JPS5853877B2 - 高感度日射計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 日射に依る短波放射を気温、風力等の各種の気象要因の
変動に長期間にわたり影響されることなく測定するため
の日射計は既に各種実用化しているが、精度は充分でな
い。

例えば最近盛んになって来た全天日射量を更にこまかく
波長別に計測するのは従来の日射受感器（例えば特公昭
４９−３９０３７号参照）では精度的に不可能である。

換言すると日射量を波長別に分けた場合、各波長に感す
る日射計から得られす る波長別の出力は約−の強度と少くなり、冬山０ 力に含まれる誤差が重畳されて測定結果に意味がなくな
る。

従来型の日射受感器の誤差の要因は次の２つで一つは日
射以外の周囲気温や風など気象要因で出力に変化を変え
るノイズ、もう一つは各波長帯に対する分光特性の差で
ある。

本発明はこの２つの要因を排除するための日射計の構造
に関するものである。

第１図に本発明の基本となる日射計の構造を模式化して
示す。

放射が入射する方向に向けて面積ＡＩ、熱容量Ｃ１吸収
率α、を有する受熱板：Ｐ。

を置く。

熱電堆の温接点を形成する受熱板：Ｐｌは熱伝達係数に
１を有する支柱にまり熱電堆の冷接点を形成するベース
プレー１−Ｂに支持される。

受熱板Ｐ１の温度をθ２、ベースプレートの温度をθ８
とし、放射量を工。

とすると、受熱板：Ｐ。の熱収支は、 ここでベースプレートの温度θ８が一定であれば、温度
差θ１、−θ３は定常状態において即ち右辺（）の中の
時間項が零になったとき、放射量Ｉ。

に比例した出力を与える。

式（２）の成立は日射量以外の気象条件Ｅにより温度差
θ２−θ８が常に零であることが条件である。

換言すればベースプレートの温度と受熱板の温度とが気
象条件即ち外部要因Ｅの変動に対して過渡的にも常に等
しくなければならないことを意味する。

実際の日射計においてはベースプレー）Ｂと受熱板は支
柱により接続され、異った位置にあり周囲からの熱的影
響に対し常に同じ時間に同じ量だけ各々の温度が等しく
変らないのでこれがノイズとして現われる。

このノイズレベルを下げるために本発明では、第１図に
示すごとく面積の異るもう一つの受熱板Ｐ２を設けた。

２つの受熱板は面積、熱容量は異るが外部気象要因Ｅよ
りの熱的影響は同じになる様、吸収率も同じでかつ中央
部の受熱板Ｐ１に対しその周囲の受熱板Ｐ２を両者同心
に配備しかつ同じ熱伝達係数で共通のベースプレートに
接続する。

受熱板Ｐ２についても式（１）、（２）に相当する熱収
支式と温度差を示す式が成立する。

ここに温度差を示す式を表示すると、である。

これは受熱板Ｐ２についての式であるので添字は２とす
る。

ここで先にことわった如く、吸収率は等しくすなわちα
、＝α２ヨαであり熱伝達係数も等しいのですなわちに
１−に２三にであるが面積のみはことなりＡ１）Ａ２で
ある。

今２つの板Ｐ１、Ｐ２の間を熱電堆で接続した場合、得
られる温度差θＰ１−θＰ２は下記で示される。

云いかえると式（２）と（３）の差である。

となる。

式（４）、（５）の意味する所は、先ず測定される温度
差θ２□−θＰ２は両者の面積の差により生じることで
ある。

云いかえると吸収率は同じであっても、両者の間に温度
差が生じ日射量Ｉ。

に比例した出力が得られることである。

更に式（乃と式（４）を比較すると、先に説明したノイ
ズの原因であったベースプレートの温度θ８が全く関係
しなくなる。

換言すると第１図において、外部要因Ｅの変化に対して
、外装Ｃの温度が変化して、それと熱伝達係数Ｋ。

で接続されたベースプレートＢの温度が変化するがこの
変化は式（４）、（５）には関係しなくなる。

更に両熱板Ｐ１．Ｐ２は外装Ｃより熱的にほぼ等量の影
響を受ける位置に、例えば先にのべたごとく同心に配備
しておけば外部要因Ｅによる画板の温度変化は同量とな
り、画板の温度差はもっばら日射量Ｉ。

のみに依存しノイズレベルが下がることを意味する。

即ちＳ／Ｎ比が大巾に改良されることになる。

又式（２）、（に）に示される時間に依存する項を比較
は式２と同じ応答を示すことになる。

以上によりＳ／Ｎが大巾に改善されしかも吸収率の等し
い受熱板を使用することができる日射計が得られる。

受熱板を二枚用いた型式の従来型日射計においてはα１
）α２、すなわち各受熱板の色を夫々黒と白としこのコ
ントラストで受熱板に温度差をつけ、ノイズを除去して
いるが現存する白塗料は日射全波長に対して均一な吸収
率を有しないので、波長別に計測する必要ある場合はこ
の日射計は使用出来なかった。

本発明日射計に依り特定波長帯の日射量を測定するには
、同時測定の場合は透過波長帯のことなるフィルタード
ームを夫々取付けた２台の日射計の差の出力をこれらフ
ィルターの透過帯域の差の帯域の日射量として取出すこ
とができる。

