Термопреобразователь пиранометра

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Казеев Юрий Иванович Кривонощенко Владимир Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термопреобразователь пиранометра, содержащий расположенные на теплоотводящей опоре и соединенные между собой электроизолирующий слой, термобатарею и приемник солнечной радиации, отличающийся тем, что электроизолирующий слой выполнен на теплоотводящей опоре из окиси алюминия. Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии и является основным конструктивным элементом пиранометра, предназначенного для измерения солнечной рассеянной, отраженной и суммарной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность. Известен термопреобразователь пиранометра, содержащий приемник солнечной радиации, термобатарею и электроизолирующий слой, соединенные между собой и установленные на выступы теплоотводящей опоры из алюминиевого сплава 1. Термопары термобатареи, имеющей квадратную форму, выполнены методом последовательной пайки или точечной сварки чередующихся между собой ленточных отрезков из манганина и константана толщиной 30-40 мкм, соединенных в виде меандра. К ленточной термобатарее с верхней и нижней стороны для придания ей плоской формы наклеены тонкие слои из папиросной бумаги, имеющие форму квадрата. Эта композиция с верхней стороны покрыта слоем белой матовой краски. На слое белой краски в шахматном порядке нанесены черной матовой краской участки квадратной формы. Эти слои краски являются приемни 34382007.04.30 ком солнечной радиации. Конструктивно термобатарея выполнена таким образом, что каждая из ее соседних термопар находится либо под черным квадратным участком, нагреваемым солнечной радиацией, либо под белым, слабо нагреваемым квадратным участком приемника солнечной радиации. При установке собранной термобатареи на теплоотводящую опору нижний бумажный слой является электроизолирующим и находится между ленточным меандром термобатареи и выступами теплоотводящей опоры, которые расположены точно посередине между нагреваемыми и слабо нагреваемыми термопарами. При этом необходимо, чтобы в установившемся тепловом режиме тепло от нагреваемых термопар в большей степени отводилось бы через электроизолирующий слой выступами теплоотводящей опоры и в меньшей степени передавалось бы к слабо нагреваемым термопарам по ленточным отрезкам термобатареи. За счет этого обеспечивается разность температур между соседними термопарами и возникает термо-ЭДС. Количество тепла, отводимое выступами теплоотводящей опоры, пропорционально коэффициенту теплопроводности электроизолирующего слоя. В известном термопреобразователе пиранометра электроизолирующий слой выполнен из тонкой, пропитанной шеллаком папиросной бумаги, коэффициент теплопроводности которой, согласно справочным данным, составляет 0,1 Вт/мК 2. Столь низкий коэффициент теплопроводности электроизолирующего слоя приводит к медленной передаче тепла от нагреваемых солнцем термопар термобатареи к выступам теплоотводящей опоры. При этом часть тепла, передаваемая к слабо нагреваемым термопарам, возрастает, что уменьшает разность температур между соседними термопарами и, соответственно, выходное напряжение пиранометра. Это снижает чувствительность и точность измерений пиранометра, увеличивает его инерционность. Нижний бумажный электроизолирующий слой, соединенный при помощи клея с термобатареей и с теплоотводящей опорой, со временем может от них отклеиваться. Это снижает надежность эксплуатации и срок службы термопреобразователя пиранометра. Конструкция известного термопреобразователя пиранометра довольно трудоемка и нетехнологична в изготовлении, что способствует низкой повторяемости результатов измерений выходного напряжения и приводит, соответственно, к низкой повторяемости основных технических характеристик пиранометра. Таким образом, все указанные недостатки снижают чувствительность и срок службы,повышают трудоемкость изготовления термопреобразователя, что снижает точность измерения и надежность эксплуатации пиранометра, увеличивает его инерционность. Задачей полезной модели является увеличение чувствительности и срока службы, снижение трудоемкости изготовления термопреобразователя, что способствует повышению точности измерений и надежности эксплуатации пиранометра, снижению его инерционности. Поставленная задача решается тем, что в термопреобразователе пиранометра, содержащем расположенные на теплоотводящей опоре и соединенные между собой электроизолирующий слой, термобатарею и