Термопреобразователь балансомера

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Стрибук Петр Васильевич Ковалева Татьяна Ивановна Казеев Юрий Иванович(73) Патентообладатели Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термопреобразователь балансомера, включающий плоскую термобатарею, образованную из соединенных последовательно одинарных термобатарей, средняя часть каждой из которых, содержащая спиральную обмотку с термопарами, размещена внутри затвердевшей основы, покрытой слоем влагозащитного вещества, отличающийся тем, что на средней части каждой одинарной термобатареи создан дополнительный слой влагозащитного вещества. Фиг. 1 Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и является основным конструктивным элементом балансомера,предназначенного для определения радиационного баланса, то есть интенсивности остаточной солнечной радиации деятельной земной поверхности. 7836 8 2012.06.30 Известен термопреобразователь балансомера, содержащий плоскую термобатарею,образованную из соединенных последовательно одинарных термобатарей, каждая из которых состоит из стержня, выполненного из высокотеплопроводного металла, средняя часть которого покрыта электроизоляционным слоем. На этот слой намотана спиральная обмотка из константановой ленты. На обмотке вдоль стержня созданы два ряда термопар,расположенных диаметрально противоположно друг другу. Плоская термобатарея размещена внутри затвердевшей основы, покрытой слоем влагозащитного вещества, две плоскопараллельные зачерненные поверхности которого являются приемниками солнечной радиации 1, 2. Для проведения измерений радиационного баланса балансомер с термопреобразователем располагают строго параллельно поверхности земли. При этом все виды солнечной радиации, приходящей к деятельной земной поверхности, нагревают плоскую приемную поверхность термопреобразователя балансомера, обращенную вверх, а все виды радиации,уходящей от деятельной земной поверхности, нагревают вторую плоскую поверхность термопреобразователя, обращенную вниз. Разность температур этих поверхностей создает на выходе термопреобразователя балансомера напряжение, пропорциональное радиационному балансу деятельной поверхности земли. При подключении к выходу балансомера измерительного прибора (вольтметра) измеряют термонапряжение(мВ), пропорциональное интенсивности радиации(кВт/м 2)(1),2 где- коэффициент преобразования (чувствительность) балансомера, мВм /кВт. Чем выше выходное напряжение термопреобразователя и, соответственно, коэффициент преобразования балансомера, тем выше точность измерения радиационного баланса. В известном термопреобразователе балансомера электроизоляционный слой создан на теплоотводящем стержне каждой одинарной термобатареи из тонких слоев папиросной или конденсаторной бумаги, проклеенных между собой клеем БФ-4. На бумажный электроизоляционный слой плотно намотана спиральная обмотка из константановой ленты, на каждом витке которой методом гальванического осаждения меди созданы термопары медь-константан. Очевидно, что термоЭДС и выходное термонапряжение каждой одинарной термобатареи и, соответственно, всего термопреобразователя балансомера прямо пропорциональны числу витков обмотки каждой одинарной термобатареи. При изготовлении одинарных термобатарей с целью увеличения термоЭДС созданных термопар медь-константан проводят технологический процесс термодиффузии меди в константановую основу. Для этого осуществляют отжиг одинарных термобатарей в вакуумной камере при температуре 350 С в течение одного часа. При таких условиях отжига электроизоляционный слой, созданный на медном стержне из бумаги и клея БФ-4, усыхает и уменьшается в объеме. Поэтому первоначально плотно намотанная на этот слой ленточная константановая обмотка с термопарами после процесса отжига оказывается провисающей и ее отдельные витки получают возможность передвигаться вдоль стержня одинарной термобатареи под действием даже незначительных усилий. При этом некоторые рядом расположенные два или более витка обмотки могут соприкасаться друг с другом и образовывать один общий электрически короткозамкнутый виток. Сдвиг плохо закрепленных витков обмотки происходит при проведении последующих технологических операций изготовления термопреобразователя балансомера. Во-первых, плоскую термобатарею, собранную из одинарных термобатарей, заливают в специальной пресс-форме затвердевающим компаундом в виде эпоксидной смолы, после чего проводят обезгаживание смолы в вакуумной камере. Сдвиг витков обмотки при вакуумировании смолы возможен как за счет ее локального перемещения расширяющимися в объеме пузырьками воздуха, растворенного в смоле, так и за счет энергии кавитационных ударных волн, возникающих при захлопывании воздушных пузырьков в объеме смолы. 