Термоэлектрический преобразователь пиранометра

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Стрибук Петр Васильевич Казеев Юрий Иванович Кардаш Галина Анатольевна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термоэлектрический преобразователь пиранометра, содержащий опору с теплоотводящими ребрами и установленную на них термобатарею, на которой размещен приемник солнечной радиации, плоская приемная поверхность которого выполнена в виде черных и белых участков, расположенных в шахматном порядке, отличающийся тем, что теплоотводящие ребра опоры расположены строго под термопарами термобатареи, находящимися под белыми участками приемной поверхности. Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии и является основным конструктивным элементом пиранометра, предназначенного для измерения рассеянной, отраженной и суммарной солнечной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность. Известен термоэлектрический преобразователь пиранометра, содержащий приемник солнечной радиации и термобатарею, соединенные между собой и установленные на теплоотводящие ребра опоры 1. Термопары термобатареи, имеющей квадратную форму,выполнены методом последовательной пайки или точечной сварки чередующихся между 64432010.08.30 собой ленточных отрезков равной длины из манганина и константана толщиной 3040 мкм, соединенных в ленту, уложенную в виде меандра так, что образуются ряды термопар, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. На ленточную квадратную термобатарею с верхней стороны для придания ей плоской формы наклеен тонкий слой из папиросной бумаги, имеющий форму квадрата. Бумага покрыта слоем белой матовой краски. На слой белой краски в шахматном порядке нанесены черной матовой краской участки квадратной формы. При этом ряды термопар расположены вдоль средней линии квадратов. Образованные таким образом черные и белые квадратные участки краски являются плоской приемной поверхностью приемника солнечной радиации. При такой конструкции любые две соседние по ленте термопары термобатареи находятся под разными квадратными участками либо под черным, нагреваемым солнечной радиацией, либо под белым, слабо нагреваемым солнечной радиацией, а термоЭДС любых двух соседних по ленте термопар направлены навстречу друг другу. Суммарная термоЭДС термобатареи пропорциональна разности температурвсех нагреваемых и слабо нагреваемых термопар(1) 1 - 2,где 1 - температура термопар, расположенных под черными участками приемной поверхности 2 - температура термопар, расположенных под белыми участками приемной поверхности. При подключении к выходу термобатареи пиранометра измерительного прибора(вольтметра) измеряют пропорциональное термоЭДС термонапряжение(мВ), которое в свою очередь пропорционально интенсивности солнечной радиации(кВт/м 2),2 где- коэффициент преобразования (чувствительность) пиранометра (мВм /кВт). Таким образом, коэффициент преобразования пиранометра пропорционален выходному напряжению, термоЭДС и, соответственно, разности температурмежду нагреваемыми и слабо нагреваемыми термопарами. Чем выше температура 1 термопар,расположенных под черными участками приемной поверхности, и ниже температура 2 термопар, расположенных под белыми участками, тем выше коэффициент преобразования пиранометра, т.е. его чувствительность. В известных термоэлектрических преобразователях пиранометра изготовленный приемник солнечной радиации установлен на опору так, что ее теплопроводящие ребра расположены вдоль границы черных и белых квадратных участков приемной поверхности посередине между рядами термопар и, следовательно, посередине между нагреваемыми и слабо нагреваемыми термопарами термобатареи. Поэтому расстояние от рядов термопар до ближайших теплоотводящих ребер равно половине длины квадратных участков. В установившемся тепловом режиме во время проведения измерений тепло от нагреваемых термопар в большей степени отводится теплоотводящими ребрами опоры и в меньшей степени передается к слабо нагреваемым термопарам по ленточным отрезкам термобатареи. За счет такого теплоотвода обеспечивается разность температур 1 -2 между соседними термопарами и возникает термоЭДС. Недостатком известного технического решения является невысокая точность измерений пиранометра из-за низкой чувствительности прибора, т.е. низкого значения коэффициента преобразования пиранометра. Значения коэффициента преобразования пиранометра невысоки из-за незначительных величин разности температурмежду термопарами, расположенными под черными и белыми участками приемной поверхности приемника солнечной радиации. Задачей полезной модели является повышение точности измерений пиранометра за счет увеличения его чувствительности, т.е. коэффициента преобразования. 