Балансомер

(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) Балансомер, содержащий корпус и чувствительный элемент с двумя приемными поверхностями, расположенными в отверстиях корпуса, отличающийся тем, что снабжен электронным измерительным блоком, вход которого электрически связан с чувствительным элементом, и табло, вход которого электрически связан с выходом электронного измерительного блока, корпус балансомера состоит из двух наложенных друг на друга и соединенных между собой пластин, на внутренней поверхности каждой из которых выполнены пазы для установки чувствительного элемента.(56) 1. Кедроливанский В.Н., Стернзат .С. Метеорологические приборы. - Ленинград Гидрометеоиздат, 1953. - С.235-238 (прототип). Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и служит для определения радиационного баланса, то есть интенсивности остаточной радиации деятельной земной поверхности. Наиболее близким к предлагаемому решению является балансомер, содержащий чувствительный элемент в виде прямоугольной термобатареи, установленной в прямоугольном отверстии дискообразного корпуса, две плотно соединенные с корпусом дискообразные пластины, в которых выполнены прямоугольные отверстия для размещения в них чувствительного элемента, и рукоятку для крепления балансомера на стойке 1. 31042006.10.30 В известном балансомере 1 при проведении измерений все виды солнечной радиации, приходящей к деятельной земной поверхности, нагревают приемную поверхность термобатареи, обращенную вверх, а все виды радиации, уходящей от деятельной земной поверхности, нагревают вторую приемную поверхность термобатареи, обращенную вниз. Разность температур этих поверхностей создает на выходе термобатареи напряжение,пропорциональное радиационному балансу деятельной поверхности земли. Силу тока в цепи чувствительного элемента, пропорциональную радиационному балансу, обычно измеряют с помощью стрелочного гальванометра типа ГСА-1. Однако его внутреннее сопротивление сравнимо с сопротивлением чувствительного элемента балансомера(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 мгновенные значения измеряемой величины. Для расчета усредненных значений за час, за сутки, за месяц необходимо проводить большое количество измерений и соответствующих вычислений,что сокращает функциональные возможности балансомера и увеличивает трудоемкость процесса измерений. Гальванометры всегда устанавливают на метеоплощадке рядом с балансомером, а при достаточно низких или высоких температурах окружающего воздуха может снижаться точность результатов измерений. Таким образом, все указанные недостатки снижают точность измерений балансомера,сокращают его функциональные возможности, увеличивают трудоемкость процесса измерений и усложняют конструкцию. Задачей разработки полезной модели является повышение точности измерений,уменьшение трудоемкости процесса измерений, упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей балансомера. Поставленная задача решается тем, что балансомер, содержащий корпус и чувствительный элемент с двумя приемными поверхностями, расположенными в отверстиях корпуса, в отличие от прототипа снабжен электронным измерительным блоком, вход которого электрически связан с чувствительным элементом, и табло, вход которого электрически связан с выходом электронного измерительного блока, корпус балансомера состоит из двух наложенных друг на друга и соединенных между собой пластин, на внутренней поверхности каждой из которых выполнены пазы для установки чувствительного элемента. Введение в балансомер электронного измерительного блока, электрически связанного с чувствительным элементом, и табло, электрически связанного с электронным измерительным блоком, обеспечивает непрерывное автоматическое измерение и обработку выходного сигнала с чувствительного элемента балансомера, а также поступление выходного сигнала на индикаторы электронного измерительного блока и табло для визуального наблюдения и регистрации. Входное сопротивление электронного измерительного блока значительно выше сопротивления чувствительного элемента балансомера,вследствие чего один и тот же электронный измерительный блок можно применять с любым чувствительным элементом. Выполнение корпуса в виде двух наложенных друг на друга и соединенных между собой пластин, на внутренних поверхностях каждой из которых выполнены пазы для крепления чувствительного элемента, позволило обеспечить плотную посадку чувствительного элемента, улучшить теплоотвод от него через корпус, тем самым повысить точность измерений и упростить конструкцию балансомера. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого балансомера. 