Измеритель солнечной радиации Советский патент 1984 года по МПК G01W1/12 

ю

m ед

00

1 , Изобретение относится к актинометрии и может использоваться при проведении измерений солнечной ради ции. Извастен измеритель солнечной ра диации, содержащий корпус с теплоизолируюп1им кожухом, расположенную в нем приемную головку со встроенным приемным элементом, теплоотвод., апертурную i трубу с диафрагмами и систему управления jj , Недостатки этого измерителя заключаются в непостоянстве условий внутри теплоизолирующего кожуха (во можность перегрева) и значительной массе термостатирующего устройства. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является измеритель солнечной радиации с автоматической компенсацией, в котором для уменьшения влияния дрейфа напряжения сме щения усилитель отрицательной обратной связи вьшолнен с преобразователем. При этом входной сигнал преобразуется с помощью модулятора в переменное напряжение, которое усиливается усилителем переменного тока, а затем выпрямляется фазочувс вительным демодулятором и поступает на вход основного усилителя постоян ного тока, работающего в режиме интегратора. Для увеличения мощности .выхода используется дополнительный усилитель мощности. Для обеспечения аста1тического режима работы системы введена общая изодромная обратная связь 2 , Недостатки известного измерителя - ограниченные точность и разрешающая способность во времени. Рабочее соотношение для расчета энергетической освещенности измеря мой радиации, у известного прибора имеет вид E-KtcJ,); к . - независимо определяемый переводной множитель 0 - мощности электрического тока, выделяемые в прием ном элементе при его затенении и освещении соо ветственно. Таким образом, измеряемая величр на Е получается из разности электрических мощностей замещения. Наличие начальной мощности СЗо (рассеи 87,2 ваемой при облучении приемного элемента) в болометрических измерителях обязательно хотя бы потому, что без подачи рабочего напряжения на измерительный мост постоянного тока он не функционирует. Следовательно, погрешность измерения величины Е складывается из погрешностей измерения величин 63 и OQ, При этом величина не может быть много меньше о , так как возрастает относительная погрешность ее определения. При уменьшении напряжения на измерительном мосте соответственно уменьшается чувствительность измерительной что ведет к росту погрешности. Кроме того, наличие подогревающей мощности GJ,., в боломет рическом приемном элемент-е приводит к неизбежному дополнительному перегреву приемного элемента над температурой окр жающей средЕ,, что может вызывать нестабильность (конвективные явления), Все отмеченное ведет к снижению точности измерений. Процесс измерений в известном приборе требует двух фаз: фазы облучения (отсчет уравновешивающей мост мощности Од ) и фазы затенения (отсчет уравновешивающей теневой мощности о ), Обычно в пиргелиометрах калшая фаза требует 0,5-1,0 мин. Таким образом, известные приборы не имеют временную разрешающую способность лучше -1 мин. Между тем постоянная времени приемного элемента пиргелиометра обычно имеет порядок 3 зан1-1я:енну10 временную разрешающую способностгэоЦель изобретения поБьШ1ение точности при одновременном увеличении временной разрешающей способности измерителя солнечной радиации. Для достижения поставленной цели измеритель солнечной радиации, содержащий болометрический приемный элемент, расположенньй в корпусе с апертурной трубой, снабжен дополнительным, идентичным с приемным, болометрическим элементом,расположенным в одном корпусе с болометрическим приемным элементом, а компенсационная схема обработки сигнала вьшолнена в виде двух накопительных элементов, соединенных с болометрическими элементами в измерительньй мост переменного тока, полосового 5 усилителя положительной обратной связи, вход и выход которого подклю чены соответственно к выходу и входу измерительного моста, блок-а компенсации, включенного между выходом полосового усилителя положительной обратной связи и дополнительным болометрическим элементом, а также индикатора, соединенного с. блоком компенсации. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого измерителяJ на фиг. 2 функциональная схема полосового усилителя положительной обратной связи; на фиг. 3 - функцио нальные схемы блоков компенсации и индикации. Болометрический приемный элемент 1 (фиг. 1) и дополнительный боломет рический элемент 2 помещены в общий корпус с апертурной трубой (не показаны) и соединены с двумя накопительными элементами 3 и 4 в измерительный мост переменного тока с включенным между его выходом и входом полосовым усилителем 5 положительной обратной связи. К выходу этого усилителя подключен блок компенсации, связанный с индикатором 7, причем выход блока компенсации соединен с дополнительным болометрическим элементом. Предлагаемый измеритель работает следующим образом. В отсутствие солнечной радиации измерительный мост находится в состоянии баланса, и колебания в нем отсутствуют. При воздействии на болометрический приемный элемент 1 солнечной радиации его сопротивлени возрастает, что приводит к нарушению состояния баланса этого моста, и за счет полосового усилителя 5 положительной обратной связи в измерительном мосте возникают колебания с частотой настройки полосово го усилителя. В результате на выходе блока компенсации появляется пос тоянное напряжение, приводящее к принудительному нагреву дополнитель ного болометрического элемента 2, обеспечивающего с некоторой статической ошибкой уравновешивание измерительного моста. Задача измерения солнечной радиации сводится к определению мощности, рассеиваемой в дополнительном болометрическом 874 элементе 2, и осуществляется с помощью индикатора 7 Сигналы через накопительно-резистивные цепочки C1R1 и C2R2 . (фиг. 2) с одинаковыми коэффициентами передачи поступают на вход дифференциального операционного усилителя (оду), к выходу которого подключен полосовой усилитель (ПУ). В блоке компенсации (фиг. 3) сигнал через накопительно-резистивную цепочку C3R3 поступает на диод, которьй осуществляет однополупериодное вьтрямление и создает положительное напряжение между обкладками накопительного элемента С4. Цепочка из накопительных элементов С5 С7 и резисторов R4-R6 представляет собой фильтр Н11жних частот, с помощью которого обеспечивается выделение постоянной составляющей выпрямленного напряжения, которая усиливается усилителем постоянного тока. Выход этого усилителя через индуктивньш дроссель, представляющий большое согфотивление переменному току, и калиброванное сопротивление соединен с дополнительным болометрическим элементом. В состав индикатора входит, например, цифровой вольтметр и переключатель, обеспечивающий в положении 0-1 измерение падения напряжения на дополнительном болометрическом элементе, а в положении 0-2 - суммарное падение напряжения на цепочке из последовательно соединенных дополнительного болометрического элемента и калиброванного сопротивления ( Ur,. + 1 k этом случае интенсивность прямой солнечной радиации может быть вычислена из следующего выражения U UKVU-Z где К - постоянная приемного болометрического элемента. Можно использовать два цифровых вольтметра для независимого измерения напряжения на дополнительном болометрическом элементе и на калиброванном сопротивлении. Тогда оба напряжения могут быть изме рены одновременно в любой момент времени, Предлагаемый измеритель имеет существенные преимущества, обеспечивая повьппение точности и увеличение временной разрешанщей способности. Отсутствие начальной мощности оЗо ведет к исключению погрешностей, связанных с ее измерениемз а также к исключению дополнительного нагрева болометрического приемного элемента, что улучшает стабильность его работы. Оба фактора приводят к повышению точности измерений (по меньшей мере в 2 раза, так как погрешность измерений Од больше, чем UT из-за меньшего значения &)( ). Кроме того, в предлагаемом измерителе нет фазы тень, поскольку измеряется непосредственно мощност 876 в дополнительном болометре одновременно с облучением основного измеряемой радиацией. Таким образом, предлагаемый измеритель является измерителем следящего типа и его разрешающая способность близка к тепловой постоянной времени применяемых болометрических элементов, т.е. существенно лучше, чем у противопоставляемых приборов. Кроме того, из-за подобного принципа действия предлагаемый измеритель можно использовать при измерениях в условиях изменения температуры окружающей среды.

ИЗМЕРИТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, содержащий болометрический приемный элемент, расположенный в корпусе с апертурной трубой, и ко тенсационную схему обработки сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения временной разрешающей способности, он снабжен дополнительным, идентичным с приемным, болометрическим элементом, расположенным в одном корпусе с болометрическим приемным элементом, а компенсационная схема выполнена в виду двух накопительных элементов, соединенных с болометрическими элементами в измерительный мост переменного тока, полосового усилителя положительной обратной связи, вход и выход которос о го подключены соответственно к выходу и входу измерительного моста, блока компенсации, включенного между выходом полосового усилителя положительной обратной связи и дополнительным болометрическим элементом, а также индикатора, соединенного с блоком компенсации.

4:

/

Т

Фиг. 1

Г

НУ

Фиг. 2