Пиранометр

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Стрибук Петр Васильевич Казеев Юрий Иванович Кривонощенко Владимир Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Пиранометр, содержащий прозрачный полусферический колпак, герметично закрепленный на кольце, соединенном с корпусом, на котором установлены диафрагма, чувствительный элемент и осушители водяных паров, отличающийся тем, что он снабжен электронным блоком и табло, при этом чувствительный элемент электрически связан с входом электронного блока, выход которого электрически связан с входом табло, а на примыкающей к корпусу поверхности кольца выполнена концентрическая канавка, в которую помещена герметизирующая прокладка.(56) 1. А.с. СССР 310214, МПК 01 1/12. - Опубл. 26.07.1971 // БИ 23. 2. Руководство гидрометеорологическим станциям по актинометрическим наблюдениям / Под ред. канд.физ.-мат. наук Г.П. Гущина и др. - Гидрометеорологическое издательство, Ленинград, 1971. - С. 15-23. 3. В.Н. Кедроливанский и М.С. Стернзат. Метеорологические приборы. - Гидрометеорологическое издательство, Ленинград, 1953. - С. 225-231 (прототип). 20482005.09.30 Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и предназначена для измерения солнечной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность. Известен пиранометр, содержащий корпус, снабженный прозрачным полусферическим колпаком, диафрагму, чувствительный элемент в виде термобатареи и осушитель водяных паров, выполненный в виде электронагревателей, расположенных в прорезях кольцевой диафрагмы 1. Наиболее близким к предлагаемому решению является термоэлектрический пиранометр, содержащий прозрачный полусферический колпак с кольцом, навинченным на корпус. Под колпаком на корпусе установлены диафрагма, чувствительный элемент в виде термобатареи и осушитель для поглощения водяных паров под колпаком и поддержания постоянства прозрачности стекла, выполненный в виде баллончика с силикагелем 2. В известных пиранометрах 1, 2 для измерения тока в цепи чувствительного элемента, пропорционального интенсивности солнечной радиации, используется стрелочный гальванометр типа ГСА-1. Однако его внутреннее сопротивление сравнимо с сопротивлением чувствительного элемента (несколько десятков Ом) и поэтому каждый гальванометр необходимо калибровать в паре с чувствительным элементом, а затем проводить на нем измерения только с этим чувствительным элементом. При этом точность измерений при визуальном наблюдении стрелки гальванометра очень низкая 1/3 деления шкалы. Кроме того, с помощью гальванометра можно определить только мгновенное значение измеряемой величины. Для расчета усредненных значений за час, за сутки, за месяц необходимо проводить большое количество измерений и вычислений, что сокращает функциональные возможности пиранометра и увеличивает трудоемкость процесса измерений. Гальванометры всегда устанавливают на метеоплощадке рядом с пиранометром и поэтому при достаточно низких или высоких температурах окружающей среды снижается точность и надежность его измерений. В известных пиранометрах герметичность под колпаком создается за счет заполнения резьбовых соединений жидким затвердевающим герметиком или техническим вазелином. С течением времени герметизация нарушается, что способствует постепенному проникновению в подколпачный объем как влаги, так и других агрессивных компонентов из атмосферы, особенно если метеостанция расположена вблизи моря или около промышленных предприятий с химическим производством. Кроме того, для удаления с внутренней поверхности колпака периодически конденсирующихся паров воды и гидрометеоров необходима разгерметизация подколпачного объема и повторная его герметизация, а этот процесс требует больших затрат времени. Кроме того, в процессе герметизации жидким затвердевающим герметиком высока вероятность попадания в его объем пузырьков воздуха или образования воздушных промежутков, что может существенно повлиять на надежность эксплуатационных свойств герметика и, соответственно, пиранометра. Наличие паров воды и агрессивных компонентов под колпаком способствует коррозионному разрушению спаев в конструкции чувствительного элемента и его контактов с выходными клеммами, что снижает надежность работы пиранометра. Таким образом, все указанные недостатки сокращают функциональные возможности пиранометра, снижают его надежность при эксплуатации и точность измерений, увеличивают трудоемкость процесса измерений. Задачей разработки полезной модели является расширение функциональных возможностей пиранометра, повышение его надежности при эксплуатации и точности измерений,уменьшение трудоемкости процесса измерений. Поставленная задача решается тем, что пиранометр, содержащий прозрачный полусферический колпак, герметично закрепленный на кольце, соединенном с корпусом, на котором установлены диафрагма, чувствительный элемент и осушители водяных паров, в отличие от прототипа снабжен электронным блоком и табло, при этом чувствительный 2 20482005.09.30 элемент электрически связан с входом электронного блока, выход которого электрически связан с входом табло, а на примыкающей к корпусу поверхности кольца выполнена концентрическая канавка, в которую помещена герметизирующая прокладка. Введение в пиранометр электронного блока, электрически связанного с чувствительным элементом, и табло, электрически связанного с электронным блоком, обеспечивает непрерывное автоматическое измерение и обработку выходного сигнала с чувствительного элемента пиранометра, а также поступление выходного сигнала на индикаторы электронного блока и табло для визуального наблюдения и регистрации. Входное сопротивление электронного блока значительно выше сопротивления чувствительного элемента пиранометра, вследствие чего один и тот же электронный блок можно применять с любым чувствительным элементом. Материал герметизирующей прокладки, например резиновая смесь, менее подвержен разрушающему влиянию вредных компонентов окружающей среды, чем затвердевающие герметики. В случае необходимости проведения профилактических работ в пиранометре или замены прокладки значительно упрощается и ускоряется процесс разгерметизации и последующей герметизации объема под колпаком. