CS205918B1

CS205918B1 - Thermoelectric balancemeter

Info

Publication number: CS205918B1
Application number: CS302879A
Authority: CS
Inventors: Jiri Klabzuba
Original assignee: Jiri Klabzuba
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1981-05-29

Description

Vynález se týká termoelektrického biiancoměru k zjištování radiační bilance energie v daném prostoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a thermoelectric bio-meter for detecting the radiation energy balance in a given space.

Měřeni intenzity slunečního zářeni a sice energie dopadající, odražené a vyzařované povrchem, je možné pomocí speciálních trubicových solarlmetrů s různými úpravami nebo pomocí bilancoměrů, jejichž citlivá plocha je však malá. Při detailním studiu fotosyntetícké výkonnosti, respektive energetické účinnosti porostů, je nezbytná znalost celkového obratu energie ve formě zářivých toků — radiační bilance.Measurement of the intensity of solar radiation, namely the energy incident, reflected and radiated by the surface, is possible by means of special tubular solar meters with various modifications or by means of balance meters whose sensitive area is small. In a detailed study of photosynthetic performance or energy efficiency of stands, it is necessary to know the total energy turnover in the form of radiant fluxes - radiation balance.

Zářivé toky tvořící celkovou bilanci se z praktických důvodů v meteorologii rozlišuji na krátkovlnné — spektrum je tvořeno vlnovými délkami = 0,3 — 3 μϊα a na dlouhovlnné — 5 — 50 μτα. Zdrojem krátkovlnných zářivých toků je Slunce, zdrojem dlouhovlnných toků je zemský povrch — půda, rostlinný pokryv a atmosféra. Ostatní druhy zářivě energie nejrúznějších vlnových délek, se kterými se lze setkat na zemském povrchu — záření hvěz, Měsíce, rentgenové a kosmické záření atd., jsou z hlediska energetické bilance zanedbatelné. Radiační bilance tedy charakterizuje příjem Či výdej energie uvažovaného povrchu ve formě zářivých toků. Druh povrchu, jeho charakter, barva i některé další vlastnosti celkovou bilanci velmi významně ovlivňují a mají proto principiální význam při využití energie slunečního záření. Podle novějších zahraničních 1 u nás zjištěných poznatků roztioúuje o využiti energie porostem plodin a tím i akumulaci organické hmoty především celková radiační bilance — nikoliv jen energie slunečního záření, kterou má porost k dispozici. Bilanci zářivých toků lze významně ovlivnit strukturou porostu, jeho výškou a hustotou, charakterem olistění, eventuálně dalšími šlechtitelskými zásahy. .For practical reasons, the radiant fluxes making up the overall balance are distinguished in short wavelengths - the spectrum consists of wavelengths = 0.3 - 3 μϊα and longwave - 5 - 50 μτα. The source of shortwave radiant fluxes is the Sun, the source of longwave fluxes is the Earth's surface - soil, plant cover and atmosphere. Other types of radiant energy of the most diverse wavelengths encountered on the Earth's surface - star, moon, x-ray and cosmic rays, etc., are negligible in terms of energy balance. Thus, the radiation balance characterizes the intake or expenditure of the energy of the considered surface in the form of radiant fluxes. The type of surface, its character, color and some other properties have a very significant impact on the overall balance and are therefore of fundamental importance in the use of solar energy. According to more recent findings 1, the findings revealed that the overall radiation balance - not just the solar energy available to the crop - is mainly related to the use of energy by crop growth and thus the accumulation of organic matter. The balance of radiant fluxes can be significantly influenced by the structure of the stand, its height and density, the character of the foliage, eventually by other breeding interventions. .

