Термопреобразователь актинометра

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кривонощенко Владимир Иванович Стрибук Петр Васильевич Казеев Юрий Иванович Луцевич Виктор Михайлович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Термопреобразователь актинометра, содержащий теплоотводящую оправу и приемник солнечной радиации, включающий диск, на приемной поверхности которого нанесено теплопоглощающее покрытие, и термобатарею с термопарами, образованными из последовательно соединенных между собой концов ленточных отрезков, которые уложены в одной плоскости зигзагообразно в виде кольца таким образом, что периферийные и центральные термопары образуют соответственно внешнюю и внутреннюю концентрические окружности кольца, причем периферийные термопары через электроизолирующий слой присоединены к теплоотводящей оправе, а центральные термопары через электроизолирующий слой присоединены к диску, отличающийся тем, что центральные термопары размещены на приемной поверхности диска и на них выполнено теплопоглощающее покрытие. Фиг. 1 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. 78372011.12.30 Известен термопреобразователь актинометра, содержащий установленные в корпусе актинометра теплоотводящую оправу, приемник солнечной радиации, включающий диск с почерненной со стороны солнца приемной поверхностью и термобатарею с термопарами. Теплоотводящая оправа выполнена из алюминиевого сплава в виде кольца, а диск - из фольги алюминиевого сплава. На поверхности теплоотводящей оправы и диска методом анодного оксидирования созданы высокотеплопроводные электроизолирующие слои из окиси алюминия. Термопары термобатареи созданы методом пайки или точечной сварки обоих концов чередующихся между собой ленточных отрезков из манганина и константана длиной 7 мм и толщиной 30-40 мкм. При этом ленточные отрезки уложены зигзагообразно в одной плоскости в виде кольца таким образом, что центральные и периферийные термопары образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца. Центральные термопары термобатареи присоединены к электроизолирующему слою, созданному на диске, и ее периферийные термопары - к электроизолирующему слою, созданному на 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 и имеют температуру окружающей среды и корпуса актинометра. ТермоЭДС центральных и периферийных термопар термобатареи актинометра всегда направлены навстречу друг другу, поэтому в установившемся при проведении измерений тепловом режиме суммарная термоЭДС термобатареи актинометра пропорциональна разности температурвсех ее центральных и периферийных термопар 1-2,(1) где 1 - температура центральных термопар 2 - температура периферийных термопар. При подключении к выходу термобатареи актинометра измерительного прибора(вольтметра) измеряют пропорциональное термоЭДС термонапряжение(мВ), которое, в свою очередь, пропорционально величине прямой солнечной радиации(кВт/м 2)(2),2 где К - коэффициент преобразования (чувствительность) актинометра (мВм /кВт). Таким образом, коэффициент преобразования актинометра пропорционален выходному напряжению, термоЭДС и, соответственно, разности температурмежду центральными и периферийными термопарами. Чем выше температура 1 центральных термопар,тем выше коэффициент преобразования актинометра, т.е. его чувствительность. В известном термопреобразователе актинометра центральные термопары термобатареи присоединены к диску со стороны обратной его почерненной приемной поверхности, на которую падает солнечное излучение. В связи с этим нагрев центральных термопар термобатареи при измерениях осуществляется в результате перехода к ним тепла от нагреваемой приемной поверхности диска через слой окиси алюминия, созданного на поверхности алюминиевого диска, и через прослойку клея, с помощью которого центральные термопары присоединены к диску. Эти слои окиси алюминия и клея являются тепловыми барьерами для процесса теплопереноса, так как обладают более низкими по сравнению с металлами коэффициентами теплопроводности. Это уменьшает скорость теплоотвода от нагреваемой приемной поверхности диска к центральным термопарам и, соответственно, снижает их температуру 1, что приводит к уменьшению разности температур между центральными и периферийными термопарами термобатареи 1-2. Недостатком известного технического решения является невысокая точность измерений актинометра, обусловленная низкой чувствительностью прибора, то есть низкого значения его коэффициента преобразования. Значения коэффициента преобразования актинометра невысоки из-за заниженных величин разности температури соответственно термоЭДС и выходного термонапряжения прибора. 