通量分析儀簡介

二氧化碳和水汽濃度的測定，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。市場上有幾個型號的產(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)的輻射吸收來測定二氧化碳和水汽密度(或濃度)。具體來說是利用測定光源和受光部之間的輻射吸收率來計算所測氣體的密度。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。

開路式的紅外分析儀如同超聲風速計一樣，其測定光路被暴露在空氣中，用10 Hz以上的頻率測定空氣中二氧化碳/水汽的密度脈動，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)直接測定湍流脈動的基本原理是利用紅外線光源將光束照射到二氧化碳/水汽的測定光路上，在另一方利用檢測器的鏡頭能聚集紅外線。檢測器是利用分光、透射、反射二氧化碳/水汽的吸收帶波長的干涉濾光器，測定出二氧化碳/水汽脈動的裝置。

目前最先進的二氧化碳/水汽測定儀為LI-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，可在復雜組成的氣體中分析二氧化碳/水汽的絕對密度。LI-7500探測器由紅外線光源、檢測器、4種波段的濾光片組合起來的截光器、透鏡、窗等部分組成。

使用開路分析儀進行通量測定時，由于其傳感器被長期放置在野外，會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行渦度相關(guān)測定的。閉路式分析儀是將空氣抽入分析儀的內(nèi)部進行測定，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)脈動衰減等原因與開路方式相比其時間響應(yīng)差些，但是因為其穩(wěn)定性好，也被廣泛應(yīng)用于通量觀測之中，市場上有各種各樣的分析儀，但被用于渦度相關(guān)測定中具有代表性的機型為Li-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，在樣品室測定對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)的快門交互進入兩個室，透過室的紅外線分成兩個方向，透過中心波長為2.6 μm和4.3μm波段的濾波器后，分別被檢測器測出其輻射強度。由樣品室與參比室透過輻射強度之比，分別算出CO₂和水汽在其吸收波長的透過率，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

通量

在流體運動中，通量表示單位時間內(nèi)流經(jīng)某單位面積的某屬性量，是表示某屬性量輸送強度的物理量。

輻射通量又稱輻射功率，指單位時間內(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）。它也是輻射能隨時間的變化率Φ=dQ/dt 。測量輻射通量的方法一般是由直流電置換輻射通量的等價置換原理進行的。

實際上，輻射源所發(fā)射的能量往往由很多波長的單色輻射所組成，為了研究各種波長的輻射能量，還須對單一波長的光輻射作相應(yīng)的規(guī)定。前面介紹的幾個重要輻射量，都有與其相對應(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）其中波長為λ的輻射通量與λ值有關(guān)?？傒椛渫繎?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)熱傳導方式的不同，熱通量分為傳導熱通量（傳導熱流密度）、輻射熱通量（輻射熱流密度）和對流熱通量（對流熱流密度） 對于不同的應(yīng)用，熱通量的名稱還有如：大地熱通量（也稱大地熱流密度，土壤熱通量），它是大地（土壤）中熱傳導方式的表述；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)生變化時吸收或放出的熱量通量。

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

測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量方法相同，除了其具有的優(yōu)點是熱阻/傳導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)實現(xiàn)對現(xiàn)有熱通量的現(xiàn)場測量，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)在為了進行校準，以涉及它們的輸出信號[μV]到熱通量值[W/(m²?K)]。一旦熱通量傳感器被校準，它就可以用來直接測量熱通量，而不需要罕見的熱阻或熱傳導值。