Пиргелиометр Советский патент 1980 года по МПК G01J5/02 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к устройствам для актинометрических измерений. Известны устройства для измерения радиационных потоков, основанные на использовании тепловых приемников, в которых радиационный поток поглощается зачерненным покрытием и определяется либо по изменению температуры приемной поверхности, либо по величине компенсационного тока, который пропускается через такую же зачерненную приемную поверхность, но изолированную от измеряемого потока радиации, либо по величине замещающего тока, который пропускается через приемную поверхность в отсутствии потока радиации, либо по величине тока, пропускаемого через термохолодильник, который по величине пропорционален измеряемому радиационному потоку . Но все эти устройства требуют периодического перекрытия измеряемого потока с целью сравнения эффекта от радиационного потока с эффектом, создаваемым замещающим или компенсационным током. Это достигается либо отворотом входных устройств от источника радиации, либо введением в конструкцию устройства специальных экранов (заслонок), с помощью которых перекрывается радиационный поток. В первом случае при изменении ориентации перераспределяются температурные поля по корпусу устройств и, следовательно, вносятся погрещности в измерения, обусловленные неидентичностью двух стадий измерения. Во втором случае также вносится дополнительная погрещность, во-первых, за счет того, что при отсутствии заслонки приемный элемент переизлучает падающий на него поток в открытое пространство, а при наличии экрана приемный элемент рассеивает электрическую мощность, выделяющуюся в компенсационном нагревателе, на экран, который имеет температуру, существенно отличную от температуры открытого пространства, и, вовторых, за счет того, что при ориентации приемника на источник излучения и отсутствии экрана поток солнечной радиации, пропорциональный площади входной диафрагмы, попадает во внутреннюю область устройства и рассеивается диафрагмами, вследствие чего температура корпуса и диафрагм выще при открытом приемнике излучения, чем при закрытом заслонкой. Следовательно,

переизлучение диафрагм на приемный элемент в этих случаях разное, и это тоже вносит дополнительную погрешность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пиргелиометр, содержащий в корпусе приемный и компенсационный элемент с нагревателями и систему диафрагм 3. Приемный компенсационный элемент выполнен в виде двух черных полостей. Обе полости заключены в замкнутый газовый объем так, что нагревание одного из них вызывает перемещение столбика ксилола в капилляре, соединяющем их. Лучистый нагрев одной полости (открытой) компенсируется электрическим нагревом другой (закрытой). По величине тока нагревательного элемента при нулевом показании индикатора (столбик ксилола) судят об энергии измеряемого излучения.

В этом устройстве также необходим экран.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения погрешности, вносимой экраном и диафрагмами.

Поставленная цель достигается тем, что приемный и компенсационный элементы с нагревателями, а также плоскости отверстий диафрагм расположены под углом друг к другу и к оси симметрии системы диафрагм, выполненной единой для приемного и компенсационного элементов, а корпус имеет защитный экран с прорезями.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение пиргелиометра; на фиг.2 изображены диафрагмы.

В корпусе 1 пиргелиометра размещены приемный и компенсационный элементы 2 с нагревателями 3. Поле зрения приемного элемента, как и компенсационного, выполнено в виде условного конуса с основанием, образованным входным отверстием корпуса 1, и, являясь общим для каждого элемента, формируется диафрагмами 4, 5, 6и7.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 ориентируется на Солнце так, чтобы линия, соединяющая центр солнечного диска и центр одного из приемных элементов, совпадала с осью условного конуса прие.много элемента. В этом случае солнечная энергия попадает на зачерненную поверхность нагревателя приемного элеХ1ента. В результате на выходе приемного элемента появляется сигнал, пропорциональный приходящей солнечной энергии. Нагреваясь под действием солнечной энергии, приемный элемент начинает переизлучать падающую на него энергию в окружающее пространство. Одновременно через нагреватель компенсационного элемента пропускают компенсационный ток, который, в свою очередь, изменяет температуру этого элемента, в результате чего на выходе компенсационного элемента возникает сигнал, пропорциональный величине компенсационного тока. При

равенстве сигналов с обоих элементов замеряют величину компенсационного тока, по величине которого судят о приходящей солнечной энергии. В данном устройстве и приемный, и компенсационный элементы находятся в идентичных условиях, так как оба они конструктивно идентичны и имеют одинаковый теплообмен с окружающей средой вследствие того, что система диафрагм едина для приемного и компенсационного элементов. Для того, чтобы исключить ошибки,

связанные с неидентичностью изготовления приемного и компенсационного элементов, можно менять ориентацию приемника на Солнце и тем самым менять местами приемный и компенсационный элементы.

Так как плоскости отверстий каждой диафрагмы параллельны соответствующим элементам, и фаски диафрагм, обращенные к солнечному потоку, зеркальны и имеют угол скоса 5°, то большая часть падающей на диафрагмы солнечной энергии отраjj жается через входное отверстие в окружающее пространство.

На фиг. 2 заштрихованные области на диафрагмах освещаются Солнцем. Видно, что диафрагмы засвечиваются несимметричs но и, хотя большая часть падающей энергии отражается, приблизительно 10-20% энергии поглощается, что вызывает, температурный градиент по диафрагме. Компенсация этой несимметричности производится следующим образом. Во-первых, для сглаживания неравномерностей температур по поверхности диафрагм материал выбран с высокой теплопроводностью, во-вторых, на корпусе 1 сделаны защитные козырьки со специальными прорезями, через которые солнечная энергия попадает в места соединения диафрагм с корпусом. Величина площади, засвеченная Солнцем, выбрана так, чтобы скомпенсировать несимметрию температурного поля по диафрагме и тем самым устранить систематическую погрешность, вызвано ную этой неравномерностью.

Указанные конструктивные особенности позволяют повысить точность измерения радиационного потока.

Формула изобретения

Пиргелиометр, содержащий корпус с установленными в нем приемным и компенсационным элементами с нагревателями и системой диафрагм, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, приемный и компенсационный элементы с нагревателями, а также плоскости отверстий диаJ фрагм расположены под углом друг к другу и к оси симметрии системы диафрагм, выполненной единой для приемного и компенсационного элементов, а корпус имеет защитный экран с прорезями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 517807, кл. G 01 J 5/02, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 513269, кл. G 01 J 5/10, 1976.

3.Авторское свидетельство СССР № 372533. кл. G 01 W 1/12, 1973.

Радиаиианныа поток

L/2.1