Способ изготовления термобатареи балансомера

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОБАТАРЕИ БАЛАНСОМЕРА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Автор Кривонощенко Владимир Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Способ изготовления термобатареи балансомера, образованной изодинарных термобатарей, заключающийся в том, что на стержне каждой одинарной термобатареи, выполненном из высокотеплопроводного металла, формируют электроизоляционный слой,наматывают на него спиральную обмотку из константановой ленты и наносят металлическое покрытие на половину каждого витка обмотки для образования на всех ее витках двух диаметрально расположенных рядов термопар, затем полученные одинарные термобатареи укладывают в пресс-форму в горизонтальной плоскости параллельно друг другу так, чтобы были образованыверхних инижних рядов термопар, соединяют последовательно выводы соседних спиральных обмоток, заливают уложенные одинарные термобатареи затвердевающим компаундом и создают на двух плоскопараллельных поверхностях компаунда, под которыми находятся верхние и нижние ряды термопар, два приемника солнечной радиации, отличающийся тем, что перед укладкой одинарных термобатарей поочередно на оба ряда термопар каждой одинарной термобатареи воздействуют тепловым 14147 1 2011.04.30 излучением и одновременно измеряют величины соответствующих выходных термонапряжений 1 и 2, после чего одинарные термобатареи укладывают таким образом, чтобы суммарное значение измеренных величин термонапряжения всехверхних рядов термо пар 11 и суммарное значение измеренных величин термонапряжения всех 1 нижних рядов термопар 22 удовлетворяли соотношению 1 Изобретение относится к измерительной технике в области метеорологии, в частности к актинометрии, и может быть использовано при изготовлении приборов для определения радиационного баланса, то есть интенсивности остаточной солнечной радиации деятельной земной поверхности. Известен способ изготовления термобатареи балансомера, образованной изодинарных термобатарей, заключающийся в том, что на стержне каждой одинарной термобатареи, выполненном из высокотеплопроводного металла, формируют электроизоляционный слой, наматывают на него спиральную обмотку из константановой ленты и наносят гальваническое покрытие из серебра на половину каждого витка обмотки для образования на всех ее витках двух расположенных напротив друг друга рядов термопар. Таким образом изготавливают одинарные термобатареи. Их укладывают в специальную пресс-форму в горизонтальной плоскости параллельно друг другу так, чтоб были образованыверхних инижних рядов термопар, соединяют электрически последовательно выводы соседних спиральных обмоток и заливают всю конструкцию в пресс-форме затвердевающим компаундом. После застывания компаунда на его двух плоскопараллельных поверхностях,под которыми находятся верхние и нижние ряды термопар, создают два почерненных приемника солнечной радиации 1, 2. Для проведения измерений радиационного баланса балансомер с термобатареей располагают строго параллельно поверхности земли. При этом все виды солнечной радиации,приходящей к деятельной земной поверхности, нагревают первую плоскую приемную поверхность термобатареи балансомера, обращенную вверх, а все виды радиации, уходящей от деятельной земной поверхности, нагревают вторую плоскую приемную поверхность термобатареи, обращенную вниз. Разность температур этих поверхностей создает на выходе термобатареи балансомера термоЭДС, пропорциональную радиационному балансу деятельной поверхности земли. При подключении к выходу балансомера измерительного прибора (вольтметра) измеряют термонапряжение(мВ), пропорциональное интенсивности радиации(кВт/м 2)(1). Коэффициент пропорциональностиназывается чувствительностью или коэффициентом преобразования балансомера и выражается в мВм 2/кВт (система СИ). Коэффициент преобразования балансомера определяют как среднее арифметическое коэффициентов преобразования обеих сторон термобатареи балансомера 12,(2) 2 где 1 и 2 - значения коэффициентов преобразования соответственно первой и второй сторон термобатареи балансомера. Значения коэффициентов преобразования 1 и 2 вычисляют по измеренным значениям термонапряжений при воздействии на обе стороны термобатареи балансомера поочередно равным по величине потоком энергетической освещенности (интенсивности радиации) 2(4) 0 где 0 - значение коэффициента преобразования эталонного прибора (актинометра), определяющего величину прямой солнечной радиации 0 - максимальное значение термонапряжения эталонного прибора (актинометра). 