2 78372011.12.30 Задачей полезной модели является повышение точности измерений актинометра за счет увеличения его коэффициента преобразования. Поставленная задача решается тем, что в термопреобразователе актинометра, содержащем теплоотводящую оправу и приемник солнечной радиации, включающий диск, на приемной поверхности которого нанесено теплопоглощающее покрытие, и термобатарею с термопарами, образованными из последовательно соединенных между собой концов ленточных отрезков, которые уложены в одной плоскости зигзагообразно в виде кольца таким образом, что периферийные и центральные термопары образуют соответственно внешнюю и внутреннюю концентрические окружности кольца, причем периферийные термопары через электроизолирующий слой присоединены к теплоотводящей оправе, а центральные термопары через электроизолирующий слой присоединены к диску, в отличие от прототипа центральные термопары размещены на приемной поверхности диска и на них выполнено теплопоглощающее покрытие. В предложенном техническом решении ленточные отрезки с центральными термопарами присоединены к той стороне диска, на которую падает солнечное излучение. На них и одновременно на участки диска между ленточными термопарами нанесено теплопоглощающее покрытие. При таком расположении на диске центральных термопар теплоизоляционная прослойка из окиси алюминия и клея уже не будет влиять на процесс теплопереноса, и солнечное излучение сразу будет нагревать центральные термопары до максимально возможной температуры. Поэтому температура 1 центральных термопар будет иметь значения более высокие, чем у прототипа. Диск в этом случае уже не играет основной роли приемника и аккумулятора солнечной энергии, а обеспечивает только фиксацию ленточных отрезков с центральными термопарами в одной горизонтальной плоскости и придает дополнительную жесткость конструкции термобатареи. В итоге разность температурв формуле (1), выходное термонапряжение и, следовательно, коэффициент преобразования актинометра будут иметь более высокие значения по сравнению с известным термопреобразователем, что приведет к повышению точности измерений актинометра. Фиг. 1 - схематично изображен термопреобразователь, установленный в корпусе актинометра. Фиг. 2 - изображена термобатарея термопреобразователя актинометра. Термопреобразователь 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 из окиси алюминия 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. Термобатарея 3 образована из соединенных между собой методом пайки или точечной сварки обоих концов ленточных отрезков из манганина и константана длиной 7 мм и толщиной 35 мкм, уложенных зигзагообразно в виде кольца таким образом, что центральные термопары 6 и периферийные термопары 7 образуют соответственно внутреннюю и внешнюю концентрические окружности кольца. Центральные термопары 6 через электроизолирующий слой 5 присоединены с помощью клея к диску 2 со стороны падающего на него солнечного излучения. На обращенные к солнцу поверхности центральных термопар 6, а также на участки диска 2, находящиеся между ленточными термопарами, нанесено теплопоглощающее покрытие 8 в виде черной глубоко матовой краски, чтобы обеспечить эффект максимального поглощения солнечной радиации. Периферийные термопары 7 через электроизолирующий слой 4 присоединены с помощью клея к теплоотводящей оправе 1. 3 78372011.12.30 Термопреобразователь плотно установлен в корпусе 9 актинометра. Термопреобразователь актинометра работает следующим образом. Приемник солнечной радиации термопреобразователя ориентируется на диск солнца таким образом, чтобы солнечное излучение падало строго перпендикулярно на зачерненные поверхности центральных термопар 6 и диска 2 и нагревало их. Периферийные термопары 7 термобатареи 3, на которые солнечное излучение не попадает, имеют хороший тепловой контакт с теплоотводящей оправой 1 и соответственно с корпусом 9 актинометра. Поэтому их температура соответствует температуре окружающей среды. За счет разницы температур центральных термопар 6 и периферийных термопар 7 на выходе термобатареи 3 генерируют термонапряжение, пропорциональное величине прямой солнечной радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов термобатареи 3 подается на вход измерительного прибора (на фигуре не показано) и регистрируются оператором. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить точность измерения актинометра за счет увеличения его чувствительности, то есть коэффициента преобразования. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4