Pull to refresh

Comments 88

Если верить гуглу, то влияет. Однако в сравнении с температурой воздуха — мизерно.
Что-то как-то сомнительно, что мизерно влияет. По крайней мере, на затухание влажность сильно влияет, звук распространяется намного дальше, что-то мне подсказывает, что и на скорость должно влиять, эффективный упругий модуль растёт наверняка (хотя и плотность тоже растёт).

Средняя молекулярная масса влияет. Но вода составляет небольшую часть массы воздуха, по этому влияет не сильно.
На затухание влияет дисперсия молекулярной массы, а так же образование/испарение капелек воды.
Скорость звука v = sqrt(c/rho), где c — упругий модуль, а rho — плотность. Поэтому всё влияет и масса и «упругость». Обратный эффект (воздух в воде) совершенно потрясающий (отсюда):


То есть 0.01% воздуха в воде меняют скорость почти в два раза. Возможно в газах всё по другому, чем в жидкостях, поэтому я и спрашиваю.
В идеальном газе скорость звука практически равна средней скорости движения молекул — то есть пропорциональна корню из температуры и обратно пропорциональна молекулярной массе (этот эффект проявляется, если подышать гелеем/водородом или элегазом).
Насыщенный пар конечно не идеальный газ, но обычно влажность меньше 100%, да и самого пара гораздо меньше, чем воздуха.
Групповая скорость в среде как известно корень из dP/dRo (производная от давления по плотности)
Просто вода практически несжимаема, при добавлении чуть-чуть пузырьков газа сжимаемость вырастает на порядки и скорость звука в середе резко падает.
Все просто, но в данном случае не пузырьки воздуха в воде а пары воды в воздухе и резкой зависимости не будет.
Получается, что определив температуру воды при помощи контактного датчика (для вычисления компенсации, так как скорость звука зависит от температуры воды) и измерив ультразвуковым способом скорость звука в воде, можно определить количество растворенного в ней воздуха?
Поправка, не растворенного воздуха, а количества микропузырьков. Растворенный воздух на сжимаемости сказывается мало, зато пузырьки — кардинально.
Да, наверное можно, не думаю только что точность будет хорошая.
интересно, а корреляция с влажностью будет? Интересно можно ли имея показания например лазерного термометра и этого определять какие-либо другие характеристики воздуха в комнате.
Лазерных термометров не бывает. То, о чем вы говорите называется хотя бы инфракрасный термометр или пирометр. При этом пирометр — не обязательно инфракрасный.
он все-же инфракрасный. Работает на длинах волн 1.4мкм-0.7мкм(высокотемпературные) это что ни на есть самый настоящий диапазон ИК излучения.
не физик, но вроде вода — не газ
Есть у океанологов зонды обратного рассеяния ультразвука, которые определяют скорость течений на разных глубинах. Так вот в записях с этих зондов имеется и кривая температуры. Не уверен, правда, что там не стоит обычный термометрический датчик, как в CTD-зонде… Надо будет поинтересоваться у океанологов.
Круто. Интересно, что меряется, по сути, усредённая температура измеряемого объёма, а не температура в конкретной точке, что тоже плюс.

Было бы круто ещё придумать как мерить температуру на улице, скажем. У меня вот перед окном никаких объектов в радиусе 30 метров нету, поэтому такой трюк не прокатит…
Если нельзя, но очень хочется — то можно.
Только нужно взять два ультразвуковых сонара и разместить их за окном на правой и на левой части окна так, что бы они смотрели друг на друга.
Одним будем передавать, а другим принимать. Так можно избавиться от влияния переотраженного эха. Но к сожалению в двое уменьшиться пробег звука, что скажется на точности.
Спасибо за интересную статью!
У датчика дальность около 7м, если не ошибаюсь? Возможно у многих получится направить его с окна вниз, на землю, или вбок на близлежащий балкон. На землю наверное нехорошо — снег, прохожие и т.д. будут мешать.
Дерево надо посадать, к нему прикрутить скворечник (заодно доброе дело), на него солнечные батареи и сонар, дома принимать сигнал
Средняя температура по больнице? Нет, не слышал.
Первое — формула справедлива лишь для идеальных газов.
Второе — понятие средней температуры нет в принципе.
Третье — вообще говоря значение показателя адиабаты зависит, как от температуры так и от давления и определения его значения нетривиальная задача.
Поэтому большая погрешность и скорей всего, для разных газов будут свои приколы.