1 и 2 - максимальные значения термонапряжений первой и второй сторон термобатареи балансомера,при этом 1 где 1 и 2 - значения термонапряжений первого и второго ряда термопар одинарной термобатареи, входящей в состав термобатареи балансомера- количество одинарных термобатарей 1 и 2 - минимальные значения термонапряжения обеих сторон термобатареи балансомера, когда при затенении балансомера величина воздействующего на него потока энергетической освещенности равна нулю. Важнейшим техническим параметром балансомера, характеризующим точность измерений радиационного баланса, является разница между коэффициентами преобразования обеих сторон термобатареи балансомера или асимметрия балансомера , вычисляемая в процентах 12100 . С увеличением асимметрии точность измерений снижается. После подстановки в (6) выражений для , 1, 2 из (2), (3), (4) и учитывая, что 11 и 22 (на 2 порядка), получим 2( 12 )100.(7) 12 В идеальном случае при поочередном воздействии на обе приемные поверхности балансомера одинакового потока энергетической освещенности (интенсивности радиации) суммарные термоЭДС всех верхних и нижнихрядов термопар должны быть равны. При измерениях выходные напряжения 1 и 2 термобатареи балансомера в этом случае также равны и 0. В действительности, в реальных технологических условиях изготовления термобатареи этого равенства невозможно достигнуть, так как невозможно получить на каждом витке константановой ленты две расположенные напротив друг друга термопары с одинаковым значением термоЭДС из-за неидентичности условий протекания приповерхностных физико-химических процессов при гальваническом осаждении металла на всех витках ленты, а также из-за низкой повторяемости технологических процессов во всех технологических операциях, как при изготовлении одинарных термобатарей на каждом изстержней, так и термобатареи балансомера в целом. Поэтому значения величин термоЭДС и соответственно измеряемых напряжений 1,2 верхних и нижних рядов термопар на каждой одинарной термобатарее имеют статистический характер и всегда отличаются друг от друга. Следовательно, 12 и 0. Согласно методическим указаниям по актинометрическим наблюдениям и в соответствии с техническими условиями, величина асимметрии балансомера как при его изготовлении, так и при проведении периодических поверок во время его эксплуатации должна быть менее 53, 4, что обеспечивает необходимую точность измерений балансомера. 3 14147 1 2011.04.30 Недостатком известных способов изготовления термобатареи балансомера является недостаточная точность измерений, определяемая большими значениями асимметрии. Это обусловлено тем, что термонапряжение первого ряда термопар всегда отличается от термонапряжения второго ряда термопар, созданных на константановой обмотке каждой изодинарных термобатарей балансомера. Поэтому при произвольной, неконтролируемой по выходному напряжению укладке в пресс-форму всеходинарных термобатарей в процессе сборки термобатареи балансомера невозможно изготовить ее так, чтобы суммарные значения величины термонапряжений всех ееверхних и всехнижних рядов термопар были бы заранее равны или имели бы достаточно близкие значения. При этом величина асимметрииизначально будет иметь случайные значения и может быть как меньше, так и больше 5 . В последнем случае изготовленные таким способом термобатареи балансомера не удовлетворяют техническим требованиям и отбраковываются. Теоретически процент брака может достигать 50 . Таким образом, все указанные недостатки повышают асимметрию и снижают точность измерений балансомера, а также процент выхода годных термобатарей. Целью изобретения является снижение асимметрии, повышение точности измерений балансомера и процента выхода годных термобатарей. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления термобатареи балансомера, образованной изодинарных термобатарей, заключающемся в том, что на стержне каждой одинарной термобатареи, выполненном из высокотеплопроводного металла, формируют электроизоляционный слой, наматывают на него спиральную обмотку из константановой ленты и наносят металлическое покрытие на половину каждого витка обмотки для образования на всех ее витках двух диаметрально расположенных рядов термопар, затем полученные одинарные термобатареи укладывают в пресс-форму в горизонтальной плоскости параллельно друг другу так, чтобы были образованыверхних инижних рядов термопар, соединяют последовательно выводы соседних спиральных обмоток, заливают уложенные одинарные термобатареи затвердевающим компаундом и создают на двух плоскопараллельных поверхностях компаунда, под которыми находятся верхние и нижние ряды термопар, два приемника солнечной радиации, в отличие от прототипа, перед укладкой одинарных термобатарей поочередно на оба ряда термопар каждой одинарной термобатареи воздействуют тепловым излучением и одновременно измеряют величины соответствующих выходных термонапряжений 1 и 2, после чего одинарные термобатареи укладывают таким образом, чтобы суммарное значение измеренных вели чин термонапряжения всехверхних рядов термопар 11 и суммарное значение 1 измеренных величин термонапряжения всехнижних рядов термопар 22 удо 1 2( 12 ) влетворяли соотношению 1005. 12 Способ изготовления термобатареи балансомера осуществляется с помощью схемы,представленной на фигуре. На металлическом стержне 1, входящем в конструкцию каждой одинарной термобатареи балансомера, создают электроизоляционный слой 2, поверх которого наматывают спиральную обмотку 3 из константановой ленты. Затем на половину каждого витка обмотки 3 наносят металлическое покрытие 4 для образования на всех ее витках двух диаметрально расположенных рядов термопар 5 и 6. После этого на первый и второй ряды термопар полученной одинарной термобатареи поочередно воздействуют тепловым излучением с помощью источника тепла 7 и одновременно с помощью измерительного прибора 8 измеряют соответствующие выходные термонапряжения 1 и 2, гдеменяется от 1 до ,- количество одинарных термо 4 14147 1 2011.04.30 батарей в изготавливаемой термобатарее балансомера. Затем укладывают всеодинарных термобатарей в специальную пресс-форму в горизонтальной плоскости параллельно друг другу так, чтобы были образованыверхних инижних рядов термопар, но обязательно таким образом, чтобы суммарное значение измеренных величин термонапряжения всехверхних рядов термопар 11 и суммарное значение измеренных величин 1 термонапряжения всехнижних рядов термопар 22 были бы равны или незна 1 чительно отличались друг от друга, то есть должно быть 12. В этом случае асимметрия балансомера всегда будет удовлетворять условию 2( 12 )1005.12 После этого соединяют последовательно между собой выводы соседних спиральных обмоток, заливают в пресс-форме все одинарные термобатареи затвердевающим компаундом и создают после выемки заготовки термобатареи балансомера из пресс-формы на двух плоскопараллельных поверхностях компаунда, под которыми находятся верхние и нижние ряды термопар, два приемника солнечной радиации. Пример. Для изготовления термобатареи балансомера на каждом из 10 стержней, выполненных из меди, формируют электроизолирующий слой из трех проклеенных между собой клеем БФ-4 слоев конденсаторной бумаги КОН-2-10 толщиной 12 мкм. Поверх бумажного электроизоляционного слоя плотно наматывают обмотку из 40 витков константановой ленты толщиной 30 мкм и шириной 0,8 мм. На концах обмотки образуют короткозамкнутые витки, которые пропаивают припоем. Для создания металлического покрытия на половине каждого витка обмотки одну половину обмотки вдоль стержня покрывают грунтовкой АК-070 ОСТ 3-6326-87, а вторую половину обмотки в гальванической ванне покрывают слоем меди толщиной 6-10 мкм. При этом на каждом витке обмотки начало и конец медного слоя являются