Измеритель солнечной радиации

 

(В) RU (1Ц 2003141 С1 (51) 5 001%1 И

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам у ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4950297/10 (22) 26.0Ьб1. " " (46) 15;1193 Бюл. hh 41-42 (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете (72) Двинских ВА; Скляров ЮА (73) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ (57) Использование: в актинометрии при проведении измерений солнечной радиации. Сущность изобретения: устройство содержит автогенераторный измерительный мост переменного тока, включающий идентичные приемный 1 и дополнительный

2 болометрические элементы, два идентичных на— копительных элемента 3,4 и симметричный трансформатор 5, полосовой усилитель б, ограничитель амплитуды автоколебаний -7, индикатор автокопебаний 8, блок управления 9, блок компенсации с генератором нарастающего напряжения 10, усилителем запоминания уровня 11, усилителем мощности

14, индуктивным дросселем 15 и калиброванным резистором 16, умножитель с.генератором тактовых импульсов 12, регистром последовательного приближения 18. компаратором 17 и цифроаналоговым преобразователем 20, дифференциальный усилитель 19 и отчетный индикатор 13. Приемный 1 и дополнительный 2 болометрические элементы размещены в общем корпусе с апертурной трубой. 1 ип.

2003141

Из!2бре Гение относится к актинометрии и !)ожег быть использовано при проведении измере: i! l солнечной радиации. !

1)энес!.ен измер!л2аль солнечной радиации " вкл!о:-;енны)л н мост болометрическим приемным,nof)ентом, помещенным в корГ! с с li;- >тv Oêolf трубой, автоматическая !

2 8Гv)i !1 ð0 Б «а > ))а н !10 н8 ц1и н с) н ия которо ГО ороиэноди)ся с помощLK) цепи отрицательной обра!.Ной связи, Lf:ëfo÷àloùåé в себя усилитель постos;li Iciro тока модуляционноroтипа, Г!Оо«)110 !81 ный и измерительнойди. -.)Го! Iали 1!оста, 11 усилителя MО)цности, сo,:!iiiе;Ifí)! о с исто и!Иком питания моСта.

Д1)si пов..!и!о!!ия,стой:!!лвост!1 работы этой

I! 8o, I) !I!2 i !ic.:.! 8)! а !)Оэ!1с 1 и "но "1!а копитол ь;.--)л цcf очка. а для умсч!ьшсния статической

О! !! и 6!:и .: кл !О I8! I o llнтеГри")ую Ц88 звено эдос гаткг) этого измерителя янляетC 1, 1!1;:! «а ГГ) Iri 0ñ rb, !

1з))8:)Ген измеритель солнечной радиа1)!л!л, содер>кап!ий болометрический приамнь!й эле!ле!! Г, расг!0)ложенный н корпусе с а;1::рт)рной тp) r20! I, с1)абжен!!ый допо/)нитель, i;r!. иг)81-)т1, ilILIrr! с приемным, 60лО-! лотр)час и:1 эломенгor>, расположенным в

0д1,r;r". «ор .усе с бс)лометрическим прием-!!ь!)л эrio",ле!!то!1, а компенсацианная схема

;):;:рсб)121«,1 си-нала нь!полнена н в!лде двух !

)ако!н)то))ь1-!их элементов. соединенных в о 8 ера!ор !ый измерительный мост пер;;;,18!!!!Ого тека, другими плечами которого явля!отся !)),:.:,8!лнь!й 11 дополнигельный боiOl:18 РИ:IOCÅ .!Ñ),f!8меНТЫ, ПОЛОСОВОГО УСИ лите I положительной обратной связи, вход и его выход под«)ночены соответственllo « i)! I;-.Оду !1 входу этого мОста, блока комl 8! i r . а ц и! 1, в . л ю ч е f f H o f M 8>êä !/ в ы х О до м

i)or!ОСОБОГО у !1л!)тел)! Гlоло>кительнои Об ратной связи и дor,олнительным болометрич8c«! и эле1ле!)то)л, а также отсчетногО индикатооэ, соеди!!ен,)ого с блоком KOM пенсации.

