Актинометр автономный

Актинометр автономный

Реферат

 

Использование: мониторинг окружающей среды в метеорологии, климатологии, гелиотехнике. Сущность: устройство содержит три термоэлемента, два из которых обеспечивают измерение относительной величины солнечной радиации за счет перепада температур между теневой и солнечной зонами прибора. Третий элемент приводит в действие записывающее устройство. Работа элементов основана на эффекте памяти формы в металлах. Технический результат: повышение эффективности мониторинга окружающей среды за счет увеличения надежности и автономности работы прибора. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения солнечной радиации. Оно может быть использовано для мониторинга окружающей среды: в метеорологии, климатологии, гелиотехнике.

Известные устройства, содержащие приемную поверхность термобатарею-индикатор и термобатарию-холодильник, требуют применения электрических схем для снятия показаний измеряемой величины (см. а.с. СССР 513269, G 01 J 5/10, 05.05.76; 402843, G 01 W 1/12, 19.10.73; 1018089, G 01 W 1/12, 3.04.83).

Недостатком данных устройств является отсутствие автономности и прерывность измерения солнечной радиации, связанные с тем, что необходимо присутствие оператора.

Наиболее близким к предлагаемому решению является прибор AT-50 (см. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам, Ленинград, 1971, С.41). Прибор содержит два спая термоэлементов. Активный спай (горячий) подведен к зачерненному диску, воспринимающему прямую солнечную радиацию, а пассивный спай (холодный) - к корпусу прибора так, чтобы на него не попадали прямые лучи солнца. Под действием солнечной радиации приемник нагревается, и между спаями возникает разность температур, что приводит к возникновению электродвижущей силы, измеряемой гальванометром.

Недостатком этого прибора является низкая надежность в экстремальных климатических условиях, сложность в эксплуатации и невозможность вести непрерывную запись в автономном режиме.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание автономного прибора, работающего в непрерывном автоматическом режиме с регистрацией показаний.

Технический результат, который может быть получен в результате использования предлагаемого изобретения, является повышение надежности прибора.

Указанный технический результат достигается тем, что, как и прототип, актинометр содержит корпус, два термоэлемента, один из которых открыт для солнечных лучей.

В отличие от известного предлагаемый актинометр дополнительно снабжен записывающим устройством и световым экраном, в тени которого размещен второй термоэлемент, при этом оба термоэлемента выполнены из сплава с эффектом памяти формы и кинематически связаны между собой и осью вращения, на которой закреплен пишущий элемент, а записывающее устройство снабжено писчей лентой, приводимой в движение часовым механизмом, взводимым приводом, движителем которого является элемент из сплава с эффектом памяти формы.

Таким образом, достижение технического результата основано на свойствах сплава с эффектом памяти формы, из которого изготовлены термочувствительные элементы и движитель привода, взводимый часовым механизмом, который приводит в движение барабан с писчей лентой.

В диапазоне перепада температуры окружающей среды при суточных колебаниях и/или изменениях степени затененности в элементах происходит обратимое мартенситное (аллотропное) превращение. Мартенситные кристаллы под действием постоянной нагрузки (пружины) в ходе знакопеременных изменений температуры растут и сокращаются ориентированно, что приводит к макроскопической обратимой деформации термочувствительных элементов.

На чертеже представлен автономный актинометр. Он содержит термочувствительные элементы 1 и встречные пружины 2, попарно разделенные световым экраном 3, присоединенные к концам рычага 4, свободно вращающемуся относительно оси 5, на которой закреплен пишущий элемент 6, находящийся в контакте с писчей лентой 7, сматываемой с барабана 8 и наматываемой на барабан 9. Барабан 9 снабжен часовым механизмом 10, который соединен с взводящим механизмом, состоящим из термочувствительного стержня 11 и пружины 12.

Актинометр работает следующим образом. Поскольку два одинаковых элемента 1, разделенные световым экраном 3, включены посредством рычагов 4 навстречу друг другу по отношению к направлению вращения оси 5, то эта ось в отсутствии солнечной радиации (при одинаковом ходе изменения температуры на элементах 1) будет оставаться неподвижной, а при разном ходе (наличие облучения) будет вращаться, поворачиваясь на угол, пропорциональный разности температур на каждом элементе 1, нанося посредством соединенного с ней пишущего элемента 6 соответственно прямую и квазипериодическую линию на ленте 7. Амплитуда квазипериодической линии будет пропорциональна разности температур между освещенным и неосвещенным элементом 1, т.е. интенсивности солнечной радиации. Элемент 11 в ходе суточного колебания температуры и под действием упругой геликоидальной пружины 12 будет совершать знакопеременные вращательные движения, взводя тем самым пружину часового механизма 10, который приводит в движение барабан 9, перемещая равномерно ленту 7 с барабана 8.

В результате работа устройства в целом на ленте будет зафиксирована диаграмма изменения уровня солнечной радиации в течение всего наблюдаемого периода.

Термочувствительные элементы могут быть изготовлены из сплава на основе никелида титана, имеющего интервал мартенситных превращений в диапазоне от - 50 до 70^oС при величине гистерезиса 1,5^oС. Этим требованиям соответствует сплав, легированный палладием, цирконием и медью, способный совершать циклы свыше 10⁷ раз (Патент РФ 2048744).

Преимущество предлагаемого технического решения состоит в том, что использование сплава с эффектом памяти формы в качестве термочувствительных элементов обеспечивает возможность вести автономно длительные наблюдения за изменением уровня солнечной радиации, в том числе в труднодоступных местах земного шара.

Автономный актинометр предназначен для мониторинга окружающей среды, следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Актинометр автономный, содержащий корпус, два термоэлемента, один из которых открыт для солнечных лучей, отличающийся тем, что дополнительно снабжен записывающим устройством и световым экраном, в тени которого размещен второй термоэлемент, при этом оба термоэлемента выполнены из сплава с эффектом памяти формы и кинематически соединены между собой и осью вращения, на которой закреплен пишущий элемент, а записывающее устройство снабжено писчей лентой на барабанах, приводимых в движение часовым механизмом, взводимым за счет энергии, вырабатываемой третьим термоэлементом, также выполненным из сплава с эффектом памяти формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1