干涉濾光器，測(cè)定出二氧化碳/水汽脈動(dòng)的裝置。

目前最先進(jìn)的二氧化碳/水汽測(cè)定儀為L(zhǎng)I-7500紅外二氧化碳/水汽分析儀，它是高頻響、高精度的二氧化碳/水汽開路系統(tǒng)分析儀，可在復(fù)雜組成的氣體中分析二氧化碳/水汽的絕對(duì)密度。LI-7500探測(cè)器由紅外線光源、檢測(cè)器、4種波段的濾光片組合起來的截光器、透鏡、窗等部分組成。

二氧化碳和水汽濃度的測(cè)定，可以使用根據(jù)紅外線吸收原理制成的紅外二氧化碳/水汽分析儀。市場(chǎng)上有幾個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品，其原理是利用二氧化碳和水汽在紅外線域?qū)μ囟úǘ?二氧化碳4.3 FLM，水汽2.6RLm)的輻射吸收來測(cè)定二氧化碳和水汽密度(或濃度)。具體來說是利用測(cè)定光源和受光部之間的輻射吸收率來計(jì)算所測(cè)氣體的密度。這類儀器根據(jù)分析光路的配置方式大致可以分成開路式和閉路式兩種。

通量

在流體運(yùn)動(dòng)中，通量表示單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某單位面積的某屬性量，是表示某屬性量輸送強(qiáng)度的物理量。

輻射通量又稱輻射功率，指單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的輻射能，是以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率，單位為W（瓦），即1W=J/s（焦耳每秒）。它也是輻射能隨時(shí)間的變化率Φ=dQ/dt 。測(cè)量輻射通量的方法一般是由直流電置換輻射通量的等價(jià)置換原理進(jìn)行的。

實(shí)際上，輻射源所發(fā)射的能量往往由很多波長(zhǎng)的單色輻射所組成，為了研究各種波長(zhǎng)的輻射能量，還須對(duì)單一波長(zhǎng)的光輻射作相應(yīng)的規(guī)定。前面介紹的幾個(gè)重要輻射量，都有與其相對(duì)應(yīng)的光譜輻射量，光譜輻射量又叫輻射量的光譜密度，是輻射量隨波長(zhǎng)的變化率：

Φ(λ)=dΦ/dλ （1）

單位為W/μm（瓦每微米）,或W/nm（瓦每奈米）其中波長(zhǎng)為λ的輻射通量與λ值有關(guān)。總輻射通量應(yīng)該是各譜段輻射通量之和或輻射通量的積分值。

人眼感受到的輻射通量稱為光通量。

依據(jù)熱傳導(dǎo)方式的不同，熱通量分為傳導(dǎo)熱通量（傳導(dǎo)熱流密度）、輻射熱通量（輻射熱流密度）和對(duì)流熱通量（對(duì)流熱流密度） 對(duì)于不同的應(yīng)用，熱通量的名稱還有如：大地?zé)嵬浚ㄒ卜Q大地?zé)崃髅芏?，土壤熱通量），它是大地（土壤）中熱傳?dǎo)方式的表述；感熱通量是物體在加熱或冷卻過程中，溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài)所需吸收或放出的熱量通量；潛熱通量是物質(zhì)發(fā)生相變（物態(tài)變化）且溫度不發(fā)生變化時(shí)吸收或放出的熱量通量。

熱通量的測(cè)量可以以幾種不同的方式進(jìn)行。通常已知但通常不切實(shí)際的方法是通過測(cè)量具有已知導(dǎo)熱率的一塊材料上的溫差來進(jìn)行的。這種方法類似于測(cè)量電流的標(biāo)準(zhǔn)方法，其中測(cè)量已知電阻上的電壓降。通常這種方法很難執(zhí)行，因?yàn)楸粶y(cè)試材料的熱阻通常是未知的。為了確定熱阻，需要準(zhǔn)確的材料厚度和熱導(dǎo)率值。利用熱阻以及材料兩側(cè)的溫度測(cè)量，可以間接計(jì)算熱通量。

測(cè)量熱通量的第二種方法是通過使用熱通量傳感器或熱通量傳感器來直接測(cè)量傳遞到熱通量傳感器所安裝到的表面的熱量的量。最常見的熱通量傳感器類型是差示溫度熱電堆，其基本上與所提到的第一種測(cè)量方法相同，除了其具有的優(yōu)點(diǎn)是熱阻/傳導(dǎo)率不需要是已知的參數(shù)。由于熱通量傳感器能夠通過使用塞貝克效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有熱通量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，因此不必知道這些參數(shù)。但是，差熱電堆熱通量傳感器已經(jīng)在為了進(jìn)行校準(zhǔn)，以涉及它們的輸出信號(hào)[μV]到熱通量值[W/(m²?K)]。一旦熱通量傳感器被校準(zhǔn)，它就可以用來直接測(cè)量熱通量，而不需要罕見的熱阻或熱傳導(dǎo)值。