もち論これら２つのフィルターを二枚重ねたドームを介
して日射を受ければ１台の日射計で特定波長帯の日射量
を知る事が出来る。

本発明に於いてもう一つ特長とする所は、従来型の日射
計に比較し、本発明の日射計の受感語の大きさは１／７
〜１／８になっている。

このことは日射計自体の大きさを大巾に小さくし軽量化
することができる。

特に先に述べたフィルタードームは加工が非常に難かし
く大きくなれば加工が実際的には不可能となり製造コス
トが非常に高くなる。

これを構造上より説明を加えれば下記の通りである。

受熱板面積が大きいことは入射するエネルギーも比例し
て大きくなり、大きい出力を得ることができるが、本発
明日射計においては小さい受光面積でほぼ同じ出力を得
るために、２つの受熱板の間を結ぶ熱電堆の熱容量と熱
伝達率を極めて小さくし、両者の間に式（４）で示すご
とき温度差がつく構造とした。

通常線素線２により構成される熱電堆は、機械的強度が
ないため第２図Ａに示すごとくボビン１の上に巻いて固
定し強度を持たせるが、本発明では第２図Ｂの如くボビ
ンで保持せず熱電堆を構成する各素線２を互いに単に強
力な接着剤３で固定しかつ線間の電気絶縁も可能とした
。

この構成によれば熱電堆自体を伝わる熱量も少なく、か
つ熱容量も小さいので、二つの受熱板間の温度差が大き
く、即ち感度が大きくかつ応答速度もはやい日射計とす
ることができる。

第３図は本発明実施による日射計の断面図を示す。

６は特定の波長域の日射のみを透過するためのフィルタ
ードームで、その内部に熱線をカットするための石英ド
ーム７を配備する。

この２つのドームはホルダー９に接着された上オーリン
グ１０を介して本体１１に固定される。

本体１１の上に、第１図に図示したベースプレートＢと
受感部Ｓとが一体化して固定される。

更に本体１１は鋳物で作られこれに日射計の機能上必要
とされる部品、乾燥材容器１２、レベル１３、出力コネ
クター１４、水平調節足１５、固定脚１６、裏蓋１７、
感度調節用ポテンシオメータ−１８が取つけられる。

尚受熱板Ｐ１、Ｐ２も受感部Ｓに一体化されている。

第４図Ａ、Ｂは第３図の受感部Ｓの構造を詳細に示すも
ので、Ａは断面図、Ｂは平面図である。

第４図Ｂにおいて受熱板Ｐ１、Ｐ２は夫々円状・環状を
なし同心に配備しであることを示す。

しかもその面積は均１０：１の比である。

受熱板Ｐ１、Ｐ２に入射する日射はこの表面の黒塗材膜
により吸収されて、各々の温度を上げる。

受熱板Ｐ１ は熱伝達部材１９（例えば金属製支柱）を
介してベースプレートＢの上面に固定される。

一方受熱板Ｐ２は下方へおり曲げられ冷接点板２０に接
合点２１で熱的に接続される。

受熱板Ｐ２、冷接点板２０はそれぞれ金属の良導体例え
ばＡｌ板により作られているので日射にさらされる面と
下部の冷接点板２０の温度差は殆んどない。

冷接点板２０は熱伝達部材１９と同じ構造の熱伝達部材
１９′を介してベースプレー）Ｂの下面に固定される。

受熱板Ｐ１、Ｐ２は、この様にして共通の熱溶であるベ
ースプレー１−Ｂに接続されるので、云いかえると逃げ
る熱量が同じで入って来る熱量は面積差に基すきことな
るので、結果的には受熱板Ｐ１の方がＰ２よりも温度が
高くなる。

第２図Ｂに示したボビンのない熱電堆２の温接点４、冷
接点５の列は第４図′の４．５に相当するが僅かに接点
列を突出せしめ受熱板Ｐ１、Ｐ２と図の如く結合される
。

尚温冷接点４．５は受熱板Ｐ１の直径方向に並らぶ。

尚第２図Ｂに示す熱電堆２において太く示しである部分
は銅−コンスタンタンで構成される熱電堆の銅の部分を
示す。

かくて熱電堆２の出力は受熱板Ｐ１、Ｐ２の温度差に比
例するので結果的には入射する日射量に比例した出力と
して第３図に示すコネクター１４より取り出すことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明日射計を説明する熱的模式図、第２Ａ図
は日射計用の一般の熱電堆の斜視図、第２Ｂ図は本発明
実施に用いる熱電堆の斜視図、第３図は本発明日射計の
実施例を示す縦断面図、第４図Ａ、 Ｂは第３図の受感
部の詳細を示す断面図、平面図である。 ■ｏ・・・・・・入射日射量、Ｐｌ、Ｐ２・・・・・・
各々の受熱板、Ａ１、Ａ２・・・・・・各々の受熱面積
、Ｃ１、Ｃ２・・・・・・各々の吸収率、Ｃ０、Ｃ２・
・・・・・各々の熱容量、Ｋ１、Ｋ２・・・・・・支柱
による熱の伝達係数、Ｂ・・・・・・ベースプレート（
冷接点）、Ｋｏ・・・・・・ベースプレートより外装へ
の熱伝達係数、Ｃ・・・・・・外装、Ｅ・・・・・・外
部気象要因、１・・・・・・ボビン、２・・・・・・熱
電堆素線、８・・・・・・接着剤、４・・・・・・温接
点、５・・・・・・冷接点、Ｈ・・・・・・熱の流れの
方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 日射吸収率が等しく、面積のことなる受熱板それぞ
   れを同一平面で至近に配置し、等しい熱伝達係数を持つ
   別々の熱伝達部材をかいして共通の熱溶に熱を逃がす様
   に夫々の受熱板を該熱溶に接続し、上記それぞれの受熱
   板に入射する日射に比例した温度差を温・冷接点が上記
   夫々の受熱板に熱的に接続された熱電堆により測定する
   日射受感部を具備したことを特長とする日射計。 ２ 上記受感部として熱電堆用の多数の素線を相互に接
   着剤で重ねて固定した熱電堆を用いた特許請求の範囲１
   記載の日射計。