�ݺ�ߣ

ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6443
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
G 01W 1/00
(54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПИРАНОМЕТРА
(21) Номер заявки: u 20100040
(22) 2010.01.19
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Кривонощенко Владимир
Иванович; Стрибук Петр Васильевич;
Казеев Юрий Иванович; Кардаш Га-
лина Анатольевна (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Пеленг" (BY)
(57)
Термоэлектрический преобразователь пиранометра, содержащий опору с теплоотво-
дящими ребрами и установленную на них термобатарею, на которой размещен приемник
солнечной радиации, плоская приемная поверхность которого выполнена в виде черных и
белых участков, расположенных в шахматном порядке, отличающийся тем, что теплоот-
водящие ребра опоры расположены строго под термопарами термобатареи, находящимися
под белыми участками приемной поверхности.
(56)
1. Кондратьев К.Я. Актинометрия.- Ленинград: Гидрометеоиздат, 1965. - C. 60-62
(прототип).
Фиг. 1
Полезная модель относится к измерительной технике в области метеорологии и явля-
ется основным конструктивным элементом пиранометра, предназначенного для измере-
ния рассеянной, отраженной и суммарной солнечной радиации, приходящей на
горизонтальную поверхность.
Известен термоэлектрический преобразователь пиранометра, содержащий приемник
солнечной радиации и термобатарею, соединенные между собой и установленные на теп-
лоотводящие ребра опоры [1]. Термопары термобатареи, имеющей квадратную форму,
выполнены методом последовательной пайки или точечной сварки чередующихся между
BY6443U2010.08.30

BY 6443 U 2010.08.30
2
собой ленточных отрезков равной длины из манганина и константана толщиной
30÷40 мкм, соединенных в ленту, уложенную в виде меандра так, что образуются ряды
термопар, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. На ленточную квад-
ратную термобатарею с верхней стороны для придания ей плоской формы наклеен тонкий
слой из папиросной бумаги, имеющий форму квадрата. Бумага покрыта слоем белой ма-
товой краски. На слой белой краски в шахматном порядке нанесены черной матовой крас-
кой участки квадратной формы. При этом ряды термопар расположены вдоль средней
линии квадратов. Образованные таким образом черные и белые квадратные участки крас-
ки являются плоской приемной поверхностью приемника солнечной радиации. При такой
конструкции любые две соседние по ленте термопары термобатареи находятся под раз-
ными квадратными участками: либо под черным, нагреваемым солнечной радиацией, ли-
бо под белым, слабо нагреваемым солнечной радиацией, а термоЭДС любых двух
соседних по ленте термопар направлены навстречу друг другу. Суммарная термоЭДС
термобатареи пропорциональна разности температур ∆T всех нагреваемых и слабо нагре-
ваемых термопар:
∆T=T1 - T2, (1)
где T1 - температура термопар, расположенных под черными участками приемной по-
верхности;
T2 - температура термопар, расположенных под белыми участками приемной поверх-
ности.
При подключении к выходу термобатареи пиранометра измерительного прибора
(вольтметра) измеряют пропорциональное термоЭДС термонапряжение U (мВ), которое в
свою очередь пропорционально интенсивности солнечной радиации I (кВт/м2
):
U=K⋅I, (2)
где K - коэффициент преобразования (чувствительность) пиранометра (мВ⋅м2
/кВт).
Таким образом, коэффициент преобразования пиранометра пропорционален выход-
ному напряжению, термоЭДС и, соответственно, разности температур ∆T между нагрева-
емыми и слабо нагреваемыми термопарами. Чем выше температура T1 термопар,
расположенных под черными участками приемной поверхности, и ниже температура T2
термопар, расположенных под белыми участками, тем выше коэффициент преобразования
пиранометра, т.е. его чувствительность.
В известных термоэлектрических преобразователях пиранометра изготовленный при-
емник солнечной радиации установлен на опору так, что ее теплопроводящие ребра рас-
положены вдоль границы черных и белых квадратных участков приемной поверхности
посередине между рядами термопар и, следовательно, посередине между нагреваемыми и
слабо нагреваемыми термопарами термобатареи. Поэтому расстояние от рядов термопар
до ближайших теплоотводящих ребер равно половине длины квадратных участков.
В установившемся тепловом режиме во время проведения измерений тепло от нагре-
ваемых термопар в большей степени отводится теплоотводящими ребрами опоры и в
меньшей степени передается к слабо нагреваемым термопарам по ленточным отрезкам
термобатареи. За счет такого теплоотвода обеспечивается разность температур ∆T = T1 -T2
между соседними термопарами и возникает термоЭДС.
Недостатком известного технического решения является невысокая точность измере-
ний пиранометра из-за низкой чувствительности прибора, т.е. низкого значения коэффи-
циента преобразования пиранометра. Значения коэффициента преобразования пирано-
метра невысоки из-за незначительных величин разности температур ∆T между
термопарами, расположенными под черными и белыми участками приемной поверхности
приемника солнечной радиации.
Задачей полезной модели является повышение точности измерений пиранометра за
счет увеличения его чувствительности, т.е. коэффициента преобразования.

