Термобатарея балансомера

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Стрибук Петр Васильевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термобатарея балансомера, состоящая изэлектрически последовательно соединенных термопреобразователей, каждый из которых выполнен в виде стержня, покрытого электроизолятором, поверх которого навита спиральная обмотка, имеющая на каждом ее витке две расположенные напротив друг друга термопары, отличающаяся тем, что стержни термопреобразователей выполнены из алюминиевого сплава, а электроизолятор выполнен из окиси алюминия. Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и является основным конструктивным элементом балансомера прибора, предназначенного для определения радиационного баланса, то есть интенсивности остаточной солнечной радиации деятельной земной поверхности. Известна термобатарея балансомера, состоящая из десяти термопреобразователей, каждый из которых выполнен в виде стержня из меди, покрытого электроизолятором из бу 56532009.10.30 маги. Поверх электроизолятора навита спиральная обмотка из константановой ленты. Половина каждого витка обмотки гальванически обмеднена, при этом начало и конец медного слоя являются расположенными напротив друг друга термопарами. Термопреобразователи термобатареи уложены в горизонтальной плоскости параллельно друг другу, а выводы обмоток соседних термопреобразователей электрически последовательно соединены между собой. Вся эта конструкция залита в специальной пресс-форме затвердевающим компаундом, для придания термобатарее балансомера плоской прямоугольной формы и для последующего создания на двух плоскопараллельных поверхностях компаунда под которыми находятся ряды расположенных напротив друг друга термопар, двух приемников солнечной радиации 1. Во время проведения измерений все виды солнечной радиации, приходящей к деятельной земной поверхности, нагревают приемную поверхность термобатареи балансомера, обращенную вверх, а все виды радиации, уходящей от деятельной земной поверхности, нагревают приемную поверхность термобатареи, обращенную вниз. Разность температур этих поверхностей создает на выходе термобатареи балансомера напряжение, пропорциональное радиационному балансу деятельной поверхности земли. При этом необходимо, чтобы в установившемся тепловом режиме часть тепла от более нагретых рядов термопар не передавалась по ленточным виткам обмотки к расположенным напротив менее нагретым рядам термопар, а через электроизолятор в большей степени отводилась бы стержнями термопреобразователей к корпусу балансомера. Количество тепла, переходящее от витков обмотки к стержням термопреобразователей, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности материала электроизолятора. В известной термобатарее балансомера электроизолятор сформирован из нескольких слоев тонкой, пропитанной шеллаком папиросной бумаги, коэффициент теплопроводности которой, согласно справочным данным, составляет 0,1 Вт/мК 2. Столь низкий коэффициент теплопроводности электроизолятора приводит к медленной передаче тепла от ленточных витков обмотки к стержням термопреобразователей. В то же время значительная часть тепла будет передаваться по ленточным виткам обмотки от более нагретых термопар к расположенным напротив менее нагретым термопарам, что уменьшает разность температур между расположенными напротив друг друга рядами термопар и, соответственно, выходное напряжение балансомера, так как термо-ЭДС двух термопар каждого витка направлены навстречу друг другу. Это снижает чувствительность термобатареи балансомера, что приводит к уменьшению точности измерений балансомера. Бумажные электроизоляционные слои, соединенные между собой и с теплоотводящими стержнями,могут со временем расслаиваться и отклеиваться. Это снижает надежность эксплуатации и срок службы термобатареи балансомера. Задачей полезной модели является увеличение чувствительности термобатареи балансомера, повышение надежности ее эксплуатации и увеличение срока службы. Поставленная задача решается тем, что в термобатарее балансомера, состоящей изэлектрически последовательно соединенных термопреобразователей, каждый из которых выполнен в виде стержня, покрытого электроизолятором, поверх которого навита спиральная обмотка, имеющая на каждом ее витке две расположенные напротив друг друга термопары, в отличие от прототипа стержни термопреобразователей выполнены из алюминиевого сплава, а электроизолятор выполнен из окиси алюминия. Электроизолятор из окиси алюминия, полученный на стержнях из алюминиевого сплава методом электрохимического окисления алюминия, имеет высокую адгезию к его поверхности, не отслаивается и не деградирует с течением времени, это приводит к повышению надежности эксплуатации балансомера и к увеличению срока службы термобатареи балансомера. Коэффициент теплопроводности окиси алюминия, согласно справочным данным, составляет 30 Вт/мК, что в 300 раз превышает коэффициент теплопроводности бумаги, из 2 56532009.10.30 слоев которой изготовлен электроизолятор в известной термобатарее балансомера 2. Это увеличивает скорость теплопроводных процессов более чем на два порядка и способствует быстрому уходу тепла от более нагретых термопар термобатареи через электроизолятор из окиси алюминия к стержням термопреобразователей и поэтому уменьшает количество тепла, приходящего к менее нагретым термопарам. Разность температур между расположенными напротив друг друга рядами термопар термобатареи и соответственно ее выходное напряжение увеличиваются. Все это обеспечивает увеличение чувствительности и снижение инерционности, что приводит к повышению точности измерений. Применение вместо меди алюминиевого сплава в качестве материала стержней позволяет получать на их поверхности электроизолятор из окиси алюминия методом электрохимического окисления алюминия. При этом в одном технологическом цикле можно получать необходимое количество деталей (стержней), входящих в состав термобатареи балансомера, что упрощает технологию изготовления, снижает трудоемкость и стоимость готовых изделий. На чертеже изображен поперечный разрез термопреобразователя батареи балансомера. Каждый термопреобразователь батареи балансомера содержит стержень 1, изготовленный из алюминиевого сплава. На его поверхности методом электрохимического окисления алюминия создан электроизолятор 2 из окиси алюминия толщиной 10-15 мкм,поверх которого навита спиральная обмотка 3 из константановой ленты размерами 0,80,03 мм. На половину каждого витка константановой обмотки 3 нанесено гальваническое покрытие 4 из меди толщиной 6-10 мкм, при этом начало и конец медного покрытия 4 являются медно-константановыми термопарами 5 и 6, расположенными на каждом витке обмотки 3 напротив друг друга. Термобатарея балансомера работает следующим образом. Балансомер закрепляется на метеорологической стойке таким образом, чтобы его термобатарея была расположена строго горизонтально относительно земной поверхности. Конструктивно термобатарея балансомера создана так, что суммарные термо-ЭДС всех верхних и нижних рядов термопар 5 и 6 направлены навстречу друг другу. Поэтому при нагревании их солнечным излучением сверху и излучением, отраженным от земли, снизу выходное напряжение термобатареи будет равно разности этих термо-ЭДС и, соответствовать радиационному балансу деятельной земной поверхности. Это напряжение поступает на вход измерительного прибора и регистрируется оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция термобатареи балансомера позволяет увеличить ее чувствительность, что способствует повышению точности измерений балансомера, повысить надежность эксплуатации и срок службы термобатареи балансомера, а следовательно, и самого балансомера. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3