CN111290045A - 一种丝状半球面温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丝状半球面温度传感器，包括由水平放置的圆形平底面和弧面壳体组成的半球壳导流罩，所述平底面下表面设有温度传感器探头，所述弧面壳体的上表面设有多根导热丝；所述半球壳导流罩的上方和下方分别设有第一反光板和第二反光板，所述第一反光板和第二反光板通过第一隔热柱连接，所述半球壳导流罩通过弧面壳体上的第二隔热柱与第一反光板连接。首先，本设计利用反光板反射太阳直接辐射和下垫面反射辐射，减少由太阳直接辐射、反射辐射引起的温度升高对温度传感器探头的影响；其次，利用导热丝对球壳辐射热进行散热，降低内部温度传感器探头的辐射误差。

Description

一种丝状半球面温度传感器
技术领域
本发明涉及气象仪器技术领域，尤其是涉及一种丝状半球面温度传感器。
背景技术
白天太阳辐射会造成气象站温度传感器升温，使其观测值高于周围环境的空气温度，这种现象引起的误差被称为太阳辐射误差。目前气象站用百叶箱或自然通风防辐射罩可避免太阳对温度传感器探头的直接辐射，降低辐射误差。然而由于百叶箱或防辐射罩外表面白色涂层难以100％反射太阳辐射，因此在一定程度上，传统百叶箱或防辐射罩，尤其是其叶片和环片，仍会产生显著的辐射升温，导致流入其内部的气流被加热，引起内部温度传感器探头的观测结果高于外部自由空气的温度。此外，叶片和环片不利于气流流通，百叶箱或防辐射罩内部低气流速度亦会导致辐射误差进一步加大。通常认为，防辐射罩内部气流速度降低伴随着热污染效应的发生。由于百叶箱的叶片和防辐射罩的环片之间均存在缝隙，总存在一定比例的太阳直接辐射、散射辐射和地面反射辐射从缝隙中进入仪器内部，并照射在温度传感器探头表面，这种效应亦会使辐射误差进一步扩大。基于传统百叶箱和防辐射罩的温度传感器的辐射误差可达1℃量级甚至更高。百叶箱的叶片和防辐射罩的环片不仅引起辐射误差问题，亦降低了温度传感器探头响应速度，引起滞后误差，木质百叶箱滞后可达10分钟以上。此外，由于百叶箱和防辐射罩的热容较大，给温度脉动观测也带来了很大难度。一个良好的气象站用温度传感器设计，不仅应该使得到达温度传感器探头表面的太阳辐射尽可能的小，而且应该使得温度传感器探头周围的气流速度尽可能的大。采用叶片或环片有助于满足第一种要求，但是难以满足第二种要求，从而难以消除热污染效应。因此上述两种设计要求存在矛盾，这给温度传感器性能的提高带来了困难。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种丝状半球面温度传感器。
技术方案：本发明的丝状半球面温度传感器，包括由水平放置的圆形平底面和弧面壳体组成的半球壳导流罩，所述平底面下表面设有温度传感器探头，所述弧面壳体的上表面设有多根导热丝；所述半球壳导流罩的上方和下方分别设有第一反光板和第二反光板，所述第一反光板和第二反光板通过第一隔热柱连接，所述半球壳导流罩通过弧面壳体上的第二隔热柱与第一反光板连接。
进一步的，所述温度传感器探头位于平底面的圆心处。
进一步的，所述导热丝在弧面壳体上表面均匀间隔布设。
进一步的，所述导热丝的布设角度垂直于所在弧面壳体的切面，通过导热胶固定。
进一步的，所述第一反光板和第二反光板的结构尺寸一致，为圆形、椭圆形或者多边形，分别位于半球壳导流罩的正上方和正下方，垂直投影面积大于半球壳导流罩。
进一步的，所述半球壳导流罩和导热丝的选材为银、铜、铝或其他高热导率材料。