Běžná měření radiační bilance na meteorologických stanicích jsou zajišťována* pomocí termoelektrických bilancoměrů, jejichž aktivní Část má rozměr asi 3X3 cm a sestává z baterie termočlánků, které snímají teplotní rozdíl mezi horní a dolní plochou citlivou k záření. ,Conventional radiation balance measurements at meteorological stations are provided by thermoelectric balance meters whose active part is about 3X3 cm and consists of a battery of thermocouples that sense the temperature difference between the upper and lower radiation sensitive surface. ,

Detailní studium využití energie slunečního zářeni vyžaduje bezpodmínečnou znalost efektivní hodnoty bilance záření uvnitř porostu nebo i v případě hodnocení účinnosti kolektorů pro přeměnu energii slunečního záření v teplo. Snímání efektivní hodnoty nehomogenního radiačního pole je možné buď za použití velkého počtu bilancoměrů užívaných pro meteorologická měření nebo nepřetržitým periodickým pohybem Jednoho snímače po poměrně dlouhé dráze. Obě řešení jsou velmi nákladná a v řadě případů v zemědělském výzkumu vůbec nerealizovatelná, například z důvodu porušení přirozené struktury porostu a tím i sledované veličiny.A detailed study of the use of solar energy requires unconditional knowledge of the effective value of the radiation balance within the stand or even in the case of evaluation of the efficiency of collectors for the conversion of solar energy into heat. RMS reading of the inhomogeneous radiation field is possible either by using a large number of balance meters used for meteorological measurements or by continuous periodic movement of One sensor over a relatively long distance. Both solutions are very costly and in many cases unrealistic in agricultural research, for example, due to a violation of the natural structure of the stand and thus the monitored quantity.

Známým zařízením pro snímání efektivní hodnoty slunečního záření je trubicový liniový solarimetr, jenž ovšem zachycuje jenA known device for sensing the effective value of solar radiation is a tubular line solarimeter, which, however, only captures

S 918 krátkovlnné radiační toky, což nestačí k určení celkové energetické bilance.With 918 shortwave radiation flows, which is not enough to determine the overall energy balance.

Společnou nevýhodou dosud známých konstrukcí bilancoměrů, například pro studium radiačního klimatu porostů,, je malá citlivá plocha snímačů. V důsledku značné nehomogenity radiačních polí v porostu proto není možné snímat jejich efektivní hodnotu jedním snímačem. Táto skutečnost je zvlášť významná při registraci měřených hodnot, jak pomocí zapisovačů, tak i stále častěji používaných měřicích ústředen. Kromě toho většina typů přístrojů užívaných pro meteorologické účely neumožňuje zachování přirozené' struktury porostu a tím i sledování bilance energie v těchto prostorech.A common disadvantage of the previously known balancing instrument designs, for example for studying the radiation climate of stands, is the small sensitive area of the sensors. Due to the considerable inhomogeneity of the radiation fields in the stand, it is not possible to sense their effective value by one sensor. This is of particular importance when registering measured values, both by means of recorders and by increasingly used measuring exchanges. In addition, most types of instruments used for meteorological purposes do not allow the natural vegetation structure to be maintained and thus to monitor the energy balance in these areas.

Uvedené nedostatky odstraňuje termoelektrický bilancoměr, sestávající z termobaterie a měřicího členu podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že aktivní část jeho termobaterie je dvojitá ve tvaru obdélníku s poměrem stran nejméně 1 :10 a je tvořena dvěma shodnými rovnoběžnými deskami plošných spojů obrácenými vzájemně o 180°, mezi nimiž je vzduchová vrstva. Každá deska má na povrchu plošné spoje, například tvaru čtverce, v jejichž středu je umístěn vždy aktivní konec jednoho termočlánku, například měď konstantan a veškeré termočlánky na jednotlivých plošných spojích jsou navzájem zapojeny v sérii. Aktivní části plošných spojů jsou opatřeny vrstvou pohlcující elektromagnetické záření ve vlnovém oboru 0,3 až 50 μτα.These drawbacks are overcome by a thermoelectric balance meter consisting of a thermo-battery and a measuring element according to the invention. It is based on the fact that the active part of its thermo-battery is a double rectangular shape with an aspect ratio of at least 1: 10 and consists of two identical parallel printed circuit boards turned 180 ° to each other with an air layer between them. Each plate has a printed circuit board, for example a square shape, in the center of which is always the active end of one thermocouple, for example copper constantan, and all thermocouples on each printed circuit board are connected in series. The active parts of the printed circuits are provided with a layer absorbing electromagnetic radiation in the wavelength range of 0.3 to 50 μτα.

