Термоэлектрический преобразователь актинометра

(51) МПК (2006) 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) Термоэлектрический преобразователь актинометра, содержащий теплоотводящую оправу и приемник солнечной радиации, включающий диск с почерненной со стороны солнца приемной поверхностью, электроизолирующий слой и термобатарею, образованную из соединенных между собой ленточных отрезков, уложенных зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные и периферийные термопары образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца, причем центральные термопары через электроизолирующий слой присоединены к диску со стороны обратной его приемной поверхности, а периферийные термопары через электроизолирующий слой присоединены к теплоотводящей оправе, отличающийся тем, что диск приемника солнечной радиации и теплоотводящая оправа выполнены из алюминиевого сплава, а электроизолирующий слой выполнен на диске и теплоотводящей оправе из окиси алюминия. 57512009.12.30 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 термоэлектрический преобразователь актинометра, содержащий установленные в корпусе актинометра теплоотводящую оправу, приемник солнечной радиации,включающий диск с почерненной со стороны солнца приемной поверхностью, электроизолирующий слой и термобатарею. Диск приемника солнечной радиации выполнен из тонкой серебряной фольги, а теплоотводящая оправа - из меди. Термопары термобатареи созданы 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 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 диску со стороны обратной его приемной поверхности, а ее периферийные термопары через электроизолирующий слой - к теплоотводящей оправе 1. При измерении величины прямой солнечной радиации солнечное излучение нагревает через диск и электроизолирующий слой центральные термопары термобатареи. При этом за счет конструкции актинометра ее периферийные термопары солнечным излучением не нагреваются. Однако к ним по ленточным отрезкам термобатареи поступает тепло от нагреваемых центральных термопар. Это тепло через другой электроизолирующий слой и теплоотводящую оправу отводится к корпусу актинометра, имеющего температуру окружающей среды. В установившемся при проведении измерений тепловом режиме выходное напряжение термобатареи определяется разностью температур ее центральных и периферийных термопар, а скорость теплопроводных процессов - через электроизолирующие слои, и, соответственно, температура центральных и периферийных термопар будет прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности материала электроизолирующих слоев. В известном термоэлектрическом преобразователе актинометра электроизолирующие слои выполнены из тонкой, пропитанной шеллаком папиросной бумаги, коэффициент теплопроводности которой, согласно справочным данным, составляет 0,1 Вт/мК 2. Столь низкий коэффициент теплопроводности, с одной стороны, приводит к медленной передаче тепла от нагреваемой солнцем приемной поверхности к центральным термопарам термобатареи, а с другой стороны, к медленной передаче тепла от периферийных термопар термобатареи к теплоотводящей оправе и к корпусу актинометра. За счет этого получаются незначительная разность температур центральных и периферийных термопар и, соответственно, незначительное выходное напряжение актинометра. Все это снижает чувствительность, увеличивает инерционность термоэлектрического преобразователя актинометра, а следовательно, снижает точность измерений актинометра. Бумажный электроизолирующий слой, соединенный при помощи клея с термобатареей, диском и с теплоотводящей оправой, со временем может отклеиться. Это снижает надежность эксплуатации и срок службы термоэлектрического преобразователя актинометра. Конструкция известного термоэлектрического преобразователя актинометра довольно трудоемка и нетехнологична в изготовлении, что ведет к низкой повторяемости результатов измерений выходного напряжения у разных термоэлектрических преобразователей и приводит, соответственно, к низкой повторяемости основных технических характеристик актинометров. Задачей полезной модели является обеспечение технологичности изготовления термоэлектрического преобразователя актинометра, увеличение его чувствительности, снижение инерционности, повышение надежности эксплуатации и срока службы. 