диаметрально расположенными термопарами медь-константан, а все термопары на обмотке образуют расположенные вдоль стержня два ряда термопар. Таким образом создают 10 одинарных термобатарей. После этого на первый и второй ряды термопар каждой одинарной термобатареи поочередно воздействуют тепловым излучением, соответствующим потоку энергетической освещенности величиной 0,4 кВт/м 2, созданным лампой накаливания мощностью 1 кВт. Одновременно измеряют с помощью вольтметра (например, В 7-38) и фиксируют в таблице соответствующие величины выходных термонапряжений с каждого ряда термопар. Результаты измерений термонапряжений приведены в табл. 1. Таблица 1- номер Суммарные велиодинарной 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 чины термонапрятермобатареи жений, мВ Величина 1 10 первого ряда 0,31 0,35 0,34 0,46 0,33 0,40 0,36 0,32 0,32 0,40 113,59 1 термопар (мВ) Величина 2 10 второго ряда 0,35 0,39 0,39 0,51 0,37 0,42 0,34 0,34 0,39 0,42223,92 1 термопар (мВ) Если при изготовлении термобатареи балансомера уложить в пресс-форму эти десять одинарных термобатарей таким образом, чтобы все их первые ряды термопар были бы обращены вверх, а все вторые ряды термопар были бы обращены вниз в пресс-форме, то 5 14147 1 2011.04.30 2( 12 )1008,8.Это значение 12 не удовлетворяет техническим требованиям. Изготавливать такую термобатарею балансомера недопустимо, так как после заливки затвердевающим компаундом она становится неразборной, не подлежит коррекции по выходному напряжению и отбраковывается. Для исключения брака необходимо уложить одинарные термобатареи в пресс-форму так, чтобы вычисленные величины 1 и 2 были равны или имели близкие значения. Исходя из этого, методом подбора и перестановки данных из табл. 1 составляют табл. 2. В данном конкретном примере мы получили табл. 2 в следующем виде. Таблица 2 асимметрия балансомера будет равна- номер Суммарные величины одинарных 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 термонапряжений мВ термобатарей Величина 10 113,79 первого ряда 0,35 0,35 0,39 0,51 0,37 0,40 0,36 0,32 0,32 0,42 1 термопар (мВ) Величина 2 10 второго ряда 0,31 0,39 0,34 0,46 0,33 0,42 0,34 0,34 0,39 0,40223,72 1 термопар (мВ) 2( 12 )1001,86, что удовлетворяет техническим требованиям. В ней 12 Сравнивая с табл. 1, мы видим, что поменялись местами значения в колонках с номерами одинарных термобатарей 1, 3, 4, 5, 10. Следовательно, одинарные термобатареи 1, 3,4, 5 и 10 необходимо уложить в пресс-форму так, чтобы их первые ряды термопар были обращены вниз, тогда вторые ряды термопар будут обращены вверх. Затем соседние обмотки одинарных термобатарей соединяют пайкой последовательно между собой и всю композицию заливают в плоской пресс-форме эпоксидным компаундом К-153 с наполнителем из кварца молотого пылевидного марки А (ГОСТ 9077-82). Смола с наполнителем перед заливкой в пресс-форму вакуумируется для обезгаживания. После затвердевания эпоксидного компаунда заготовку термобатареи балансомера извлекают из пресс-формы и создают на плоскопараллельных поверхностях компаунда, под которыми находятся верхние и нижние ряды термопар, два приемника солнечной радиации. Приемники солнечной радиации образуют нанесением на поверхность компаунда слоев влагозащитного лака (например, лак УР-231, бесцветный, ТУ 6-21-14-9 или лак ПФ-170,бесцветный, ГОСТ 15907-70), которые покрывают черной глубоко матовой краской для обеспечения эффекта максимального поглощения солнечной радиации. Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать термобатареи балансомера с заранее гарантированной минимальной асимметрией, что повышает точность измерений балансомера и обеспечивает процент выхода годных термобатарей, равный 100 . Источники информации 1. Кондратьев К.Я., Актинометрия. - Ленинград Гидрометеоиздат, 1965. - С. 67-70. 2. Кедроливанский В.Н., Стернзат М.С. Метеорологические приборы. - Ленинград Гидрометеоиздат, 1953. - С. 235-237 (прототип). 3. Технические условия РФ К 416153,002 ТУ п. 1. 4. Технические условия РБ ТУ 100230519.179 - 2008, п. 1.1.4, п. 4.7. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6