31042006.10.30 Балансомер содержит корпус, состоящий из двух наложенных друг на друга пластин 1 и 2, на внутренней поверхности каждой из которых выполнены пазы 3. Между пластинами 1 и 2 расположен чувствительный элемент 4, выполненный в виде термобатареи и закрепленный в пазах 3. Чувствительный элемент 4 имеет верхнюю и нижнюю приемные поверхности, на каждой из которых может быть создано по 300-500 термопар. Обе приемные поверхности чувствительного элемента 4 покрыты черной, глубоко матовой краской для обеспечения эффекта максимального поглощения солнечной радиации. Одна из приемных поверхностей чувствительного элемента 4 размещена в прямоугольном отверстии пластины 1, а вторая приемная поверхность - в прямоугольном отверстии пластины 2. Пластины 1 и 2 корпуса соединены между собой винтами 5, что обеспечивает плотную посадку чувствительного элемента 4 в пазах 3. Наружные выводы чувствительного элемента 4 соединены с входом электронного измерительного блока 6, выход которого электрически связан с входом табло 7. Рукоятка 8,в которую введены концы чувствительного элемента 4, соединена с пластинами 1 и 2 корпуса винтами 9 и предназначена для крепления балансомера на стойке. Электронный измерительный блок 6 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 аналого-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения, микроконтроллер,термостат до 25 , модем, интерфейс 485. Термостат поддерживает внутри электронного блока 6 постоянный интервал температуры 25 , поэтому температура окружающей среды не влияет на точность и надежность проводимых измерений. Плата индикации содержит сдвиговый регистр со светодиодным индикатором. Табло 7 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 жидкокристаллический индикаторы. Плата клавиатуры содержит переключатели режимов работы табло 7. Клавиатура представляет собой матрицу кнопок 33, с помощью которой производится управление и настройка табло 7. Электронный измерительный блок 6 устанавливается на метеоплощадке в непосредственной близости от корпуса балансомера. Табло 7 при этом может быть размещено в помещении, где находится оператор, на расстоянии несколько десятков или сотен метров от метеоплощадки. Балансомер работает следующим образом. Балансомер ориентируется чувствительным элементом 4 горизонтально относительно земной поверхности и закрепляется на стойке. Конструктивно термобатарея чувствительного элемента 4 создана таким образом, что суммарные термо-ЭДС верхней и нижней приемных поверхностей направлены навстречу друг другу. Поэтому при нагревании приемных поверхностей чувствительного элемента 4 выходное напряжение термобатареи будет равно разности этих термо-ЭДС и соответствовать радиационному балансу деятельной земной поверхности. Это напряжение поступает на вход электронного измерительного блока 6, обрабатывается им и выдается на светодиодные индикаторы электронного измерительного блока 6 и табло 7, которые одновременно отображают только мгновенное значение выходного сигнала. В зависимости от задаваемых режимов работы на табло 7 можно отображать не только мгновенное значение выходного сигнала, но и его среднее значение за час, за сутки, за месяц, а также за текущий час, текущие сутки, текущий месяц. Это достигается тем, что аналоговый сигнал с чувствительного элемента 4 балансомера, поступающий на вход аналого-цифрового преобразователя электронного измерительного блока 6, преобразуется в цифровую форму, обрабатывается микроконтроллером и 3 31042006.10.30 выводится на светодиодный индикатор электронного измерительного блока 6, который показывает мгновенное значение измеряемой величины. С помощью модема и интерфейса 485 с выхода электронного измерительного блока 6 данные обработанного сигнала передаются на плату табло 7. Табло 7 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 7 производят усреднение мгновенных значений выходного сигнала за некоторый интервал времени (например, за 15 сек). Затем усредненные значения складывают и сумму делят на число этих интервалов в одном часе (в данном случае на число 240). Аналогичным образом определяют средние значения выходного сигнала с чувствительного элемента 4 балансомера за одни сутки и за один месяц. Таким образом, в зависимости от режима работы на светодиодном индикаторе табло 7 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 д) 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 балансомера позволяет упростить конструкцию, расширить его функциональные возможности, повысить точность и достоверность измерений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4