Озонозонди.

Одним з основних методів вимірювання озону в атмосфері є метод радіозондів. Як, правило, озонозонди являють собою приставки до мережевих радіозондів, виконаних у вигляді сукупності вимірювального перетворювача і вимірювальної схеми, призначеної для його сполучення з мережевим радіозондом. Перевага такого принципу побудови радіозондів є те, що одночасно з вимірюваннями параметрів озонного шару виходить інформація про вертикальний профіль метеорологічних елементів.

В залежності від принципу роботи вимірювальних перетворювачів озону зараз розрізняють оптичні, електрохімічні і хемілюмінесцентні озонозонди.

Оптичні озонозонди. Принцип дії оптичних озонозондів оснований на вимірюванні поглинання озоном ультрафіолетової сонячної радіації. Оптичні озонозонди вимірюють загальну кількість озону, який знаходиться в момент вимірювання в стовпі атмосфери над зондом. В процесі польоту оптичного озонозонда виходить вертикальний профіль загальної кількості озону . Шляхом чисельного диференціювання профілю може бути обчислена густина озону, а отже, і її вертикальний профіль.

Оптичний озонозонд являє собою двоканальний автоматичний ультрафіолетовий фотометр, який приймає сонячну радіацію в смузі поглинання озону на хвилі 0,310 мкм і поза цієї смуги на хвилі 0,369 мкм. Він складається з світлоприймача, виконаного з кварцового скла і оснащеного спеціальним осесиметричним екраном, який забезпечує постійність радіаційного потоку на приймач випромінення незалежно від кута падіння сонячних променів, світлофільтру, що відсікає видиму частину спектра сонячного випромінення, блоку змінних світлофільтрів, модулятора радіаційного потоку, приймача випромінення і мініатюрного електродвигуна, який приводить до дії механізм переключення експозицій і обертання лиску модулятора.

Монохроматична радіація, що виділяється відповідними світлофільтрами, попадає на приймач випромінення (як, правило, фоторезистор, чутливий до ультрафіолетової радіації). Приймач випромінення через вимірювальну схему (узгоджувальний пристрій) і комутатор, що є частиною часового механізму мережного радіозонду, з яким використовується озонозонд, підключається до вимірювального генератора цього радіозонда, викликаючи зміну частоти проходження від’ємних імпульсів. Оптичні озонозонди виконуються у вигляді приставки до мережевого радіозонду типу РКЗ-5, який використовується спільно з радіозондувальним комплексом «Метеорит-2».

Електрохімічні озонозонди. Принцип дії електрохімічних озонозондів оснований на використанні хімічної реакції між солями лужних металів (наприклад, KJ), озоном і водою:

,

в результаті якої з йодистого калію озон виділяє вільний йод. Якщо при цьому в розчин йодистого калію заглибити два електроди, до яких прикладена невелика (порядку десятих часток вольта) напруга, то при відсутності озону йоду в розчині не буде і струм в ланцюгу буде відсутній. З появою йоду струм в ланцюзі буде пропорційний кількості озону, що реагує з розчином йодистого калію.

Істотним недоліком електрохімічних озонозондів є необхідність строгого контролю кількості повітря, яка протікає над електролітом, що являє дуже важку задачу.

За описаним принципом побудовані, зокрема, американські озонозонди (осередки), які використовуються спільно зі стандартними радіозондами.

Хемілюмінесцентні озонозонди. Принцип дії хемілюмінесцентних озонозондів оснований на використанні люмінесценції (свічення) деяких речовин, наприклад, люміналу, родаміна та ін. під впливом озону. При цьому люмінесценція вказаних речовин тим сильніша, чим вища концентрація озону в атмосфері. Хемілюмінесцентні озонозонди, як і озонозонди інших типів, конструктивно виконуються у вигляді приставок до мережевих радіозондів. Вони являють собою первинний вимірювальний перетворювач, який перетворює озон у світловий потік. Основою хемілюмінесцентного озонозонда є люмінофор, що випускає світловий потік при контакті з досліджуваною атмосферою, приймач світлового випромінення, який приймає світловий потік, випромінений люмінофором, і насос, що прокачує повітря по поверхні люмінофора. При практичній реалізації такого озонозонда застосовуються спеціальні заходи з виключення контакту з поверхнями деталей і змазкою насосу з тим, щоб не змінити озонний склад повітря, яке прокачується. Прокачування повітря робиться з частотою в декілька герц, одночасно з цим з виходу приймача світлового випромінення вихідний сигнал подається на кодувальний пристрій мережевого зонду і далі передається звичайним порядком.

Чутлива речовина, зокрема родамін, виготовлюється шляхом змішування водного розчину родаміна з силікагелем і потім з гуміарабіком при температурі 200°С. Отриманий таким чином родамін має люмінесцентне випромінення, яке не залежить від вологості повітря, великий час живучості (не виявляє утоми при тривалих експозиціях). Такий родамін нелетучий, інтенсивність його люмінесценції лінійно залежить від кількості озону у повітряному потоці, що проходить. Крім того, він має відносно малий час інерції, тобто швидко реагує на зміну концентрації озону, а також є нечутливим до інших градієнтів атмосферного повітря (NO₂, SO₂, Cl та ін.).

Перед випуском озонозонд проходить калібрування у повітрі, що містить певну кількість озону. У зв’язку з малою частотою прокачування повітря вздовж поверхні люмінофора (декілька циклів за хвилину) вимірювання озону в процесі піднімання зонду проводяться дискретно з малою частотою, що відповідає декільком вимірюванням на 1 км траєкторії зонду.

Контрольні запитання:

1. Що являє собою озон?

2. Які атмосферні гази його поглинають, а які пропускають?

3. На якій висоті знаходиться основний шар озону?

4. В яких одиницях вимірюється озон?

5. Яким приладом можна виміряти кількість озону?

6. Що являє собою універсальний озонометр М-83?

7. Які довжини хвиль мають світлофільтри?

8. Що таке озонозонд?

9. Яких видів бувають озонозонди?

10. В чому полягає принцип дії оптичного озонозонда?

11. В чому полягає принцип дії електрохімічного озонозонда?

12. В чому полягає принцип дії хемілюмінесцентного озонозонда?

Дата добавления: 2015-10-13