Тема2-6_Радиационные гигрометры

2.6. Радиационные гигрометры.
Известно, что каждый газ имеет полосу поглощения.
Самая глубокая полоса поглощения водяного пара имеет
максимум на длине волны λ = 694,383нм – в ближней ИК
области.
Если на расстоянии
принятое излучение
l от источника находится приемник света, то
J определяется законом Бугера-Ламберта:
J  J0  e
k
a
 k  l a
- массовый показатель поглощения
- абсолютная влажность воздуха.
(2.6.1)
k   м 2 / кг 
,
2.6. Радиационные гигрометры.
J0
J
Фотоприемник
l
Рис. 2.6.1.
Собрав установку, показанную на рис. 2.6.1., можно измерить
абсолютную влажность воздуха.
2.6. Радиационные гигрометры.
Тогда чувствительность такого гигрометра:
dJ
S
  J 0 k   l  e  k  l a
da
S
(2.6.2)
l
Зависимость
S (l )
имеет максимум. Найдем его из условия:
dS
  J 0 (k  e  k l a  (1)k  l  k  a  e  k l a ) 
dl
  J 0 k e  k la (1  k la )
dS
0
dl
(2.6.3)
2.6. Радиационные гигрометры.
dS
  J 0 k e  k la (1  k la )
dl
1.
2.
Возможны два решения:
 k  l a
0
 l 
1  k la  0
 l 1
e
k  a
Подставив реальные значения влажности, получим:
l  2,5км
l
Поэтому значение
выбирают меньше, заведомо
понижая чувствительность метода.
(2.6.4)
2.6. Радиационные гигрометры.
Погрешности радиационных гигрометров.
1. Влияние селективно поглощающих газов с полосой
поглощения, близкой к Н2О (прежде всего, углекислый газ СО2).
Путь уменьшения: принцип «мухи и слона».
2.6. Радиационные гигрометры.
CO2
Фотоприемник
Рис. 2.6.2. Углекислотный фильтр.
Основное поглощение излучения углекислым газом происходит в
фильтре. Небольшие вариации СО2 в атмосфере не оказывают
влияния.
2.6. Радиационные гигрометры.
2. Влияние неселективно поглощающих примесей – аэрозолей.
Путь уменьшения: применение двух лазеров с
различными длинами волн.
1
2
CO2
CO2
J1
J2
Фотоприемник
1
Фотоприемник
2
1 - в полосе поглощения Н2О.
2 - вне полосы поглощения Н2О, но рядом с ней.
Тогда отношение
J1
зависит только от содержания водяного пара.
J2
2.6. Радиационные гигрометры.
3. Влияние паразитных источников излучения.
Путь уменьшения – модуляция (прерывание) сигнала (см.
раздел 1.10). В данном случае можно применить
импульсный лазер с известной частотой импульсов.
Достоинства радиационных гигрометров.
1. Полное отсутствие инерции.
Недостатки радиационных гигрометров.
1. Необходимость достаточно протяженной базы.
2. Сложность изготовления и высокая стоимость.