Недостатком такого измерителя является Сиз«ая . Очность, Наиболее близким по технической сущ«I0crI1 яэляется известный из1леритель солнечной радиации, содер>кащий идентичные приемный и дополнительный болометричес«ие элеме !ты, вкл!оче)!ные через идентичные !!О«опи голь!)ые элементы в антогеиератор!)ый измерительный мост переменного то«а, выход и вход которого соединены через полосовой усилитель и

QI р<)ни II1T8)Ib амплитудbt BBTQI:Олебаний, блок компеi;cации с последовательно соедин";.)п!ыми индуктивным дросселем и калиброванным резистором, подключенный к дополни;ельному болометрическому элеме)п у, у))нож!лтел ь, р.:ioä которого соединен

55 с дополнительным болометрическим элементом, и отсчетный индикатор, вход которого соединен с выходом умножителя, причем приемный и дополнительный болометрические элементы размещены в общем корпусе с апертурной трубой, Недостатком этого измерителя является низкая точность.

Целью изобретения является повышеНИЕ ТОЧНОСТИ, Поставленная цель достигается тем, ITO в известное устройство для измерения солнечной радиации дополнительно введены индикатор автоколебаний, блок управления и дифференциальный усилитель, включенный параллельно калиброванному резистору, а блок компенсации выполнен с источником нараста!ощегÎ напря>кения, вход которого соединен с выходом ограничителя амплитуды антоколебаний, через последовательно соединенные индикатор антоколебаний и блок управления, при этом выходы блока упранления соединены, соответственно, с управляющими входами умно>кителя и отсчетного индикатора, выход дифференциального усилителя соединен с опорным входом умно>кителя, а дополнительный болометрический элемент соединен с умножителем через его сигнальный нход, На чертеже предстанлена схема предлагаемого измерителя солнечной радиации, содержащая болометрический приемный элемент 1, образую ций, coBMOGTI- с дополнительным, идентичным с приемным, болометрическим элементом 2, накопительными элементами 3, 4 с одинаковыми электрическими параметрами и симметрированной вторичной обмоткой трансформатора 5, автогенераторный измерительный мост переменного тока, выход которого через полосоной усилитель 6 и ограничитель амплитуды антоколебаний 7 соединен с первичной обмоткой этого трансформатора 5 с подкл)оченньпл параллельно ей индикатором антоколебаний 8 и соединенный с входом блока управления 9, выходы которого связаны с генератором нарастающего напряжения 10, с усилителем запоминания уровня 11, с управляющими входами генератора тактовых импульсов 12 и отсчетного индикатора 13. Выход генератора нарастающего напряжения 10 через усилитель запоминания уровня 11, усилитель мощности

14, индуктинный дроссель 15 и калиброванный резистор 16 соединен с дополнительным болометрическим элементом 2, к которому подключен первый вход компаратора 17, а его ьыход соединен с регистром последовательного приближения 18, к дру2003141 гому входу. которого подключен генератор тактовых импульсов 12, Параллельно калиброванному резистору 16 включен дифференциальный усилитель 19, выход которого соединен с опорным входом цифроаналогового преобразователя 20, другие входы которого подключены к параллельно соединенным входу цифрового отсчетного индикатора 13 и выходу регистра последовательного приближения 18, а выход этого преобразователя 20 подключен к второму входу компаратора 17.

Работает предлагаемый измеритель следующим образом. В отсутствии солнечной радиации и напряжения на выходе усилителя мощности 14, а также идентичных болометрах 1, 2, одинаковых по электрическим параметрам накопительных элементов

3, 4 и симметричном трансформаторе 5 относительно половин его вторичной обмотки, автогенераторный измерительный мост находится в состоянии равновесия, на выходе индикатора автоколебаний 8 отсутствует сигнал, и через блок управления 9 генераторы нарастающего напряжения 10 и тактовых импульсов 12 остановлены, а отсчетный индикатор 13 установлен в нулевое положение. При воздействии солнечной радиации на приемный болометрический элемент 1 он нагревается, что приводит к увеличению его сопротивления и при защищенном от воздействия солнечной радиации дополнительном болометрическом элементе 2 вызывает разбаланс автогенераторного измерительного моста. За счет цепи положительной обратной связи. включающей в себя полосовой усилитель 6 и ограничитель амплитуды автоколебаний 7, в этом мосте возникают автокопебания, на выходе индикатора автоколебаний 8 появляется сигнал, воздейству ющий на блок управления 9 таким образом, .что это вызывает запуск генератора нарастающего напряжения 10 и к появлению через. усилитель запоминания уровня 11, усилитель мощности 14. индуктивный дроссель 15 и калиброванный резистор 16 напряжения на дополнительном болометрическом элементе 2, приводящего к его нагреву до температуры приемного болометрического элемента 1, автоколебания в автогенераторном измерительном мо. сте срываются, на выходе индикатора автоколебаний 8 исчезает сигнал, а блок управления 9 обеспечивает остановку генератора нарастающего напряжения 10, перевод усилителя запоминания уровня 11 в режим запоминания, запуск генератора тактовых импульсов 12 и подготовку отсчетного индикатора 13 к приему сигнала. При этом начинает работать регистр последователь40 подключен. операционный усилитель с большим усилением. Ограничитель амплитуды

