Пиранометр Советский патент 1980 года по МПК G01J5/12 

(54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПИРАНОМЕТР

1

Изобретеннс относится к термоэлсктрнчсскнм прИборам н может быть лрнменено в актинометрии, радиометрии, метеорологии и других областях научных исследований.

Известны термоэлектрические ииранометры, предназначенные для регистрации лучистых нотоков солнечной радиации в снсктральиюм диапазоне от 0,3 до 2,8 мкм, которые содержат термоэлемент, помещенный в металлический корпус, полусферические фильтры, уровень и экран 1. Однако эти приборы обладают рядом недостатков; лависнмостыо чувствительности от температуры окружающей среды; влиянием излучения полусферических фильтров на стабильность нулевого положения; нел1инейной зависимостью выходного сигнала от величи ы падающего потока.

Наиболее близким по технической сущ)К)сти является термоэлектрический пиранометр, содержандий кориус, полусферические (Ьильтры, зачерненную металлическую приемную илощадку, термобатарею, закрепленную с тыловой стороны приемной плоИ1,адки, и рассеиватель тепла для холодных спаев термобатареи.

Недостатком этого прибора является невысокая точность измерений, которая вызвана непостоянством чувствительности

2

при колебан.иях температуры окружающей е)еды и величины облучения.

Цель изобретения - повыщение точности за счет снижения температурной зависимости чувствительности термоэлоктрлчеекого пиранометра при сохранении его выс( чувствительности.

Поставленная цель достигается тем. что в воздугнный зазор между приемной пло101цадкой 1 рассеивателем вводятся две 1найбы, соед 1ненные торцами одна с другой, причем одна из них, контактирующая с приемной площадкой, выпо.тнена из фторопласта, а другая, контактирующая с рас15сеивателем. вынол1 ена из графита, и плоИ1адь соприкосновения с площадкой фторопластовой близка к площади горячих спаев термобатарей, расположенных на площадке.

Па фиг. 1 показан пиранометр в раз20резе; на фиг. 2 - его приемный узел.

Пиранометр содержит латунный корпус /, (()ильтры 2, приемную металлическук плон1адку 3 с черным поглощающнм покрытием, термобатарею 4, холодные cnaii

25 которой укреплены на рассеивателе 5 из меди, фторонластовую шайбу 6 и графитовую шайбу 7.

Принцип работы устройства состоит в

30 следующем.

Поток солнечной радиацщ;, пройдя |)ильтры нрибора, поглощается черной при.-мной нлощадкой. В результате, контактирующие с ней спаи термобатареи получают избыточную температуру отпоснтелыю хо.годных спаси, которые укреплены ка раесснпателе. Интегральная чувстпительиость S пиранометра определяется отпо1генисм ыходного сигнала U к падающему потоку Р, т. е.

3 ,

Be;Mi4Hiia выходного сигиала будет заliiiceTi, от разпости температур АГ между горячими TI п холодными TO спаями термобатареи, количества п спаев и гермоЭДС а одного спая:

U--noi(T,-To)n..(2)

Из иыражеппй (1) и (2) нолучим паАУ

О - -г -, - 1

/

Ир.и постоянной облученности иаг:5етая :;|)немная нлонидка частично теряет свое тепло па излучение по закону 07 теп/юнроводноеть проволок термопар ;i газоiiiyio среду (конвактивно-копдуктивиые ) нри этом ее избыточная температура уме;нлнаетея.

11а;11гчне температурной зависимости тенлопроводпоетп у материала термопар и поздуха, находшцегоея и промежутке г,лоП1,адка-рассеинатель, приводит к , что нри измепеши температуры Го окружаю:пеп ереды тепловые ноте)}1 тоже буд г нзмепятьея.