п.с а вообще задумка неплохая, круто!
Что значит нет понятия средней температуры? Конечно есть!

Берём физически малый объём. Смотрим среднюю кинетическую энергию молекул там. Берём другой объём рядом, считаем температуру там. И так далее. Потом усредняем. Чем не средняя температура?
А в чём дело? Поясните.

Только что посмотрел, автор-то не употреблял вообще понятия «средняя температура». К чему вы это написали вообще?

Вас не смущает даже тот факт, что температура неаддитивная физ. величина?

upd: к тому же температур, как интенсивная величина вообще не зависит от размеров системы и то что Вы собирайтесь сделать будет прикольно.

п.с. ответ одному из комментаторов был, а не автору. (Psychosynthesis… усредённая температура измеряемого объёма… ")
А при чём тут аддитивность? Или когда мы считаем среднюю скорость молекул мы считаем какую-то относительную скорость? Среднее не связано со сложением температур никак.
Что значит температура не зависит от размера системы? Температура может быть разной в разных точках системы. Может вы и с этим не согласны?
Температура во всех точках системы одинакова, если это не так — то терм.динам. равновесие не достигнуто и идёт какой-то процесс (к примеру теплообмен) и как вы собирайтесь мереть температуру тела, которая изменяется?
А по-вашему в комнате не идут процессы теплообмена? :)
В реальности температура постоянно изменяется в комнате. Мы берём среднее как ожидаемый результат — температуру после установления равновесия.
пусть будет средняя температура… мне просто, как физику не нравится такое определение. Его сложно понять, простить и осмыслить.
А в чём проблема измерить температуру, которая изменяется? Мы же меряем в конкретный момент времени.
Может, чего-то не понимаю, но так и не увидел сложностей.
UFO landed and left these words here
Возможно, чуть более корректным термином в данном контексте была бы «эффективная температура». Хотя, не могу представить, у кого бы возникла проблема с пониманием средней.
Стоп, давайте определимся, мы обсуждаем возможность измерения температуры в какой-либо точке или корректность введения темепературы как таковой, для случая, когда она меняется от точки к точке?
А как вы измеряете среднюю скорость едущего автомобиля, средний расход топлива и еще миллиард разных средних параметров? Чем так принципиально отличается температура?
По определению температура — средняя кинетическая энергия. То есть среднюю температуру можно считать усреднив кинетическую энергию молекул по нескольким телам.
Кстати, если принять поправки теории относительности, то равновесие достигается не при равенстве температур. В точках с большим гравитационным потенциалом равновесная температура будет чуть выше. ;-)
А можно подробностей по второму утверждению?
Возьмем две абсолютно черные пластины и поместим их одну над другой в сильном гравитационном поле.
Они достигнут термодинамического равновесия путем обмена излучением (фотонами).
Но энергия фотона, который летит вниз увеличивается, а летящего вверх — уменьшается. То есть если пластины имеют одинаковую температуру, верхняя будет остывать, а нижняя — нагреваться.
Со вторым законом все в порядке — нагревшись пластина тяжелеет, и что бы совместить пластины на одном уровне придется затратить дополнительную энергию.
Спасибо за ликбез! А книжку по данному вопросу не посоветуете?
Не знаю, на каком-то форуме находил. Там вполне серьезные физики общались.
Вообще-то, температура воздуха в помещении в разных точках может отличаться на градусы. А может и на десятки, в зависимости от состояния окон.
Поэтому те же термометры и датчики температуры калибруют и поверяют в жидкости с активной мешалкой. А фраза «температура в комнате 25 градусов» вообще ниочем
Понятие «неаддитивной физ.величины» введено в госте, и все определения, по всему инету, с этого госта скопированы. Я может чего-то не понимаю, объясните, пожалуйста, чем «усреднённая температура» так вас задела и что в этом принципиального.