5

35 ного приближения 18, цифроаналоговый преобразователь 20 до получения на его выходе с помощью компаратора 17 напряжения, равного напряжению на дополнительном болометрическом элементе 2. С учетом опорного напряжения этого преобразователя, снимаемого с выхода дифференциального усилителя 19 и пропорционального току через дополнительный болометрический элемент 2, получаем показания отсчетного индикатора 13 в цифровой форме, равные мощности солнечной радиации, воздействующей на приемный болометрический элемент 1. Поскольку процесс измерения солнечной радиации заключается в доведении приемного болометрического элемента и дополнительного болометрического элемента до одинакового теплового состояния при нагреве первого из них измеряемой лучистой мощностью, а второго электрической мощностью замещения, то энергетическая освещенность Е определяется из

Е = —, где W — электрическая мощность замещения; а — коэффициент поглощения приемного болометрического элемента;

F — площадь приемной поверхности этого элемента, Рассмотрим пример практической реализации изобретенного измерителя солнечной радиации, Входной каскад усилителя выполнен на малошумящем полевом транзисторе с барьером Шоттки и имеет в цепи стока высокодобротный резонансный контур, настроенный на частоту 10 кГц, к выходу которого через истоковый повторитель автоколебаний выполнен на операционном усилителе со стабилитроном. При приближении к состоянию баланса автогенераторного измерительного моста этот ограничитель переходит в режим усиления и обеспечивает дополнительное усиление.

В результате цепь положительной обратной связи автогенераторного измерительного моста позволяет зарегистрировать отклонение от состояния баланса моста менее 1 10 и тем сам ым обеспечивает высокую разрешающую способность при сопоставлении сопротивлений приемного и дополнительного болометров с погрешностью не более 0,01 ф,. Трансформатор автогенераторного измерительного моста выполнен на тороидальном сердечнике и обеспечивает отличие от симметрии не бо2003141

10

25

35

50 лее 0,01% эа счет параллельной намотки обмоток, Индикатор автоколебаний выполнен по диодной схеме с реэистивной нагрузкой и обеспечивает оперативный контроль момента срыва автоколебаний. Генератор нарастающего напряжения выполнен на операционных усилителях с каналом управления для запуска и останова работы генератора. Усилитель запоминания уровня выполнен на двух операционных усилите- лях с каналом управления для перехода в режим запоминания. Усилитель запоминания уровня обеспечивает отношение времени хранения ко времени заряда конденсатора не менее 1000, достаточное для проведения измерений с погрешностью не более 0,005%. Калиброванный резистор имеет сопротивление 1 Ом + 0,01% выполнен из манганина, индуктивный дроссель на частоте 10 кГц имеет сопротивление перемен ному току не менее 10 кОм и при сопротивлении дополнительного болометрического элемента 10 Ом обеспечивает практически полную развязку цепей переменного и медленно нарастающего напряжения. Генератор тактовых импульсов выполнен по схеме, обеспечивающей выдачу импульсов со скважностью 50о частоты повторения 200 к Гц при воздействии на вход "пуск" сигнала высокого уровня. Блок управления выполнен на триггерах, в которых прием и фиксация информации совмещены во времени и информация на их выходе появляется практически одновременно с ее поступлением на информационные входы. В.качестве компаратора использована микросхема, содержащая в своем составе цифроаналоговый преобразователь и регистр последовательного приближения с разрядностью 12 бит и времени преобразования 100 мкс.

