Термопреобразователь пиранометра

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Стрибук Петр Васильевич Казеев Юрий Иванович Абрамович Александр Иванович Луцевич Виктор Михайлович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термопреобразователь пиранометра, содержащий опору, на теплоотводящие ребра которой установлена термобатарея с размещенным на ней приемником солнечной радиации,плоская приемная поверхность которого выполнена в виде чередующихся в шахматном порядке белых и черных участков, причем теплоотводящие ребра опоры расположены только под белыми участками приемной поверхности, отличающийся тем, что на теплоотводящих ребрах строго под рядами термопар термобатареи находятся продольные канавки. Фиг. 1 Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии и является основным конструктивным элементом пиранометра - прибора, предназначенного для измерения рассеянной, отраженной и суммарной солнечной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность. Известен термопреобразователь пиранометра, содержащий опору с теплоотводящими ребрами и установленную на них термобатарею, на которой размещен приемник солнеч 76712011.10.30 ной радиации, плоская приемная поверхность которого выполнена в виде черных и белых участков, расположенных в шахматном порядке, а теплоотводящие ребра опоры расположены строго под термопарами термобатареи, находящимися под белыми участками приемной поверхности 1. Термопары термобатареи, имеющей квадратную форму, выполнены методом последовательной пайки чередующихся между 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. 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)Т 1 Т 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 2/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 известном термопреобразователе пиранометра термобатарея с размещенным на ней приемником солнечной радиации установлена на опору так, что ее теплопроводящие ребра расположены строго под рядами слабо нагреваемых термопар термобатареи, находящимися под белыми участками приемной поверхности. При этом теплоотвод от этих термопар осуществляется за счет теплового контакта между торцевой поверхностью теплоотводящих ребер и малыми 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 торцевой поверхности теплоотводящих ребер,участков ленточных отрезков, расположенных по обе стороны от места их соединения. Поэтому общий тепловой контакт выпуклых поверхностей неровностей в местах соприкосновения их с торцевой поверхностью ребер будет иметь точечный характер и, соответственно, незначительную суммарную площадь. Это уменьшает скорость теплоотвода от слабо нагреваемых термопар и, соответственно, увеличивает их температуру 2, что приводит к уменьшению разности температур между всеми соседними термопарами 12. 2 76712011.10.30 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. Поставленная задача решается тем, что в термопреобразователе пиранометра, содержащем опору, на теплоотводящие ребра которой установлена термобатарея с размещенным на ней приемником солнечной радиации, плоская приемная поверхность которого выполнена в виде чередующихся в шахматном порядке белых и черных участков, причем теплоотводящие ребра опоры расположены только под белыми участками приемной поверхности, в отличие от прототипа на теплоотводящих ребрах строго под рядами термопар термобатареи выполнены продольные канавки. В предположенном техническом решении при установке термобатареи с приемником солнечной радиации на теплоотводящие ребра опоры все неровности и выпуклости, образовавшиеся в процессе пайки или точечной сварки термопар ленточной термобатареи,оказываются размещенными в выполненных на торцах ребер продольных канавках. При этом теплоотвод от термопар будет осуществляться за счет плотного теплового контакта между торцевой поверхностью теплоотводящих ребер и плоскими участками ленточных отрезков термобатареи, непосредственно примыкающих к термопарам. Очевидно, что в отличие от прототипа площадь теплового контакта максимальна, она не зависит от технологии создания термопар и определяется только шириной ленточных отрезков и шириной теплоотводящих ребер. В связи с этим все тепло, поступающее к слабо нагреваемым термопарам как за счет солнечного излучения, так и в результате перехода тепла по ленточным отрезкам от нагреваемых термопар, быстрее, по сравнению с прототипом, будет отводиться теплоотводящими ребрами опоры к корпусу пиранометра. Поэтому температура 2 слабо нагреваемых термопар будет иметь значения более низкие, 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 термопреобразователем, что приводит к повышению точности измерений пиранометра. Фиг. 1 - схематично изображен термопреобразователь, установленный на основании корпуса пиранометра. Фиг. 2 - схематично изображен термопреобразователь пиранометра (вид сверху). Фиг. 3 - схематично изображено теплоотводящее ребро с канавкой и установленная на нем единичная термопара (вид сбоку). Термопреобразователь пиранометра содержит изготовленную из алюминиевого сплава опору 1 с теплоотводящими ребрами 2. На торцевой части теплоотводящих ребер 2 выполнены продольные канавки 3 шириной 1,5 мм и глубиной 1,5 мм. На всей поверхности опоры 1 методом электрохимического окисления алюминия создан электроизолирующий слой 4 из окиси алюминия толщиной 1020 мкм. На теплоотводящие ребра 2 опоры 1 установлена термобатарея 5. На ленточной квадратной термобатарее размещен приемник солнечной радиации 6, имеющий форму квадрата, состоящий из тонкого слоя конденсаторной бумаги толщиной 0,12 мм и нанесенных на бумагу в шахматном порядке черных и белых участков краски, которые образуют плоскую приемную поверхность приемника солнечной радиации 6. Опора 1 плотно соединена с основанием 7 корпуса пиранометра. Термобатарея 5 квадратной формы изготовлена методом последовательной пайки между собой ленточных отрезков 8 равной длины из манганина и константана размерами 0,59 мм и толщиной 0,03 мм, соединенных в ленту, уложенную в виде меандра так, что образуют 3 76712011.10.30 ся ряды термопар 9, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом ряды термопар 9 расположены вдоль средней линии черных и белых квадратов приемной поверхности 6. При такой конструкции любые две соседние по ленте термопары 9 термобатареи 5 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 5 ее термопары 9,находящиеся под белыми участками приемной поверхности, вместе со всеми технологическими неровностями будут размещены в продольных канавках 3, а плоские участки ленточных отрезков 8 термобатареи 5, примыкающие к термопарам 9, плотно соединяются с помощью клея с плоскими торцевыми поверхностями 10 теплоотводящих ребер 2. Таким образом обеспечивается хороший отвод тепла от слабо нагреваемых термопар 9 как за счет большой площади теплового контакта, так и за счет высокой теплопроводности окиси алюминия. Термопреобразователь пиранометра работает следующим образом. 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, значительно нагреваются за счет солнечной радиации. Термопары, расположенные под белыми квадратными участками приемной поверхности, также будут нагреваться за счет прямой солнечной радиации, но существенно меньше. Кроме того, к слабо нагреваемым термопарам будет передаваться тепло от нагреваемых термопар по ленточным отрезкам 8 термобатареи 5. Однако за счет плотного теплового контакта между теплоотводящими ребрами 2 и плоскими участками ленточных отрезков 8 термобатареи 5, расположенных по обе стороны от слабо нагреваемых термопар 9, все поступающее к ним тепло будет отводиться к основанию 7 корпуса пиранометра, и они всегда будут иметь температуру окружающей среды. За счет разницы температурнагреваемых и слабо нагреваемых термопар 9 на выходе термобатареи 5 генерируется термонапряжение, пропорциональное величине солнечной радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов термобатареи 5 (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