Измеритель солнечной радиации

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) и 015 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3433702/24-10 (22) 29,04.82 (46) 23,.11.84, Бюл. Р 43 (72) Ю.А. Скляров и В.А. Двинских (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. H.Ã. Чернышевского (53) 535.853(088.8) (56) 1. Патент США )Ф 3601611, кл, 260-83.3, 1971.

2. Предтеченский А.В., Скляров Ю.А. Болометрический пиргелиометр с автоматической компенсацией.

Труды ГГО, вып. 370. Л,, Гидрометеоиздат, 1976, с. 9-11 (прототип) ° (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, содержащий болометрический приемный элемент, расположенный в корпусе с апертурной трубой, и компенсационную 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 которого подключены соответственно.к выхо- Я ду 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.

1125587

Изобретение относится к актинометрии и может использоваться при проведении измерений солнечной радиа-. ции.

Известен измеритель солнечной ра— диации, содержащий корпус с теплоизолирующим кожухом, расположенную в нем приемную головку со встроенным приемным элементом, теплоотвод, апертурную i трубу с диафрагмами и 1б систему управления (1) .

Недостатки этого измерителя заключаются в непостоянстве условий внутри теплоизолирующего кожуха (возможность перегрева) и значительной 15 массе термостатирующего устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемоМу результату является измеритель солнечной радиации с автоматической 2(i компенсацией, в котором для уменьшения влияния дрейЛа напря>кения смещения усилитель отрицательной обратной связи выполнен с преобразователем. При этом входной сигнал 25 преобразуется с помощью модулятора в переменное напряжение, которое усиливается усилителем переменного тока, а затем выпрямляется фазочувствительным демодулятором и поступает на вход основного усилителя постоянного тока, работающего в режиме интегратора. Для увеличения мощности .выхода используется дополнительный усилитель мощности. Для обеспечения астатического режима работы системы введена общая изодромная обратная связ.ь,(2) .

Недостатки известного измерителя — ограниченные точность и разрешающая способность во времени.

Рабочее соотношение для расчета энергетической освещенности измеряемой радиации, у известного прибора имеет вид где " — независимо определяемый переводной множитель, 1do — мощности электрического тока, выделяемые в приемном элементе при его затенении и освещении соответственно.

Таким образом, измеряемая величи- 5> на Е получается из разности электрических мощностей замещения. Наличие начальной мощности Qо (рассеиваемой при облучении приемного элемента) в болометрических измерителях обязательно хотя бы потому, что без подачи рабочего напряжения на измерительный мост постоянного тока

on не функционирует.

Следовательно, погрешность измерения величины Е складывается из погрешностей измерения величин Ыт и

Я„. При этом величина не может быть много меньше цт, так как возрастает относительная погрешность ее опре деления. При уменьшении напряжения на измерительном мосте соответственно уменьшается чувствительность измерительной схемы, что ведет к рос— ту погрешности. Кроме того, наличие подогреваюшей мощности Ыо в боломет— рическом приемном элементе приводит

) к неизбежному дополнительному перегреву приемного элемента над тем— пературой окружающей среды, что мо>кет вь>зывать нестабильность (конвективные явления). Все отмеченное ведет к снижению точности измерений.

Процесс измерений в известном приборе требует двух фаз: фазы облучения (отсчет уравновешивающей мост мощности (d ) и фазы затенения (отсчет уравновешивающей "теневой мощности у ). Обычно в пиргелиометрах каждая Лаза требует О,S-1,0 мин.

Таким образом, известные ттриборы не имеют временную разрешающую способность лучше 1 мин. Между тем постоянная времени приемного элемента пиргелиометра обычно имеет порядок 3

8 с, значит известные приборы имеют заниженнуто временную разрешающую способность.

Дсль изобретения — повышение точности при одновременном увеличенит» временной разрешающей способности измерителя солнечной радиации.

Для досттокения поставленной цели измеритель солнечной радиации, содержащий болометрический приемный элемент, располо>кенный в корпусе с апертурной трубой, снабжен дополнительным, идентичным с прчемньм, болометрическим элементом, расположенным в одном корпусе с болометрическим приемным элементом, а. компенсационная схема обработки сигнала выполнена в виде двух накопительных элементов, соединеннык с болометрическими элементами в измерительный мост переменного тока, полосового

3 1 усилителя положительной обратной связи, вход и выход которого 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.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого измерителя, на фиг. 2 — функциональная схема полосового усилителя положительной обратной связи на фиг. 3 — функциональные схемы блоков компенсации и индикации.

Болометрический приемный элемент

1 (фиг. 1) и дополнительный болометрический 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 включенйым между его выходом и входом полосовым усилителем 5 положительной обратной связи. К выходу этого усилителя подключен блок 6 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 сопротивление 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 полосового усилителя. В результате на выходе блока компенсации появляется постоянное 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

1?558? 4 элементе 2, и осуществляется с помощью индикатора 7.

Сигналы через накопительно-резистивные цепочки С1RI 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, который осуществляет аднополупериодное выпрямление и создает положительное напряжение между обкладками накопительного элемента С4. Цепочка из накопительных элементов С5

С7 и резисторов К4-К6 представляет собой фильтр нижних частот, с помощью которого обеспечивается выделение постоянной составляющей выпрямленного напряжения, которая усиливается усилителем постоянного тока. Выход этого усилителя через индуктивный дроссель, представляющий большое сопротивление 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

35 и и

0-2 — суммарное падение напряя е.ния на цепочке из последовательно соединенных дополнительного болометрического эпемента и калиброванного сопротивления (U, + Uк ). В этом

40 2 случае интенсивность прямой солнечной радиации может быть вычислена из следующего выражения где K — постоянная приемного болометрического элемента.

50 Можно использовать два цифровых вольтметра для независимо"o измерения напряжения на дополнительном болометрическом элементе и на калиброванном сопротивлении. Тогда оба

55 напряжения могут быть измерены одновременно в любой момент времени.

Предлагаемый измеритель имеет существенные преимущества, обеспечи1125587 вая повышение точности и увеличение временной разрешающей способности.

Отсутствие начальной мощности Q0 ведет к исключению погрешностей, связанных с ее измерением, 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 И0 больше, чем

1д иэ-за меньшего значения (д ).

Кроме того, в- предлагаемом измерителе нет фазы "тень", поскольку измеряется непосредственно мощность в дополнительном болометре одновременно с облучением основного измеряемой радиацией.

5 Таким образом, предлагаемый измеритель является измерителем следящего типа и его разрешающая способность близка к тепловой постоянной

10 времени применяемых болометрических элементов, т. е. суще ственно лучше, чем у противопоставляемых приборов.

Кроме того, из-эа подобного принципа действия предлагаемый измеритель

1S можно использовать при измерениях в условиях изменения температуры окружающей среды.

1125587

Составитель В.Ага ова

Редактор P.Öèöèêà Техред А.Бабинец

Корректор А.Зимокосов

Заказ 8535/35 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПНП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4