[发明专利]光热型电测日照计

说明书

技术领域

本发明涉及太阳辐射能测量领域，特别是涉及一种光热型日照测量方法与日照计。

背景技术

日照计是测定日照时间长短的仪器,国际气象组织规定在太阳光谱(0。3-3μm)内的太阳直接辐射大于120W/M2时视为有日照。电测日照计分为光电型和光热型两类。 传统康培斯托克日照计和暗筒式日照计（又称乔唐式日照计）均为非电测日照计。

光电型日照计的传感器为各类光电敏感原件(硅光电管、光敏电阻等),该类仪器的缺点是1、没有一种光电敏感元件可以覆盖0.3-3μm内的全部光谱,在晨昏或能见度变化影响太阳的光谱分布时误差较大。2、该类元件感应面均为平面,存在方向余弦效应。因而必须引入跟踪机构或放置多个传感器来进行直接辐射的运算估计,前者使得可靠性降低。后者必然存在估算误差。

光热型传感器是通过测量辐射的热效应来检测太阳辐射的。典型的光热日照传感器为涂黑的双金属片。当受到太阳照射时双金属片产生温度梯度从而发生形变推动触点发出信号。双金属片同样存在余弦效应,因此在采用该种光热传感器制作日照计时也需要按圆周放置多个双金属片。

发明内容

本发明目的是：提出一种使用塞贝克等效应的材料来进行日照测量测量的方法及日照计。尤其是制备成热电偶进行日照测量，无需跟踪又无需安装多个传感器就可以方便进行测量。

本发明的技术方案是：光热型日照测量的方法及日照计，将A和B两种赛贝克系数不同的细金属丝按ABA或BAB的顺序进行连接, 三段细金属丝具有二个连接点构成热电偶、并且细金属丝和连接点均涂黑以保证辐射能的全光谱吸收。此时连接成的该段金属丝上形成有两个热电偶。然后把该段金属丝固定在垂直黄道面的方向上,用一个窄遮光环罩住两个热点偶中的一个,使之不能接收到太阳的直接辐射但还能接收到绝大部分的天空散射辐射。 为了减小空气热传导,提高测量灵敏度,尤其是可将金属丝放置在真空的石英玻璃管内。

保持该金属丝的两个端点在相同温度下,测量两个端点的热电动势即可得到日照强度。其原因在于未遮光的热电偶所接收的辐射能为直接辐射加天空散射辐射,而被遮光的热电偶仅仅收到天空的散射辐射,而两个热电动势在回路中又是极性相反的。故而导致整个回路热电动势只与太阳的直接辐射有关。

本发明的有益效果是：由于金属丝垂直于黄道面,在黄道面上是各向同性的,因此使得该日照计使用安装上非常简单,既无需跟踪又无需安装多个传感器。

 

附图说明

图1为本发明的构成结构和原理示意图

图中1表示未遮光热电偶、2表示石英玻璃管、3表示遮光热电偶、4表示遮光环、5表示金属丝的引出端。

具体实施方式

本发明所述日照计由两个涂黑的未遮光热电偶1和遮光热电偶3相串联构成。金属丝放置在内部真空的石英玻璃管2内。在遮光热电偶外固定有一圈遮光环4。信号由金属丝的两个引出端5得到。使用时将石英玻璃管垂直于太阳黄道面安装。。测量金属丝的热电动势即可得到太阳直接辐射值的大小。本发明选择的材料：金属材料组合如镍铬——镍硅、铜镍——铜等，而且半导体热电材料：铋碲锑合金、Bi₂Te₃、PbTe 或Si-Ge系列材料均可以作为本发明的材料。利用塞贝克效应产生的热电效应，当由两种不同的导体a、b构成的电路开路时，若其接点（即热电偶）1、3分别保持在不同的温度T1(低温)、T2(高温)下，则回路内产生电动势(热电势)，此现象称为塞贝克效应，其感应电动势 正比于接点温度T1，T2之差 ，比例系数S(T)称为热电能或塞贝克系数，单位为μV／K。

测量整个金属丝两个端点的热电动势来测量日照强度。由于两个热电势极性相反,其差值就仅仅与直接辐射值有关了。利用本发明可以延伸出更复杂的测量方案，但本发明给出了基本的方法和装置。