приемник солнечной радиации, в отличие от прототипа электроизолирующий слой выполнен на теплоотводящей опоре из окиси алюминия. Электроизолирующий слой из окиси алюминия, полученный на теплоотводящей алюминиевой опоре методом электрохимического окисления алюминия, имеет высокую адгезию к ее поверхности, не отслаивается и не деградирует с течением времени. Коэффициент теплопроводности окиси алюминия, согласно справочным данным, составляет 30 Вт/мК, что в 300 раз превышает коэффициент теплопроводности бумаги, из которой изготовлен электроизолирующий слой в известном термопреобразователе 2. Это увеличивает скорость теплопроводных процессов более чем на два порядка и способствует быстрому уходу тепла от нагреваемых термопар термобатареи через электроизолирующий слой из окиси алюминия к выступам теплоотводящей опоры и поэтому уменьшает количество тепла, приходящего к слабо нагреваемым термопарам. Разность 2 34382007.04.30 температур между соседними термопарами термобатареи и, соответственно, ее выходное напряжение увеличиваются. Все это обеспечивает увеличение чувствительности и срока службы термопреобразователя, повышение точности измерения и надежности эксплуатации пиранометра, снижение его инерционности. Выполнение электроизолирующего слоя из окиси алюминия методом электрохимического окисления алюминия позволяет получать в едином технологическом цикле большое количество деталей (теплоотводящих опор), входящих в состав термопреобразователя пиранометра. Это упрощает технологию изготовления, снижает трудоемкость и стоимость готовых изделий. На чертеже изображена схема термопреобразователя пиранометра. Термопреобразователь пиранометра содержит теплоотводящую опору 1 с выступами 2, изготовленную из алюминиевого сплава, на поверхности которой методом электрохимического окисления алюминия выполнен электроизолирующий слой 3 из окиси алюминия толщиной 10-20 мкм. К выступам 2 теплоотводящей опоры 1 присоединена термобатарея 4 с приемником 5 солнечной радиации. Теплоотводящая опора 1 плотно установлена на основании 6 пиранометра. Термобатарея 4 изготовлена в виде меандра квадратной формы методом последовательной пайки между собой ленточных отрезков из манганина и константана размерами 0,59 мм и толщиной 0,03 мм и последующего наклеивания на меандр тонкого слоя бумаги для придания ей плоской формы. Приемник 5 солнечной радиации выполнен в виде композиции из квадратных участков белой и черной глубоко матовой краски, расположенных в шахматном порядке, нанесенных на поверхность слоя бумаги, наклеенной на термобатарею 4. Каждая из соседних термопар термобатареи 4 находится либо под черным квадратным участком, нагреваемым солнечной радиацией, либо под белым, слабо нагреваемым квадратным участком приемника 5 солнечной радиации. При установке на теплоотводящую опору 1 термобатареи 4 ее ленточные отрезки плотно соединяются с помощью клея с электроизолирующим слоем 3, который за счет своей высокой теплопроводности обеспечивает хороший отвод тепла. Термопреобразователь пиранометра работает следующим образом. Пиранометр ориентируется горизонтально относительно земной поверхности таким образом, чтобы солнечное излучение падало на приемник 5 солнечной радиации термопреобразователя сверху. При этом термопары термобатареи 4, находящиеся под квадратными участками черной краски, нагреваются значительно больше, чем термопары под квадратными участками белой краски. Тепло от нагреваемых термопар будет всегда передаваться по ленточным отрезкам термобатареи 4 к ее слабонагреваемым термопарам. Однако, за счет высокой теплопроводности электроизолирующего слоя 3 основная часть этого тепла будет отводиться от ленточных отрезков термобатареи 4 выступами 2 теплоотводящей опоры 1 к основанию 6 пиранометра. Поэтому в процессе измерения пиранометром в установившемся тепловом режиме термопары, находящиеся под квадратными участками черной краски, всегда будут иметь большую температуру, чем термопары, находящиеся под квадратными участками белой краски. За счет разницы температур на выходе термобатареи 4 генерируется термонапряжение,пропорциональное величине солнечной радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов термобатареи 4 (на чертеже не показаны) подается на вход измерительного прибора и регистрируется оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция термопреобразователя позволяет повысить точность измерения и надежность эксплуатации пиранометра, снизить его инерционность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3