2 7836 8 2012.06.30 Во-вторых, при последующем сдавливании обезгаженной смолы прижимной крышкой пресс-формы смола перемещается вдоль стержней одинарных термобатарей и увлекает за собой плохо закрепленные витки обмотки, которые могут соприкоснуться друг с другом. В результате образования соприкасающихся короткозамкнутых витков общее количество витков в каждой одинарной термобатарее уменьшается. Следовательно, уменьшается и общее количество термопар в термобатарее, что ведет к снижению выходного напряжения термобатареи и, соответственно, к уменьшению коэффициента преобразования балансомера. Кроме того, под действием кавитационных ударных волн острые кромки константановой ленточной обмотки могут частично повреждать бумажный электроизоляционный слой на теплоотводящих стержнях одинарных термобатарей. С течением времени в процессе эксплуатации балансомера в местах нарушения изоляции будут возникать токи утечки, приводящие впоследствии к электрическому пробою электроизоляционного слоя на корпус и выходу термопреобразователя из строя. Это снижает надежность эксплуатации и уменьшает срок службы термопреобразователя балансомера. Задачей полезной модели является повышение точности измерений радиационного баланса, увеличение надежности эксплуатации и срока службы балансомера. Поставленная задача решается тем, что в термопреобразователе балансомера, включающем плоскую термобатарею, образованную из соединенных последовательно одинарных термобатарей, средняя часть каждой из которых, содержащая спиральную обмотку с термопарами, размещена внутри затвердевшей основы, покрытой слоем влагозащитного вещества, в отличие от прототипа, на средней части каждой одинарной термобатареи создан дополнительный слой влагозащитного вещества. В предложенном техническом решении слой влагозащитного вещества наносится на среднюю часть одинарных термобатарей после технологического процесса отжига. Влагозащитное вещество после высыхания прочно закрепляет спиральную обмотку на электроизоляционном бумажном слое, что препятствует перемещению и электрическому замыканию ее витков, а также предотвращает повреждение электроизоляционного слоя при последующих операциях изготовления термопреобразователя балансомера. Кроме того, влагозащитное вещество, покрывающее спиральную обмотку и электроизоляционный слой на каждой одинарной термобатарее, является одновременно и дополнительным гидроизоляционным барьером для влаги. Все это повышает коэффициент преобразования, а следовательно, точность измерений радиационного баланса, увеличивает надежность эксплуатации и срок службы балансомера. На фиг. 1 изображена схема термопреобразователя балансомера (в разрезе). На фиг. 2 изображена одинарная термобатарея балансомера. Термопреобразователь балансомера содержит плоскую термобатарею, составленную из одинарных термобатарей, соединенных между собой последовательно. Каждая одинарная термобатарея состоит из теплоотводящего стержня 1, средняя часть которого покрыта электроизоляционным бумажным слоем (на фигурах не показано). На этот слой намотана спиральная обмотка, на каждом витке 2 которой созданы термопары 3. Средняя часть всех одинарных термобатарей, содержащая электроизоляционный слой и спиральную обмотку с термопарами 3, покрыта слоем влагозащитного вещества 4 и размещена внутри затвердевшей основы 5. Затвердевшая основа 5 со всех сторон покрыта влагозащитным веществом(на фигурах не показано). Слои влагозащитного вещества, нанесенные на две плоскопараллельные поверхности затвердевшей основы 5 и покрытые черной глубоко матовой краской, являются приемными поверхностями 6 и 7 термопреобразователя балансомера. Термопреобразователь балансомера может включать в себя, например, десять одинарных термобатарей. Каждая одинарная термобатарея состоит из медного стержня 1, на котором сформирован электроизоляционный слой из проклеенных между собой клеем БФ-4 слоев конденсаторной бумаги КОН-2-10 толщиной 0,012 мм. Поверх электроизоляцион 3 7836 8 2012.06.30 ного слоя намотана спиральная обмотка из 35 витков константановой ленты толщиной 30 мкм и шириной 0,8 мм. Для закрепления обмотки на ее концах образованы короткозамкнутые витки из трех наложенных друг на друга витков ленты, которые пропаяны припоем. Половина обмотки вдоль стержня защищена грунтовкой К-070 ОСТ 3-6323-87,а вторая половина обмотки гальванически покрыта слоем меди толщиной 610 мкм. При этом на каждом витке 2 обмотки начало и конец медного слоя являются диаметрально расположенными термопарами 3 медь-константан, а все термопары 3 на обмотке образуют расположенные вдоль стержня два диаметрально противоположных ряда термопар (на фиг. 2 показаны только верхние термопары 3). Все одинарные термобатареи покрыты слоем влагозащитного вещества и уложены в специальной пресс-форме в горизонтальной плоскости параллельно друг другу с соединенными последовательно спиральными обмотками, после чего залиты эпоксидным компаундом К-153 с кварцевым наполнителем. Влагозащитное вещество, которое нанесено на среднюю часть одинарных термобатарей и поверхность затвердевшего компаунда, представляет собой, например, лак УР-231 или лак ПФ-170. Термопреобразователь балансомера работает следующим образом. Балансомер ориентируется своим термопреобразователем горизонтально относительно земной поверхности и закрепляется на метеорологической стойке. Конструктивно термобатарея балансомера создана таким образом, что суммарные термоЭДС верхнего и нижнего ряда термопар, расположенных соответственно под верхней и нижней приемными поверхностями, направлены навстречу друг другу. Поэтому при нагревании их солнечным излучением и излучением, отраженным от земли, выходное напряжение термопреобразователя балансомера будет равно разности этих термоЭДС и будет соответствовать радиационному балансу деятельной земной поверхности. Это напряжение поступает на вход измерительного прибора и регистрируется оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция термопреобразователя балансомера позволяет увеличить точность измерений радиационного баланса, надежность эксплуатации и срок службы балансомера. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4