Абсолютный радиометр
СОЮЗ СО8ЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 G О1 J 5/02
Г )Щ . .6 с)
«М (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3797511/24-25 (22) 08.10.84 (46) 07.03.86.Бюл. Ф 9 (72) Л.Ю.Ивашкова, М.Н.Павлович и В.И.Саприцкий (53) 536.35 (088.8) (56) Кмито A.À., Скляров N.À.
Пиргелиометрия. — Л.: Гидрометеоиздат, 1981, с.115.
Там же, с.130-133. (54) (57) АБСОЛЮТНЫЙ РАДИОМЕТР, со— держащий расположенные в корпусе апертурную диафрагму, приемную коническую полость, у вершины которой с наружной ее стороны расположен отражающий экран, между последним и приемной конической полостью размещена обмотка электрического замещения, при этом у основания приемной конической полости с наружной ее стороны расположен термочувствительный элемент, коаксиально приемной конической полости установлен массивный конический теплоотвод, с наружной его стороны размещены термочувствительный элемент и регулятор температуры, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения паразитного конвективного теплообмена, уменьшения постоянной времени радиометра и увеличения его
Э стабильности, между массивным теплоотводом и приемной конической полостью коаксиально им установлен дополнительный конический экран, внутренняя поверхность которого, обращенная к приемной конической полости, имеет тепловой контакт с термочувствительным элементом приемной конической полости, а на наружной .стороне экрана расположены дополнительные регулятор температуры в виде электрической обмотки и термочувствительный элемент в виде термобатареи, последняя имеет тепловой контакт с соответствующей поверхностью массивного конического теплоотвода, при этом приемная коническая полость и дополнительный конический экран связаны с массивным коническим теплоотводом с помощью теплостоков в виде медных колец.
Изобретение относится к технической физике в части создания абсолютных радиометров, предназначенных для воспроизведения и передачи поверяемому средству измерений размера единицы энергетической освещенности, которые найдут широкое при1216 менение во всех отраслях народного хозяйства, использующих радиометрические измерения, в частности в пиргелиометрии.
Бель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения паразитного конвективного теплообмена, уменьшения постоянной времени радиометра и увеличения
его стабильности.
На чертеже представлена конструкция абсолютного радиометра.
Абсолютный радиометр содержит расположенные в корпусе 1 апертурную диафрагму 2, приемную коническую полость 3, у вершины которой с наружной ее стороны расположен отражающий экрач 4. Между последним и приемной конической полостью 3 размещена обмотка 5 электрического замещения. У основания приемной конической полости с наружной ее стороны расположен термочувствитель- ЗО ный элемент 6. Коаксиально приемной конической полости 3 установлен массивный конический теплоотвод 7, с наружной его стороны размещены термочувствительный элемент
Я и регулятор 9 температуры. Между массивным теплоотводом 7 и приемной конической полостью 3 коаксиально им установлен дополнительный конический экран 10, внутренняя по- щ)1 верхность которого, обращенная к приемной конической полости, имеет тепловой контакт с. термо .увствительным элементом 6 приемной конической полости 3. На наружной стороне экрана 10 расположены дополнительные регулятор li температуры в виде электрической обмотки и термочувствительный элемент 12 в ниде термобатареи, последняя имеет тепловой контакт с соответствующей поверхностью теплоотвода 7. Приемная коническая полость 3 и дополнительный конический экран 10 связаны с теплоотводом 7 с помощью теплостоков
13 и 14 в виде медных колец.
Управление режимами регуляторов температуры осуществляется с по666 2 мощью системы 15 автоматической термостабилизации (ГАТ), один из входов которой подключен к термочувствительному элементу 6, а второй вход — к термочувствительному элементу 12. Один из выходов CAT 15 подсоединен к дополнительному регулятору ll температурь), второй — к обмотке 5 эчектрического замещения, третий — к регулятору 9 температуры и четвертый — к вычислительному устройству 16, которое предназначено для обработки информации.
Абсолютный радиометр работает следующим образом.
Процесс измерения состоит из фазы облучения и фазы заь.мщения.
Р> фазе облучения исследуемое oIIтическое излучение направляется через апертурную диафрагму 1 в приемную коническую полость 3, вследствие чего она нагревается и происходит одновременное перераспределение тепла от приемной конической полости 3 к теплоотводу 7 и к дополнительному экрану 10 как по теплостоку 13, так и по термочувствительному элементу 6. При этом на концах термобатареи термочувствительного элемента 6 образуется термо-ЭДС, сигнал которой поступает в САТ 15.