Погрешность из-за различия в нагреве болометра от Солнца (внешняя поверхность) и от тока (под покрытием) при толщине покрытия не более 0,05 мм с учетом поправочного множителя может быть снижена до + 0,01%. Коэффициент поглощения в случае применения полостного приемника определяется с погрешностью не более + 0,05, Погрешность измерения площади с помощью современных измерительных приборов не превышает + 0,04%.

Погрешность результата абсолютных измерений у современных полосных пиргелиометров, вызванная неточным знанием параметров прибора. не превышает + 0,05%, При использовании для измерения сопротивления болометров, калиброванного резистора и емкостей накопительных элементов (10 мкФ) прибора, укаэанные выше параметры элементов подобраны с погрешностью не более 0,002%. При коэффициенте усиления полосового усилителя 100 000 и симметричном выполнении трансформатора получили, что погрешность, обусловленная отклонением от состояния баланса автогенераторного измерительного моста. не превышает

0.002%. Погрешность измерения мощности не превышает 0,01%. В результате получена снеднеквадратическая погрешность, равная 0,06%, Полостной пиргелиометр flAK РАД-3 в диапазоне от 100 до 2000 Вт м позволяет производить измерения с погрешностью не более + 0,3% при нестабильности показаний до 0,2%. Пиргелиометр типа AKP-4 имеет средиеквадратическую погрешность не более + 0,1 (по авторским оценкам), однако при сравнительных измерениях показания оказываются заниженными на 0,3%.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый измеритель солнечной радиации имеет более высокую точность измерений по сравнению с известными пиргелиометрами. Погрешность АКР-4 и ревышает погрешность предлагаемого измерителя на 30%, что показывает выполнение поставленной цели изобретения.

Предлагаемый измеритель обеспечиваe|., кроме того, большую скорость производства отсчетов. Отсутствие необходимости ожидания установившегося процесса в компенсационном элементе позволяет делать отсчеты быстрее.

Предлагаемый измеритель солнечной радиации целесообразно использовать как для абсолютных измерений, так и для определения нестабильности мощности излучения. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1125587, кл. 6 01 W 1/12, f982.

Авторское свидетельство СССР

М 1372262, кл. G 01 М/ 1/12, 1986.

41

Составитель А.Трушин

Редактор Н,Сильнягина Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор В Петраш

Заказ 3233

Тираж Подписное

НПО" Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

9 20031

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, содержащий идентичные приемный и дополнительный болометрический элементы, включенные через идентичные на- 5 копительные элементы в автогенераторный измерительный мост переменного тока, выход и вход которого соединены через полосовой усилитель и ограничитель амплитуды автоколебаний.10 блок компенсации с последовательно соединенными индуктивным дросселем и калиброванным резистором, подключенный к дополнительному болометрическому элементу, умножитель, вход которого соеди-15 нен с дополнительным болометрическим элементом, и отсчетный индикатор, вход которого соединен с выходом умножителя, причем приемный и дополнительный болометрические элементы размещены s об- 0 щем корпусе с апертурной трубой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введен индикатор автоколебаний, блок управления и дифференциальный усилитель, включенный параллельно калиброванному резистору, а блок компенсации выполнен с источником нарастающего напряжения, вход которого соединен с выходом ограничителя амплитуды автоколебаний через последовательно соединенные индикатор автоколебаний и блок управления, при этом выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами умножителя и отсчетного индикатора, выход дифференциального усилителя соединен с опорным входом умножителя, а дополнительный болометрический элемент соединен с умножителем через его сигнальный вход.

Измеритель солнечной радиации Измеритель солнечной радиации Измеритель солнечной радиации Измеритель солнечной радиации Измеритель солнечной радиации 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к архитектурному проектированию объектов жилищно-гражданского строительства и позволяет повысить точность и оперативность оценки нормативной продолжительности инсоляции зданий и сооружений

Изобретение относится к актинометрии

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения солнечной радиации

Изобретение относится к средствам актинометрических измерений приходящих радиационных потоков и может быть использовано в метеорологии

Изобретение относится к экологии и найдет применение при контроле чистоты воздушного бассейна при метеорологических исследованиях с помощью привязных аэростатов

Изобретение относится к метеорологии, а точнее к способам предсказания экстремальных погодных условий (тайфунов, ураганов, засух, дождливых сезонов и др

Изобретение относится к актинометрии и может использоваться в качестве элементной базы в устройствах для проведения измерений солнечной радиации
Наверх