Термопреобразователь актинометра

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Казеев Юрий Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термопреобразователь актинометра, содержащий теплоотводящую оправу и приемник солнечной радиации, включающий диск и термобатарею с термопарами, образованными из концов последовательно соединенных между собой ленточных отрезков, уложенных в одной плоскости зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные и периферийные термопары образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца, причем центральные термопары примыкают к приемной поверхности диска, отличающийся тем, что на теплоотводящей оправе по окружности выполнена концентрическая канавка, к которой примыкает каждая из периферийных термопар. Фиг. 1 Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и является основным конструктивным элементом актинометра, который предназначен для измерения величины прямой солнечной радиации. Известен термопреобразователь актинометра, содержащий установленные в корпусе актинометра теплоотводящую оправу, приемник солнечной радиации, включающий диск с почерненной со стороны солнца приемной поверхностью, электроизолирующий слой и термобатарею. Теплоотводящая оправа выполнена из алюминиевого сплава в виде кольца,101672014.06.30 а диск - из фольги алюминиевого сплава. На поверхностях теплоотводящей оправы и диска методом анодного оксидирования созданы высокотеплопроводные электроизолирующие слои из окиси алюминия. Термопары термобатареи изготовлены методом пайки или точечной сварки обоих концов чередующихся между собой ленточных отрезков из манганина и константана длиной 7 мм и толщиной 3040 мкм. При этом ленточные отрезки уложены зигзагообразно в одной плоскости в виде кольца таким образом, что центральные и периферийные термопары образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца. Центральные термопары термобатареи через электроизолирующий слой присоединены к приемной поверхности диска, а ее периферийные термопары через электроизолирующий слой присоединены к теплоотводящей оправе 1. При измерении величины прямой солнечной радиации солнечное излучение нагревает центральные термопары термобатареи до температуры 1. При этом за счет конструкции актинометра ее периферийные термопары должны иметь температуру 2 окружающей среды и корпуса актинометра. ТермоЭДС центральных и периферийных термопар термобатареи актинометра всегда направлены навстречу друг другу, поэтому в установившемся при проведении измерений тепловом режиме выходное напряжение термобатареи актинометра пропорционально разности температурвсех ее центральных и периферийных термопар(1) ТТ 1-Т 2. При подключении к выходу термобатареи актинометра измерительного прибора(вольтметра) измеряют пропорциональное термоЭДС выходное напряжение термобатареи(мВ), которое, в свою очередь, прямо пропорционально интенсивности прямой солнечной радиации(кВт/м 2),(2) где- коэффициент преобразования (чувствительность) актинометра (мВ-м 2/кВт). Таким образом, коэффициент преобразования актинометра прямо пропорционален выходному напряжению, термоЭДС и, соответственно, разности температурмежду центральными и периферийными термопарами. Чем выше температура 1 центральных термопар и ниже температура 2 периферийных термопар, тем выше коэффициент преобразования актинометра. В известном термопреобразователе актинометра периферийные термопары присоединены через электроизолирующий слой к теплоотводящей оправе. При этом теплоотвод от этих термопар осуществляется за счет теплового контакта между плоской поверхностью теплоотводящей оправы и участками соединения ленточных отрезков термобатареи. Однако в местах соединения ленточных отрезков методом пайки или точечной сварки всегда образуются наплывы или неровности материала, имеющие выпуклую форму, которые препятствуют плотному прилеганию к плоской поверхности теплоотводящей оправы,периферийных термопар, а также участков ленточных отрезков, расположенных вблизи от места пайки. Поэтому общий тепловой контакт выпуклых поверхностей неровностей в местах соприкосновения их с плоской поверхностью теплоотводящей оправы будет иметь точечный характер и, соответственно, незначительную суммарную площадь. Это уменьшает скорость теплоотвода от периферийных термопар и, соответственно, увеличивает их температуру Т 2, что приводит к уменьшению разности температур между центральными и периферийными термопарами ТТ 1-Т 2. Недостатком известного технического решения является невысокая точность измерений актинометра из-за низкой чувствительности прибора, т.е. низкого значения коэффициента преобразования актинометра. Значения коэффициента преобразования актинометра невысоки из-за незначительных величин разности температурмежду центральными и периферийными термопарами приемника солнечной радиации. Задачей полезной модели является повышение точности измерений актинометра за счет увеличения его чувствительности, т.е. коэффициента преобразования. 