Zařízení funguje tak, že termobaterie se vloží do kovového rámu a zavěsí nad prostorem, jehož efektivní hodnota radiačního pole se zjišťuje. Při připojení měřícího členu na vývody sériově zapojených termočlánků termobaterie se měří efektivní hodnota radiačního pole.The device works by placing the thermo-battery in a metal frame and hanging it over a space whose effective radiation field value is determined. When connecting the measuring element to the terminals of the thermocouples connected in series, the effective value of the radiation field is measured.

Termoelektrický bilancoměr podle vynálezu má řadu výhod provozních i výrobních. Liniový tvar bilancoměrů umožňuje bilancovat jediným přístrojem.záření v určitém pruhu i při značně nehomogenním průběhu záření ve. zkoumaném prostoru a udává správnoú efektivní hodnotu záření. Termoelektrický bilancoměr jé konstrukčně jednoduchý a snadno vyróbitelný.The thermoelectric balance meter according to the invention has a number of operational and production advantages. The linear shape of the balance meters makes it possible to balance with a single instrument. space and gives the right effective value of radiation. The thermoelectric balance is structurally simple and easy to manufacture.

Vynález je blíže popsán podle přiložených nákresů, v nichž je na obr. 1 celkové uspořádání termoelektrického bilancoměrů a na obr. 2 a 3 jsou detaily uspořádání aktivní části termobaterie.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows the overall configuration of the thermoelectric balance meter and FIGS.

Termoelektrický bilancoměr podle obr. 1 je tvořen vlastní aktivní částí 2, umístěnou v hliníkovém rámu .1. Termobaterie je vytvořena sóustavou jednotlivých termočlánků 3, například měď konstantan, které jsou zapojeny v deskách 6, 7 plošných, spojů 4 jednotlivě vždy na ploškách měděné fólie 5 plošných spojů 4. Desky 8 a 7 plošných spojů 4 jsou stejné, obdélníkového protáhlého tvaru a jsou umístěny vůči sobě ven obráceně 0-180°, Mezi nimi je vzduchová izolační mezera, která je vymezena podložkami 8 s výhodou z polystyrenu, které jsou přilepeny mezi desky 6 a 7. Uprostřed každé plošky měděné fólie S jsou vyvedeny konce termočlánků 3 měď konstantan. Horní i spodní termočlánky 3 termobaterie jsou navzájem v sérii zapojeny a jejich konce převedeny na vývod 9 termobaterie. Dvojitá část termobaterie je umístěna v hliníkovém rámu 1.The thermoelectric balance of FIG. 1 is formed by the active part 2 itself, housed in an aluminum frame. The thermo-battery is formed by a solustic individual thermocouples 3, for example copper constantan, which are connected in the printed circuit boards 6, 7 individually to the printed circuit boards 5 of copper foil 4. The printed circuit boards 8 and 7 are identical, rectangular elongated in shape. between them there is an air insulating gap, which is defined by pads 8, preferably made of polystyrene, which are glued between the plates 6 and 7. In the middle of each flat of the copper foil S the ends of the thermocouples 3 are copper-constant. Both the upper and the lower thermocouples 3 of the thermo-battery are connected in series and their ends are transferred to the terminal 9 of the thermo-battery. The double part of the battery is placed in the aluminum frame 1.

Termobaterie se zavěsí ve vhodném místě, jehož energetická bilance se zajišťuje.'The thermo-battery is suspended at a suitable location whose energy balance is ensured.