Последний подает при этом в обмотку дополнительного регулятора )) температуры электрическую мощность такой величины, при которой сигнал дополнительного термочувствительного элемента 6 становится равным нулю, что свидетельствует об отсутствии паразитного теплообмена между приемной конической полостью 3 и дополнительным коническим экраном 10. Процесс теплообмена между ними сопровождается также теплообменом между дополнительным коническим экраном 10 и теплоотводом 7 ) по теплостоку )4 и термочувствительному элементу )2, сигнал термобатареи которого также поступает в САТ )5). При этом, САТ 15 подает в обмотку регулятора 9 температуры электрическую мощность такой величины, при которой сигнал термочувствительного элемента 12 становится равным величине, соответствующей перепаду температур дополнительногс конического экрана 10 и теплоотвода 7, равному 1-2К. При этом, между теплоотводом 7 и корпусом l абсолютного радиометра
1 216ббб ус танавлив аетс я определенный перепад температур, который н процессе измерений контролируется при по::ощи термочувстнительного элемента 8, Таким образом, внутри абсолютного радиометра устанавливается и поддерживается тепловое равновесие.
В фазе замещения перекрывают оптическое излучение, н результате чего температура приемной конической 1О полости 3 уменьшается и на концах термочувствительного элемента 6 образуется термо-ЭДС, сигнал которой подается в САТ 15. Последний подает в обмогку 5 электрического замещения электрическую мощность такой величины, при которой сигнал термочувстнительного элемента 6 становится равным нулю. Фиксированные значения „ тока (3 ) и напряжения(0 )обмотки 5 электрического замещения вводятся в вычислительное устройство 1б, которое производит обработку полученной при измерении информации по заданной программе.
Освещенность, создаваемая исследуемым оптическим излучением в плоскости апертурной диафрагмы абсолютного радиометра, может быть рассчитана по формуле 3(}
А
F = ---- P .F И1 электрическая мощность, рассеиваемая
35 в приемной конической полости при электрическом замещении; коэффициент поглощения приемной конической полости; площадь апертурнсй диафрагмы; суммарный поправочный фактор, определяемый по формуле гдеP=30 эл ) ) 12
9 = 1 4 K. В,. 1
А =,ПА;, ! где A ° — частые по
1 (21
55 где 5 0,05Х и определяется погрешностью измерения электрической мощности; правочные факторы, учитывающие основные источники систематической погрешности абсолютного радиометра.
В результате проведенного анализа источников систематической погрешности предлагаемо"о абсолютного радиометра определяют следующие э1ачения поправочных факторов (Л;) и неисключенных систематических гorрешностей их определения (11 ;):
A = 1,00050; 11„ =- 0 003Х учитывает неселективность абсолютного радиометра;
A = 1,00000; 6„ = 0,037 — связан с измерением площади апертурной диафрагмы;
A = 1,00000; В, = 0,020K — связан с измерением электрической мощности замещения;
А = 1,00123 6„ = 0,0101 — учитывает неэкнивалентность замещения, вызванную разни.1е11 теплоных полей при радиационном и электрическом нагревах; учитывает "краевой эффект;
А = 1л00250; 6оь = 0 150X — учитывает влияние термиче"кого сопротивления поглощающего покрытия гриемной конической полости;
А = 0,99840; Яр1 = 0,0107. — учитывает нагрев заслонки (не показана);
А = 1,00000; 6д = 0,010K. — учитывает нагрев диафрагм;
A = 00030 g - 0 ООЗЖ вЂ” учитывает нагрев подводящих проводов;
А = 1,00100; О = 0,0201 — учитывает дифракционные потери;
A11 = 1,00000; 6 „ = 0,0057 — учитывает нелинейность абсолютного радиометра;
А1я = 0,99970; Во = 0,0107. — учитывает рассеяние мощности н апертурной трубе (не показана);
А — учитывает конвективный теплообмен приемной конической полости с окружающей средой.
При этом неисключенная системати ческая погрешность абсолютного ра= " диометра определяется соотношением
Среднее квадратичное отклонение результата измерений рассчитывается по формуле
1216666
Составитель С,Соколова
Редактор И. Дербак Техред A. Бабинец
Корректор И.Эрдейи
Заказ 994/52 Тираж 778 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4
8, = 0,08 и определяется точностью поддержания равенства температур приемной конической полости и дополнительного конического экрана;
5 = 0,037 и определяется динамической погрешностью абсолютного радиометра.
Таким образом, изобретение дает воэможность устранить практически параэитный конвективный теплообмен между приемной конической полостью и окружающей средой, и тем самым, повысить точность измерения эа счет. исключения систематической погрешности определения факто— ра, учитывающего упомянутый теплообмен, которая вносит в известном устройстве наиболее существенный вклад в суммарную систематическую погрешность радиометра.
Кроме того, предлагаемое устрой1g ство дает возможность. уменьшить постоянную времени радиометра и увеличить его стабильность и, тем самым уменьшить динамическую погрешность радиометра, вносящую существенный вклад в случайную погрешность радиометра.
