АКТИНОМЕТР АВТОНОМНЫЙ Российский патент 2002 года по МПК G01W1/12 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения солнечной радиации. Оно может быть использовано для мониторинга окружающей среды: в метеорологии, климатологии, гелиотехнике.

Известные устройства, содержащие приемную поверхность термобатарею-индикатор и термобатарию-холодильник, требуют применения электрических схем для снятия показаний измеряемой величины (см. а.с. СССР 513269, G 01 J 5/10, 05.05.76; 402843, G 01 W 1/12, 19.10.73; 1018089, G 01 W 1/12, 3.04.83).

Недостатком данных устройств является отсутствие автономности и прерывность измерения солнечной радиации, связанные с тем, что необходимо присутствие оператора.

Наиболее близким к предлагаемому решению является прибор AT-50 (см. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам, Ленинград, 1971, С.41). Прибор содержит два спая термоэлементов. Активный спай (горячий) подведен к зачерненному диску, воспринимающему прямую солнечную радиацию, а пассивный спай (холодный) - к корпусу прибора так, чтобы на него не попадали прямые лучи солнца. Под действием солнечной радиации приемник нагревается, и между спаями возникает разность температур, что приводит к возникновению электродвижущей силы, измеряемой гальванометром.

Недостатком этого прибора является низкая надежность в экстремальных климатических условиях, сложность в эксплуатации и невозможность вести непрерывную запись в автономном режиме.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание автономного прибора, работающего в непрерывном автоматическом режиме с регистрацией показаний.

Технический результат, который может быть получен в результате использования предлагаемого изобретения, является повышение надежности прибора.

Указанный технический результат достигается тем, что, как и прототип, актинометр содержит корпус, два термоэлемента, один из которых открыт для солнечных лучей.

В отличие от известного предлагаемый актинометр дополнительно снабжен записывающим устройством и световым экраном, в тени которого размещен второй термоэлемент, при этом оба термоэлемента выполнены из сплава с эффектом памяти формы и кинематически связаны между собой и осью вращения, на которой закреплен пишущий элемент, а записывающее устройство снабжено писчей лентой, приводимой в движение часовым механизмом, взводимым приводом, движителем которого является элемент из сплава с эффектом памяти формы.

Таким образом, достижение технического результата основано на свойствах сплава с эффектом памяти формы, из которого изготовлены термочувствительные элементы и движитель привода, взводимый часовым механизмом, который приводит в движение барабан с писчей лентой.

В диапазоне перепада температуры окружающей среды при суточных колебаниях и/или изменениях степени затененности в элементах происходит обратимое мартенситное (аллотропное) превращение. Мартенситные кристаллы под действием постоянной нагрузки (пружины) в ходе знакопеременных изменений температуры растут и сокращаются ориентированно, что приводит к макроскопической обратимой деформации термочувствительных элементов.

На чертеже представлен автономный актинометр. Он содержит термочувствительные элементы 1 и встречные пружины 2, попарно разделенные световым экраном 3, присоединенные к концам рычага 4, свободно вращающемуся относительно оси 5, на которой закреплен пишущий элемент 6, находящийся в контакте с писчей лентой 7, сматываемой с барабана 8 и наматываемой на барабан 9. Барабан 9 снабжен часовым механизмом 10, который соединен с взводящим механизмом, состоящим из термочувствительного стержня 11 и пружины 12.

Актинометр работает следующим образом. Поскольку два одинаковых элемента 1, разделенные световым экраном 3, включены посредством рычагов 4 навстречу друг другу по отношению к направлению вращения оси 5, то эта ось в отсутствии солнечной радиации (при одинаковом ходе изменения температуры на элементах 1) будет оставаться неподвижной, а при разном ходе (наличие облучения) будет вращаться, поворачиваясь на угол, пропорциональный разности температур на каждом элементе 1, нанося посредством соединенного с ней пишущего элемента 6 соответственно прямую и квазипериодическую линию на ленте 7. Амплитуда квазипериодической линии будет пропорциональна разности температур между освещенным и неосвещенным элементом 1, т.е. интенсивности солнечной радиации. Элемент 11 в ходе суточного колебания температуры и под действием упругой геликоидальной пружины 12 будет совершать знакопеременные вращательные движения, взводя тем самым пружину часового механизма 10, который приводит в движение барабан 9, перемещая равномерно ленту 7 с барабана 8.

В результате работа устройства в целом на ленте будет зафиксирована диаграмма изменения уровня солнечной радиации в течение всего наблюдаемого периода.

Термочувствительные элементы могут быть изготовлены из сплава на основе никелида титана, имеющего интервал мартенситных превращений в диапазоне от - 50 до 70^oС при величине гистерезиса 1,5^oС. Этим требованиям соответствует сплав, легированный палладием, цирконием и медью, способный совершать циклы свыше 10⁷ раз (Патент РФ 2048744).

Преимущество предлагаемого технического решения состоит в том, что использование сплава с эффектом памяти формы в качестве термочувствительных элементов обеспечивает возможность вести автономно длительные наблюдения за изменением уровня солнечной радиации, в том числе в труднодоступных местах земного шара.

Автономный актинометр предназначен для мониторинга окружающей среды, следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".

Использование: мониторинг окружающей среды в метеорологии, климатологии, гелиотехнике. Сущность: устройство содержит три термоэлемента, два из которых обеспечивают измерение относительной величины солнечной радиации за счет перепада температур между теневой и солнечной зонами прибора. Третий элемент приводит в действие записывающее устройство. Работа элементов основана на эффекте памяти формы в металлах. Технический результат: повышение эффективности мониторинга окружающей среды за счет увеличения надежности и автономности работы прибора. 1 ил.

Актинометр автономный, содержащий корпус, два термоэлемента, один из которых открыт для солнечных лучей, отличающийся тем, что дополнительно снабжен записывающим устройством и световым экраном, в тени которого размещен второй термоэлемент, при этом оба термоэлемента выполнены из сплава с эффектом памяти формы и кинематически соединены между собой и осью вращения, на которой закреплен пишущий элемент, а записывающее устройство снабжено писчей лентой на барабанах, приводимых в движение часовым механизмом, взводимым за счет энергии, вырабатываемой третьим термоэлементом, также выполненным из сплава с эффектом памяти формы.