BY 6443 U 2010.08.30
3
Поставленная задача решается тем, что в термоэлектрическом преобразователе пира-
нометра, содержащем опору с теплоотводящими ребрами и установленную на них термо-
батарею, на которой размещен приемник солнечной радиации, плоская приемная
поверхность которого выполнена в виде черных и белых участков, расположенных в шах-
матном порядке, в отличие от прототипа, теплопроводящие ребра опоры расположены
строго под термопарами термобатареи, находящимися под белыми участками приемной
поверхности.
При размещении теплопроводящих ребер опоры не между рядами термопар, а непо-
средственно под слабо нагреваемыми термопарами, расположенными под белыми участ-
ками приемной поверхности, все тепло, поступающее к слабо нагреваемым термопарам,
как за счет солнечного излучения, так и в результате перехода тепла по ленточным отрез-
кам от нагреваемых термопар быстро, в отличие от прототипа, отводится теплоотводящи-
ми ребрами опоры к корпусу пиранометра. Поэтому температура T2 слабо нагреваемых
термопар будет соответствовать температуре окружающей среды и иметь значения более
низкие, чем у прототипа. Одновременно с этим скорость отвода тепла от нагреваемых
термопар к ребрам по сравнению с прототипом замедляется за счет увеличения расстоя-
ния между ними в два раза. Следовательно, температура Т1 нагреваемых термопар будет
более высокой, чем у прототипа.
В итоге разность температур ∆T в формуле (1), выходное термонапряжение и, соот-
ветственно, коэффициент преобразования пиранометра будут иметь более высокие значе-
ния по сравнению с известным термоэлектрическим преобразователем, что приводит к
повышению точности измерений пиранометра.
Фиг. 1 - схематично изображен термоэлектрический преобразователь, установленный
на основании корпуса пиранометра.
Фиг. 2 - схематично изображен термоэлектрический преобразователь пиранометра
(вид сверху).
Фиг. 3 - схематично изображена опора с теплоотводящими ребрами (вид сверху).
Термоэлектрический преобразователь пиранометра содержит опору 1 с теплоотводя-
щими ребрами 2, изготовленную из алюминиевого сплава, на поверхности которой мето-
дом электрохимического окисления алюминия выполнен электроизолирующий слой 3 из
окиси алюминия толщиной 10÷20 мкм. На теплоотводящие ребра 2 опоры 1 установлена
термобатарея 4. На ленточной квадратной термобатарее размещен приемник солнечной
радиации 5, состоящий из тонкого слоя конденсаторной бумаги, имеющего форму квадра-
та, и нанесенных на бумагу в шахматном порядке черных и белых участков краски, кото-
рые образуют плоскую приемную поверхность приемника солнечной радиации 5. Опора 1
плотно соединена с основанием 6 корпуса пиранометра.
Термобатарея 4 квадратной формы изготовлена методом последовательной пайки
между собой ленточных отрезков равной длины из манганина и константана размерами
0,5×9 мм и толщиной 0,03 мм, соединенных в ленту, уложенную в виде меандра так, что
образуются ряды термопар 7, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга.
При этом ряды термопар 7 расположены вдоль средней линии черных и белых квадратов
приемной поверхности 5. При такой конструкции любые две соседние по ленте термопа-
ры термобатареи находятся под разными квадратными участками: либо под черным,
нагреваемым солнечной радиацией, либо под белым, слабо нагреваемым солнечной ради-
ацией.
При установке на теплоотводящие ребра 2 опоры 1 термобатареи 4 ее термопары,
находящиеся под белыми участками приемной поверхности, плотно соединяются с помо-
щью клея с теплоотводящими ребрами 2, на которые нанесен электроизолирующий слой
3. Этим обеспечивается хороший отвод тепла от слабо нагреваемых термопар за счет вы-
сокой теплопроводности окиси алюминия.
Термоэлектрический преобразователь пиранометра работает следующим образом.

BY 6443 U 2010.08.30
4
Пиранометр ориентируется горизонтально относительно земной поверхности таким
образом, чтобы солнечное излучение падало на плоскую приемную поверхность термо-
электрического преобразователя сверху. При этом термопары термобатареи, находящиеся
под черными квадратными участками, нагреваются за счет солнечной радиации значи-
тельно больше, чем термопары, расположенные под белыми квадратными участками при-
емной поверхности. Кроме того, к слабо нагреваемым термопарам будет передаваться
тепло от нагреваемых термопар по ленточным отрезкам термобатареи 4.
Однако за счет теплоотводящих ребер 2, находящихся строго под слабо нагреваемыми
термопарами, все поступающее к ним тепло будет отводиться к основанию 6 корпуса пи-
ранометра и они всегда будут иметь температуру окружающей среды.
За счет разницы температур ∆T нагреваемых и слабо нагреваемых термопар на выходе
термобатареи 4 генерируется термонапряжение, пропорциональное величине солнечной
радиации. Это напряжение с помощью выводных проводов термобатареи 4 (на фигурах не
показаны) подается на вход измерительного прибора и регистрируется оператором.
Таким образом, предлагаемая конструкция термоэлектрического преобразователя пи-
ранометра позволяет повысить точность измерений пиранометра за счет увеличения его
чувствительности, т.е. коэффициента преобразования.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

�ݺ�ߣ

12

Recommended

More Related Content

What's hot (10)

Viewers also liked (19)

Similar to 12 (20)

More from Иван Иванов (20)

12