Скажем, судя по той же википедии, «аддитивная физ.величина» это, например, длина. Так вот чем принципиально, скажем, средняя длинна деревьев в лесу, отличается от средней температуры воздуха в комнате, с точки зрения физического смысла?
Физический смысл в случае работы автора: скажем, предполагая, что получаемое значение температуры распределено нормально, среднее будет немного смещённой оценкой среднего — параметра распределения.
Физический смысл в случае среднего разных физических объёмов: если перемешать объёмы и привести их в состояние равновесия, полученная температура будет средней температур первоначальных объёмов.

upd: вы не мне, кажется. Извиняюсь.
вот именно, что не чем. И когда на Вас будет падать дерево длиной L или 2L а в среднем это 1.5L больнее всё таки будет во 2-м случае!
Когда на вас падают миллионы деревьев ежесекундно, вы не успеете даже различить, где дерево 2l, а где 1.5l.
Можно конвертировать температуру в длину с помощью ртутного градусника :)
1) Для того, чтобы брать среднее от величины, её аддитивность точно не требуется. Простейший пример — средняя плотность какого-л. неоднородного материала. Так что нет никакого кощунства в том, чтобы каким-либо способом ввести понятие средней температуры. Более того, для некоторых таких средних можно будет установить простой физический смысл.

2) Что касается зависимости показателя адиабаты от давления и температуры — то для атмосферного воздуха в интересубщем диапазоне температур и давлений можно считать его постоянны. Насчет влияния влажности так сходу не скажу, но наверняка оно тоже мало.

UFO landed and left these words here
Ширина оконного проёма не меньше метра. На него-же и нацеливать.
Можно выставить сонар на палке и направить его на собственную стену или окно.
Сделай мишень сверху окна, а снизу датчик. Или наоборот.
Или вынести датчик на штанге и измерять расстояние до поверхности окна. 50 сантиметров может и хватит.
Насколько я помню, формула применяется в радио-акустическом зондировании атмосферы. Там небо подсвечивают звуковым импульсом и используют этот импуль как своего рода зеркало, которое отражает радиосигнал. Антенны ловят отражённый от звуковых волн сигнал по мере движения звука вверх. После обработки получается профиль температуры (до 1.5 км).
Вот именно что профиль, а не средняя температура по объёму.
Ну, звуковой импульс имеет пространственное разрешение. Используется эффект дифракционной решётки от разных уплотнений в звуковой посылке. Получается, что мы измеряем температуру в объёме этой посылки. Она размером с дом наверное будет, а может и больше.

Представить метод РАЗ можно следующим образом. Берёте компакт диск и лазерную указку. Снизу подсвечиваете лазером диск, у которого отражающая поверхность к лазеру обращена. Диск как и посылка поднимается верх. Рядом с лазером будут дифракционные максимумы, т.к. диск представляет собой отражательную дифракционную решётку. В отражённом луче есть информация о скорости звуковой волны из-за эффекта Доплера.
Прикольно, нестандартно. Сразу вспомнил 20 способов измерения высоты башни с помощью барометра.
Интересно было бы услышать продолжение статьи в духе «Метеостанция на одном ультразвуке». Измерение температуры, влажности и скорости ветра с помощью ультразвуковых датчиков. Так же интересно, как отличается точность у подобных сенсоров в отличии от тех, что используются в автомобильных парктрониках (влаго-пыле защищённый вариант).
На счет влажности не уверен, а вот измерять скорость ветра ультразвуком можно достаточно точно. Главное поправку на температуру взять.
… а как измерить им температуру мы уже знаем
Не подходит для улицы, тк там бывает ветер. Но зато с помощью аналогичного прибора можно измерять скорость и направление ветра одновременно (одним устройством, в т.ч. в 3D) — ultrasonic anemometer. Без механических частей, в отличие от обычных анемометров:
image