Termobaterie je citlivá na změny zářivé energie v protáhlé ploše podobné' tvaru její aktivní části 2. Soustava termočlánků 3 v sérii zapojená dává termoelektrické napětí úměrné bilanci zářivé energie v měřeném prostoru, která v podstatě je dána rozdílem dopadající energie a odražené.i: vyzařované energie od sledovaného povrchu: Z takto bilancovaného rozdílu se pak může zjistit velikost energie absorbované povrchem, například porostem. Protáhlým tvarem se dosáhne efektivní hodnoty bilance i ve značně nehomogenních polích.The thermo-battery is sensitive to changes in radiant energy in an elongated area similar to the shape of its active part 2. The series of thermocouples 3 in series gives a thermoelectric voltage proportional to the balance of radiant energy in the measured space, essentially due to the difference of incident energy and reflected energy. From the surface to be monitored: The amount of energy absorbed by the surface, for example, by vegetation, can then be determined from this difference. The elongated shape achieves an effective balance value even in highly inhomogeneous fields.

Charakteristické hodnoty aktivní části 2 termoelektrického bilancoměrů:, celková délka šířka citlivé plochy počet sekcí termobaterie napěťová citlivost vnitřní odpor termobaterieCharacteristic values of active part 2 thermoelectric balance meters :, total length width of sensitive area number of thermo-battery sections voltage sensitivity internal resistance of thermo-battery

0,5 až 1 m až 2 cm až 7mV na 1 kW.m^-2 cca 5 až 10 ohm0.5 to 1 m to 2 cm to 7mV per 1 kW.m ^-2 approx. 5 to 10 ohm

Většina elektrických i mechanickýoh parametrů je do značné míry volitelná a srovnatelná s přístroji vyráběnými pro aktino- ^jmetrická měření.Most electric and mechanickýoh parameters is largely optional and comparable devices produced for ^j aktino- metric measurements.

Vhodná indikační zařízení jsou například galvanoměry s dostatečnou citlivostí, bodové nebo liniové zapisovače, měřicí ústředny, případně, elektrochemická integrace sum pomocícoulomhmetrů.Suitable indicating devices are, for example, galvanometers with sufficient sensitivity, point or line recorders, measuring systems, or electrochemical integration of sums by means of coulommeters.

Předpokládaná oblast využití je zejména v zemědělském a lesnickém výzkumu, zvláště při mikroklimatických studiích v prostorech, ve sklenících, ve stájích při sledování ztrát tepelné energie obvodovými konstrukcemi a podlahou, dále studiuni konstrukčních materiálů při navrhování ábsorbérůslunečního záření.The expected field of application is especially in agricultural and forestry research, especially in microclimatic studies in rooms, in greenhouses, in stables for monitoring of thermal energy losses by circumferential constructions and floor, as well as studies of construction materials in the design of solar radiation absorbers.

Pomocí termoelektrických bilancoměrů podle vynálezu v kombinaci s trubicovými solarinietry je možné zjišťovat komplexně radiační poměry například uvnitř porostu, a to odděleně složky krátkovlnné i dlouhovlnné.By means of the thermoelectric balancers according to the invention in combination with tubular solariniters, it is possible to detect complex radiation conditions, for example inside the stand, separately of shortwave and longwave components.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Thermoelectric balance meter consisting of a thermo-battery and a measuring element, characterized in that the active part (2) of the thermo-battery is a double rectangular shape with an aspect ratio of at least 1:10 and consists of two identical parallel printed circuit boards (6,7) _f 180 ° apart, between which there is an air layer and each plate [6,7] has on the surface of a printed circuit board (4), for example a square shape, in the center of which is always active end of one thermocouple (3) (3) are connected in series to each printed circuit (4), the active parts of the printed circuit (4) being provided with an electromagnetic radiation absorbing layer in the wavelength range of 0.3 to 50 μνη.