2 57512009.12.30 Поставленная задача решается тем, что в термоэлектрическом преобразователе актинометра, содержащем теплоотводящую оправу и приемник солнечной радиации, включающий диск с почерненной со стороны солнца приемной поверхностью, электроизолирующий слой и термобатарею, образованную из соединенных между собой ленточных отрезков, уложенных зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные и периферийные термопары образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца, причем центральные термопары через электроизолирующий слой присоединены к диску со стороны обратной его приемной поверхности, а периферийные термопары через электроизолирующий слой присоединены к теплоотводящей оправе, в отличие от прототипа диск приемника солнечной радиации и теплоотводящая оправа выполнены из алюминиевого сплава, а электроизолирующий слой выполнен на диске и теплоотводящей оправе из окиси алюминия. Выполнение диска приемника солнечной радиации и теплоотводящей оправы в термоэлектрическом преобразователе актинометра из алюминиевого сплава позволяет создать на их поверхности методом анодного оксидирования электроизолирующий слой из окиси алюминия, обладающий высокой теплопроводностью. Коэффициент теплопроводности окиси алюминия, согласно справочным данным, составляет 30 Вт/мК, что в 300 раз превышает коэффициент теплопроводности бумаги, из которой изготовлены электроизолирующие слои в известных термоэлектрических преобразователях 2. Это способствует увеличению скорости теплопроводных процессов через электроизолирующий слой более чем на два порядка, обеспечивает увеличение чувствительности, снижение инерционности термоэлектрического преобразователя актинометра. Созданный методом анодного оксидирования слой окиси алюминия имеет высокую адгезию к поверхности, не отслаивается и не деградирует с течением времени, поэтому повышается надежность эксплуатации и увеличивается срок службы термоэлектрического преобразователя актинометра. Метод анодного оксидирования алюминия позволяет в одном технологическом процессе получать электроизолирующий слой на большом количестве деталей, из которых собирают термоэлектрические преобразователи актинометров. Это упрощает технологию и уменьшает трудоемкость изготовления термоэлектрических преобразователей. На фиг. 1 представлена схема термоэлектрического преобразователя актинометра. На фиг. 2 представлена термобатарея актинометра. Термоэлектрический преобразователь 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 ее кольцевой поверхности методом анодного оксидирования алюминия создан высокотеплопроводный электроизолирующий слой 4 толщиной 410 мкм. Диск 2 приемника солнечной радиации выполнен из фольги алюминиевого сплава толщиной 2030 мкм. На диске 2 методом анодного оксидирования создан высокотеплопроводный электроизолирующий слой 5 из окиси алюминия толщиной 410 мкм. Верхняя,обращенная к солнцу поверхность диска 2 зачернена, чтобы обеспечить эффект максимального поглощения солнечной радиации. Термобатарея 3 образована из соединенных между собой методом пайки или точечной сварки ленточных отрезков из манганина и константана длиной 7 мм и толщиной 35 мкм, уложенных зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные термопары 7 и периферийные термопары 8 образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца. Центральные термопары 7 через электроизолирующий слой 4 присоединены с помощью клея к диску 2 со стороны обратной его приемной поверхности, а периферийные термопары 8 через электроизолирующий слой 5 присоединены с помощью клея к теплоотводящей оправе 1. Термоэлектрический преобразователь плотно установлен в корпусе 6 актинометра. 3 57512009.12.30 Термоэлектрический преобразователь актинометра работает следующим образом. Приемник солнечной радиации термоэлектрического преобразователя ориентируется точно на диск солнца таким образом, чтобы солнечное излучение падало на зачерненную поверхность диска 2 строго перпендикулярно и через высокотеплопроводный электроизолирующий слой 4 нагревало центральные термопары 7 термобатареи 3. Периферийные термопары 8 термобатареи 3 через второй высокотеплопроводный электроизолирующий слой 5 имеют хороший тепловой контакт с теплоотводящей оправой 1 и, соответственно, с корпусом 6 актинометра. Поэтому их температура соответствует температуре окружающей среды. За счет разницы температур центральных термопар 7 и периферийных термопар 8 на выходе термобатареи 3 генерируется термонапряжение, пропорциональное величине прямой солнечной радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов термобатареи 3 подается на вход измерительного прибора (на чертеже не показан) и регистрируется оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет обеспечить технологичность изготовления термоэлектрического преобразователя актинометра, снизить его инерционность, увеличить чувствительность, что способствует повышению точности измерений актинометра, повысить надежность эксплуатации и увеличить срок службы термоэлектрического преобразователя актинометра, а следовательно, и самого актинометра. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4