Схема как в посте уже предлагали — для каждой оси приемник напротив передатчика.
Есть даже проект по созданию собственного на ардуинке:
image
как раз тоже писал, что не сработает на улице и вообще это классный способ измерять скорость ветра )). Только не понятно, куда массово такие датчики ветра девать.
Любопытно… а на хабре статья была или просто на просторах инета? Про реализацию на ардуине?
Как раз думал про анемометр для своей метеостанции…
Картинки кликабельны, там есть ссылки на исходники и архив с руководством по сборке и фотографиями процесса.
На хабре статьи про ультразвуковые анемоментры не видел.
Хм, вот и идея надо запилить и статью написать)
Да, будет круто, особенно если упростите и удешевите конструкцию (в том числе используемые микросхемы)
UFO landed and left these words here
А точность-то термометром проверяли? Мне, почему-то, кажется, что у этих дальномеров погрешность измерения плавает больше, чем измеряемое изменение скорости звука.
Когда собирал в свое время машинку-робота на Arduino, благодаря сонарам была достигнута точность позиционирования 1мм (чтобы измерить точнее — не было инструментов). Правда, чем ближе, чем сложнее правильно интепретировать данные с сонара… Но на мой взгляд — это очень точно. Не знаю, правда, как провести параллель к рассматриваемой задаче в посте.

Мало того, делали машинку со знакомым физиком, и с помощью сонаров научили объезжать препятствия — машинка не только видела само препятствие, но и обстановку вокруг него. В итоге машинка на скорости проезжала трассу со случайным образом выставленными препятствиями, не задевая их =)
А с котом что? Говорят, эти сонары абсолютно не видят кота и наезжают на него.
Это типа проблемы самого кота не спать на пути таких машинок.
Робот не должен причинять вред человеку, а кот — тоже человек!
Чтобы хорошо отражалось, поверхность должна быть более-менее плоской, шесть по идее плохо звук отражает, больше рассеивает.
Вот именно с такими же сонарами? У меня есть HC-SR04, например, так там измерения плавают в диапазоне ±10см, если не больше.
HC-SR04
Диапазон измерения расстояния: 2–400 cm
Разрешение: 0.3 cm

отсюда

Дополнительная погрешность зависит от точности измерения временного интервала
Нет, использовали более серьезные промышленные датчики (название, если потребуется, могу посмотреть): точность до 1мм, возможность перекрестного измерения расстояний 4мя сонарами (кодовое разделение каналов, кажется), выбирали по этим параметрам =)
>> газовая постоянная
Постоянна, если пришли с утра люди на работу и надышали?
За «не шаблонность» конечно респект!

Я вот думаю (выше, тоже вскользь упоминалось), что состав воздуха тоже будет иметь значение.
И не только влажность, а например, и концентрация СО2.

Но! От обратного, имея датчик температуры и влажности, можем ли замерять уровень того же СО2?
Ну уж если концентрация СО2 (или любого другого газа) станет такой, что это повлияет на показания, температура вас будет интересовать в последнюю очередь…
Чистый воздух — 0,03% СО2, допустимая норма для помещения 0,12%. В процентном соотношении не впечатляюще, но вот на физические параметры воздуха может и заметно повлиять. Так же, в помещении увеличение СО2, вызванное дыханием и отсутствием вентиляции, неминуемо приведет к уменьшению кислорода, что тоже будет влиять…
Я поверю, что датчик сможет засечь изменение состава газа кардинально: вынули из чистого азота, засунули в чистую углекислоту. Но чтобы изменение на десятую процента повлияло на показания — сомневаюсь.
Я вовсе не настаиваю, что обязано повлиять, самому интересно. Но исходя, из того, что физические параметры газов очень разные, возможно даже доли процента могут быть отслежены таким способом, теоретически…
То же «глобальное потепление из-за парникового эффекта» (далеко не однозначно) — доли процента, а эффект какой.
Скорость звука обратно пропорциональна молекулярной массе. Не сложно посчитать.
Точно. Этого я в комментарии ниже не учел. Но всё равно изменения очень маленькие.
Так изменения температуры тоже очень маленькие. В комнате 300 К, заявленные полградуса — это 0,15%.
Теоретически, конечно, определять по скорости звука показатель адиабаты, и из него оценивать концентрацию CO2. Но:
1) для этого требуется независимое точное измерение температуры
2) надо понимать, что показатель адиабаты будет меняться примерно в пятом знаке после запятой. т. е. малейший градиент температур в комнате уже заведомо перекроет собой это изменение.
Отлично. Если объединить с инерционным термометром то можно убрать инерционность, при этом сохранив точность.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.