2 101672014.06.30 Поставленная задача решается тем, что в термопреобразователе актинометра, содержащем теплоотводящую оправу и приемник солнечной радиации, включающий диск и термобатарею с термопарами, образованными из концов последовательно соединенных между собой ленточных отрезков, уложенных в одной плоскости зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные и периферийные термопары образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца, причем центральные термопары примыкают к приемной поверхности диска, в отличие от прототипа, на теплоотводящей оправе по окружности выполнена концентрическая канавка, к которой примыкает каждая из периферийных термопар. В предложенном техническом решении при соединении периферийных термопар термобатареи с теплоотводящей оправой все неровности и выпуклости, образовавшиеся в процессе пайки или точечной сварки термопар ленточной термобатареи, оказываются размещенными в концентрической канавке, выполненной на теплоотводящей оправе. При этом теплоотвод от термопар будет осуществляться за счет плотного теплового контакта между плоской поверхностью теплоотводящей оправы и плоскими участками ленточных отрезков термобатареи, непосредственно примыкающих к термопарам. Очевидно, что, в отличие от прототипа, площадь теплового контакта будет максимальной. Она не зависит от технологии создания термопар и определяется только шириной ленточных отрезков. В связи с этим все тепло, поступающее к слабо нагреваемым термопарам в результате перехода тепла по ленточным отрезкам от нагреваемых термопар, быстрее, по сравнению с прототипом, будет отводиться теплоотводящей оправой к корпусу актинометра. Поэтому температура Т 2 периферийных термопар будет иметь значения более низкие, чем у прототипа. В итоге разность температурв формуле (1), выходное термонапряжение и, соответственно, коэффициент преобразования актинометра будут иметь более высокие значения по сравнению с известным термопреобразователем, что повышает точность измерений актинометра. Фиг. 1 - схематично изображен термопреобразователь, установленный в корпусе актинометра. Фиг. 2 - схематично изображена термобатарея актинометра (вид сверху). Термопреобразователь актинометра содержит теплоотводящую оправу 1 и приемник солнечной радиации, включающий диск 2 и термобатарею 3. Теплоотводящая оправа 1 изготовлена из алюминиевого сплава в виде кольца. На одной из ее плоских поверхностей выполнена концентрическая канавка 4 шириной 1,5 мм и глубиной 0,4 мм и создан методом анодного оксидирования алюминия высокотеплопроводный электроизолирующий слой 5 из окиси алюминия толщиной 610 мкм. Диск 2 приемника солнечной радиации выполнен из фольги алюминиевого сплава толщиной 2030 мкм. На диске 2 методом анодного оксидирования созданы высокотеплопроводные электроизолирующие слои 6 из окиси алюминия толщиной 46 мкм. Термопары термобатареи 3 образованы из соединенных между собой методом пайки или точечной сварки обоих концов ленточных отрезков из манганина и константана длиной 7 мм, шириной 0,35 мм и толщиной 35 мкм, уложенных в одной плоскости зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные термопары 7 и периферийные термопары 8 образуют соответственно внутреннюю и внешнюю воображаемые окружности кольца. Центральные термопары вместе с примыкающими к ним участками ленточных отрезков присоединены с помощью клея к электроизолирующему слою 6 диска 2 со стороны падающего на него солнечного излучения. Обращенные к Солнцу поверхности центральных термопар 7, а также участки диска 2, находящиеся между термопарами 7,покрыты черной, глубоко матовой краской (на фигурах не показано), чтобы обеспечить эффект максимального поглощения поступающей на них солнечной радиации. 101672014.06.30 Плоские участки ленточных отрезков термобатареи 3, примыкающие к периферийным термопарам 8, плотно присоединены с помощью клея к электроизолирующему слою 5 плоской поверхности теплоотводящей оправы 1, при этом сами периферийные термопары 8 вместе со всеми технологическими выпуклостями и неровностями размещены в концентрической канавке 4. Таким образом обеспечивается хороший отвод тепла от периферийных термопар 8 как за счет большой площади теплового контакта между ленточными отрезками и теплоотводящей оправой 1, так и за счет высокой теплопроводности окиси алюминия на поверхности теплоотводящей оправы. Термопреобразователь плотно установлен в корпусе 9 актинометра. Термопреобразователь актинометра работает следующим образом. Приемник солнечной радиации термопреобразователя ориентируется на диск солнца таким образом, чтобы солнечное излучение падало строго перпендикулярно на зачерненные поверхности центральных термопар 7 и диска 2 и нагревало их. Периферийные термопары 8 термобатареи 3, на которые солнечное излучение не попадает, имеют хороший теплоотвод к теплоотводящей оправе 1 за счет выполненной на ней канавки 4 и, соответственно, к корпусу 9 актинометра. Поэтому их температура соответствует температуре окружающей среды. За счет разницы температурцентральных термопар 7 и периферийных термопар 8 на выходе термобатареи 3 генерируется термонапряжение, пропорциональное величине прямой солнечной радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов подается на вход измерительного прибора (на фигурах не показан) и регистрируется оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция термопреобразователя позволяет повысить точность измерений актинометра за счет увеличения его чувствительности, то есть коэффициента преобразования. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4