Значительгюе сниже1П1е температурной : авпсимости чувств.ительности тер:.1оэлекгрического пиранометра нроизводитея п тем введепия в нроетранство н.топиадкой п рассеивателем графнпюй пк-шбы. Графит обладает доетаточно иькчжой тен:1онроводпмоетыо (70 Вт/м К), по ме пипей, чем у медного рассеивателя (395 Вт:м К) и имеет отрИ(1ательную зависимость тенло роводноетп от изменения температурь. (---0,184% па 1°). Выеокая геплопроводпоеть графита по сравпению е 15оздухом, позволяет иеключить те потери, которые температурно евязаны с тенлопро1и);,ноеты( воздуха. Потери на излучение ио : ако::. также значительно сппжамтся, гак к;и увеличенный теилоотвод прпводит к умепьпенлпо избыточной температуры плоп,адкп .:о 6° С вместо 18° С. При этом знач ггельпо умепьгиится и чувствительпоеть И1)иемнпка.

Для того, чтобы обеспечить достаточно высокую чувствительность термоэлектричеекого пиранометра между площадкой и графитовой щайбой вводнтея фторопластозая щайба. Выбором толщины этой щайбы можно регулировать тепловое сопротивление между нлощадкой и графитом п, таким

образом, устанавливать требуемый теплоот и)д с нлоп1,адки, влияющий на величину чувствптел ;ноети.

Кроме того, для улучшения зонной ч;/ етвите.тьпости по поверхности приемной пл()1падкн пп))метра плопадь сслфпкос1 овения фторопластовой шайбы с площад1.}н подбирается равной площади спаев термопар, укреплеппвгх па п.тощадке. т. е. 1.: здается с дмыковая зона теплоотг ода.

11алнчпе отрпдательпоп телтератхрпоп ;а1;пеимостн теплопроводности у графита позволяет компспеиро;5атв температурную занпс;1МОСТ1 д,1ЬН() термо-ЭДС ii тепло1 ро1«)дн()еть материала те)мопар.

Прп пзмепенИИ температуры окружаю пей сре;1Ы, например нагревании, с одной етороны, ()3рает; ег :-еплоотвод по ггрово:1()кам термопаг и. хменынается термо-ЭДС, а е д|1угой меньп1аетея теплопроводюеть графита, то приводит к стабилизагпп |1:зб1яточп()); температуры приемной илопадки п компепсапи;: епг:жеппя вслпчиII) гермо-ЭДС.

fi резу.тьтггге такою рсп1епия темпера: р;1ая зависимость .-твптел1 пости .()э.1ектрпческого ниоапометра пе превын;ает 0, пг; (.. По epaBiiennjo с нрототмпом. у оторого -уга ча1и1силгост) 0,35% :: г (. зпа.чительпо повышепа точпостъ репстргплп ,1учис ых потоков при колебании к-мпегиггуры ()1 ружа1оп,еп сгеды от 60° л о fiO С.

Формула изобретения

Те;моэ,-:ектрг;чеек:ий пирапометт, содер ainiifi корпуе, по.тусферическпе (|)|Ильтры, :;ачерпспп чо металлическую приемиую пл:;)пи1дк . тепм()бата;)ек). : а1чреплеппую с 1 ыло;и) ст(1О(П)ы присмпой плоа1,адки, и ; асеопвател, тепла для холодных спаев термобатареи. о т :i и ч а ю т п и с я тем, :т(), с спиженпя температур1-1ой завиe u)Cгп чувстиительностп пирапометра, в иоздуппплй з;13оп между приемпой плслиадкой I расеепв;;те;1ем введены две niaii6bi. еоед1П еппь;е торпамп одна с дру-ой, прпчем олиа из них коптаКтирует с прием:- ОЙ п,т(ппадкой п выпол 1епа из ф)торопласта, ;. др|у|-ая коптакт1 рует с рассеивателем п в1-лпо.т1;епа из графита, а нлои1,аль е(М рпкосп(пичп1я с пло1па;1кой пшйбы равна площади горячих епаев термобатаре, )аеиоложеппых па п.-юидадке.

Петочппкп пнформапин, принят1)1е во зпимание нри экснертпзе:

1.III. Перреп де Брищамбо. Солнечное и,злучепне . ралиапиоппый обмен в атмосфере. .М., «Мир, 196Г). с. 32- -36.

2.Козырев Б. П. Раечет ралиапиониого термоэлемента е пераепределенной приемпой илоихадью. Известия Вузов СССР, «Приборостроение, 970, 13, № 4, с. 101 - 104 (прототип).

6 7