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого пиранометра. Пиранометр содержит прозрачный полусферический колпак 1, герметично соединенный с кольцом 2. На поверхности кольца 2 выполнена концентрическая канавка 3, в которую помещена герметизирующая прокладка 4, изготовленная, например, из резиновой смеси В-14 ТУ 38005 1166-98. Герметизирующая прокладка 4 зажата между кольцом 2 и корпусом 5 винтами 6. Под колпаком 1 на корпусе 5 установлены чувствительный элемент 7, выполненный в виде термобатареи, состоящей из 96 константан-манганиновых термопар, и диафрагма 8. Выходные концы чувствительного элемента 7 соединены под колпаком с клеммами 9. Наружные выводы клемм 9 соединены с входом электронного блока 10, выход которого электрически связан с входом табло 11. В корпусе 5 установлены два осушителя 12 водяных паров, связанные с объемом под колпаком 1. Прозрачный полусферический колпак 1, выполненный, например, из кварцевого стеклаГОСТ 15130-86, обеспечивает защиту чувствительного элемента 7 от вредного действия атмосферы и метеоосадков. Осушители 12 водяных паров, выполненные в виде двух баллончиков с силикагелем,уменьшают количество влаги под колпаком, что повышает коррозионную стойкость клемм 9 и спаев термобатареи чувствительного элемента 7 и обеспечивает постоянство прозрачности колпака. Электронный блок 10 включает в себя плату питания, плату измерителя и плату индикации. Плата питания содержит трансформатор 36/12, выпрямитель, стабилизатор 5 и схему защиты модема и интерфейса 485. Плата измерителя содержит аналогоцифровой преобразователь, источник опорного напряжения, микроконтроллер, термостат до 25 , модем и интерфейс 485. Термостат поддерживает внутри электронного блока 10 постоянный интервал температуры 25 С, поэтому температура окружающей среды не влияет на точность и надежность проводимых измерений. Плата индикации содержит сдвиговый регистр со светодиодным индикатором. Табло 11 включает в себя плату табло и плату клавиатуры. Плата табло содержит блок питания 220/12, стабилизатор, микроконтроллер, часы реального времени, энергонезависимую память, модем, интерфейс 485 с гальванической развязкой, интерфейс 232, а также светодиодный и ЖК-индикаторы. Плата клавиатуры содержит переключатели режимов работы табло. Клавиатура представляет собой матрицу кнопок 33, с помощью которой производится управление и настройка табло 11. 20482005.09.30 Электронный блок 10 устанавливается на метеоплощадке в непосредственной близости от корпуса пиранометра. Табло 11 при этом может быть размещено в помещении, где находится оператор, на расстоянии несколько десятков или сотен метров от метеоплощадки. Пиранометр работает следующим образом. Корпус 5 пиранометра вместе с чувствительным элементом 7 ориентируется горизонтально относительно земной поверхности таким образом, чтобы солнечная радиация попадала на термобатарею чувствительного элемента 7 сверху. При этом в результате нагрева термобатареи на выходе чувствительного элемента 7 постоянно генерируется термонапряжение, пропорциональное величине приходящей солнечной радиации. Это напряжение через клеммы 9 поступает на вход электронного блока 10, обрабатывается им и выдается на светодиодные индикаторы электронного блока 10 и табло 11, которые одновременно отображают только мгновенное значение выходного сигнала. При этом на табло 11 в зависимости от заданных режимов его работы можно отображать информацию как о мгновенном значении выходного сигнала, так и о его среднем значении за час, за сутки, за месяц, а также за текущий час, текущие сутки, текущий месяц. Это достигается тем, что аналоговый сигнал с чувствительного элемента 7 пиранометра, поступающий на вход аналого-цифрового преобразователя электронного блока 10,преобразуется в цифровую форму, обрабатывается микроконтроллером и выводится на светодиодный индикатор электронного блока 10, который показывает мгновенное значение измеряемой величины. С помощью модема или интерфейса 485 с выхода электронного блока 10 данные обработанного сигнала передаются на плату табло. Табло входит в режим работы. При этом на его светодиодном индикаторе отображается мгновенное значение выходного сигнала, а на жидкокристаллическом индикаторе - текущее время, день, число, год. Для определения среднего значения выходного сигнала за один час с помощью платы табло производится усреднение мгновенных значений выходного сигнала за некоторый интервал времени (например, за 15 сек), затем усредненные значения складываются и сумма делится на число этих интервалов в одном часе (в данном случае на число 240). Аналогичным образом определяют средние значения выходного сигнала с чувствительного элемента 7 пиранометра за одни сутки и за один месяц. Таким образом, в зависимости от режима работы на светодиодном индикаторе табло 11 отображаются а) мгновенное значение выходного сигнала б) среднее значение выходного сигнала за час, за сутки, за месяц в) среднее значение выходного сигнала за текущий час, где текущий час - это интервал времени от начала данного часа (00 минут) до текущего момента г) среднее значение выходного сигнала за текущие сутки, где текущие сутки - это интервал времени от начала суток (00 часов 00 минут) до текущего момента в) среднее значение выходного сигнала за текущий месяц, где текущий месяц - это интервал времени от начала 1-го числа (00 часов 00 минут) нового месяца до текущего момента. Таким образом, предлагаемая конструкция пиранометра позволяет расширить его функциональные возможности, повысить точность и достоверность измерений, надежность при эксплуатации. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4