2 64432010.08.30 Поставленная задача решается тем, что в термоэлектрическом преобразователе пиранометра, содержащем опору с теплоотводящими ребрами и установленную на них термобатарею, на которой размещен приемник солнечной радиации, плоская приемная поверхность которого выполнена в виде черных и белых участков, расположенных в шахматном порядке, в отличие от прототипа, теплопроводящие ребра опоры расположены строго под термопарами термобатареи, находящимися под белыми участками приемной поверхности. При размещении теплопроводящих ребер опоры не между рядами термопар, а непосредственно под слабо нагреваемыми термопарами, расположенными под белыми участками приемной поверхности, все тепло, поступающее к слабо нагреваемым термопарам,как за счет солнечного излучения, так и в результате перехода тепла по ленточным отрезкам от нагреваемых термопар быстро, в отличие от прототипа, отводится теплоотводящими ребрами опоры к корпусу пиранометра. Поэтому температура 2 слабо нагреваемых термопар будет соответствовать температуре окружающей среды и иметь значения более низкие, чем у прототипа. Одновременно с этим скорость отвода тепла от нагреваемых термопар к ребрам по сравнению с прототипом замедляется за счет увеличения расстояния между ними в два раза. Следовательно, температура Т 1 нагреваемых термопар будет более высокой, чем у прототипа. В итоге разность температурв формуле (1), выходное термонапряжение и, соответственно, коэффициент преобразования пиранометра будут иметь более высокие значения по сравнению с известным термоэлектрическим преобразователем, что приводит к повышению точности измерений пиранометра. Фиг. 1 - схематично изображен термоэлектрический преобразователь, установленный на основании корпуса пиранометра. Фиг. 2 - схематично изображен термоэлектрический преобразователь пиранометра(вид сверху). Фиг. 3 - схематично изображена опора с теплоотводящими ребрами (вид сверху). Термоэлектрический преобразователь пиранометра содержит опору 1 с теплоотводящими ребрами 2, изготовленную из алюминиевого сплава, на поверхности которой методом электрохимического окисления алюминия выполнен электроизолирующий слой 3 из окиси алюминия толщиной 1020 мкм. На теплоотводящие ребра 2 опоры 1 установлена термобатарея 4. На ленточной квадратной термобатарее размещен приемник солнечной радиации 5, состоящий из тонкого слоя конденсаторной бумаги, имеющего форму квадрата, и нанесенных на бумагу в шахматном порядке черных и белых участков краски, которые образуют плоскую приемную поверхность приемника солнечной радиации 5. Опора 1 плотно соединена с основанием 6 корпуса пиранометра. Термобатарея 4 квадратной формы изготовлена методом последовательной пайки между собой ленточных отрезков равной длины из манганина и константана размерами 0,59 мм и толщиной 0,03 мм, соединенных в ленту, уложенную в виде меандра так, что образуются ряды термопар 7, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом ряды термопар 7 расположены вдоль средней линии черных и белых квадратов приемной поверхности 5. При такой конструкции любые две соседние по ленте термопары термобатареи находятся под разными квадратными участками либо под черным,нагреваемым солнечной радиацией, либо под белым, слабо нагреваемым солнечной радиацией. При установке на теплоотводящие ребра 2 опоры 1 термобатареи 4 ее термопары,находящиеся под белыми участками приемной поверхности, плотно соединяются с помощью клея с теплоотводящими ребрами 2, на которые нанесен электроизолирующий слой 3. Этим обеспечивается хороший отвод тепла от слабо нагреваемых термопар за счет высокой теплопроводности окиси алюминия. Термоэлектрический преобразователь пиранометра работает следующим образом. 3 64432010.08.30 Пиранометр ориентируется горизонтально относительно земной поверхности таким образом, чтобы солнечное излучение падало на плоскую приемную поверхность термоэлектрического преобразователя сверху. При этом термопары термобатареи, находящиеся под черными квадратными участками, нагреваются за счет солнечной радиации значительно больше, чем термопары, расположенные под белыми квадратными участками приемной поверхности. Кроме того, к слабо нагреваемым термопарам будет передаваться тепло от нагреваемых термопар по ленточным отрезкам термобатареи 4. Однако за счет теплоотводящих ребер 2, находящихся строго под слабо нагреваемыми термопарами, все поступающее к ним тепло будет отводиться к основанию 6 корпуса пиранометра и они всегда будут иметь температуру окружающей среды. За счет разницы температурнагреваемых и слабо нагреваемых термопар на выходе термобатареи 4 генерируется термонапряжение, пропорциональное величине солнечной радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов термобатареи 4 (на фигурах не показаны) подается на вход измерительного прибора и регистрируется оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция термоэлектрического преобразователя пиранометра позволяет повысить точность измерений пиранометра за счет увеличения его чувствительности, т.е. коэффициента преобразования. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4