进一步的，所述第一反光板和第二反光板的上下表面均镀有反光材料，所述反光材料可为银、镍、铝或其它高反射材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，本设计利用反光板反射太阳直接辐射和下垫面反射辐射，减少由太阳直接辐射、反射辐射引起的温度升高对温度传感器探头的影响；其次，利用导热丝对球壳辐射热进行散热，降低内部温度传感器探头的辐射误差。
附图说明
图1是本发明立体结构示意图；
图2是本发明的正视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1和图2所示的丝状半球面温度传感器，包括由水平放置的圆形平底面101和弧面壳体102组成的半球壳导流罩，此结构能有效引导自然风在其表面流通，增强周围气流速度，提高其散热性能。所述平底面101下表面设有温度传感器探头2，所述温度传感器探头2位于平底面101的圆心处，使得温度传感器探头2受辐射热污染影响较小，降低辐射误差，同时，温度传感器探头2与外界大气直接连通，可以实时感知外界气流温度，可有效降低滞后误差；所述弧面壳体102的上表面设有多根导热丝3，所述导热丝3在弧面壳体102上表面均匀间隔布设，布设角度垂直于所在弧面壳体102的切面，通过导热胶固定，能够良好的对半球壳进行散热，降低内部温度传感器探头2的辐射误差。
所述半球壳导流罩的上方和下方分别设有第一反光板4和第二反光板5，所述第一反光板4和第二反光板5的结构尺寸一致，同时与平底面101平行，为圆形、椭圆形或者多边形，本实施例采用圆形，分别位于半球壳导流罩的正上方和正下方，垂直投影面积大于半球壳导流罩。所述第一反光板4和第二反光板5通过第一隔热柱6连接，第一隔热柱6有3根，均匀垂直分设于第一反光板4和第二反光板5的周边，所述半球壳导流罩通过弧面壳体102顶部的第二隔热柱7与第一反光板4的圆心位置连接。在增强温度传感器结构稳定性的同时，能够减少第一反光板4和第二反光板5与半球壳导流罩内部的热传导。
其中，所述半球壳导流罩和导热丝3的选材为银、铜、铝或其他高热导率材料。所述第一反光板4和第二反光板5的上下表面均镀有反光材料，所述反光材料可为银、镍、铝或其它高反射材料。第一反光板4可有效阻挡太阳直接辐射，第二反光板5可有效阻挡来自下垫面的反射辐射，防止二次辐射热污染。
本设计即使白天的太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射和热传导效经第一反光板和第二反光板的反射作用后仍会增加半球壳导流罩的温度，半球壳导流罩上部的导热丝会迅速进行散热，使球壳的辐射热迅速扩散，从而保证温度传感器探头的测量精度。同时，半球壳导流罩的设计结构可以有效地阻挡太阳辐射进入球壳内，可在一定程度上避免辐射污染，有利于降低辐射误差。
经仿真实验验证，在相同环境条件下，本发明可将温度传感器的辐射误差降低至0.05℃量级，而基于传统百叶箱和自然通风防辐射罩的温度传感器的辐射误差高达1℃量级，可见，本申请涉及的温度传感器降低了辐射误差。与基于叶片式百叶箱和环片式防辐射罩的温度传感器相比，本发明涉及的温度传感器体积较小、重量较小、可降低成本，结构相对简单，易于加工制造、维护安装和清洁。

Claims (7)

1.一种丝状半球面温度传感器，其特征在于：包括由水平放置的圆形平底面(101)和弧面壳体(102)组成的半球壳导流罩，所述平底面(101)下表面设有温度传感器探头(2)，所述弧面壳体(102)的上表面设有多根导热丝(3)；所述半球壳导流罩的上方和下方分别设有第一反光板(4)和第二反光板(5)，所述第一反光板(4)和第二反光板(5)通过第一隔热柱(6)连接，所述半球壳导流罩通过弧面壳体(102)上的第二隔热柱(7)与第一反光板(4)连接。
2.根据权利要求1所述的丝状半球面温度传感器，其特征在于：所述温度传感器探头(2)位于平底面(101)的圆心处。
3.根据权利要求1所述的丝状半球面温度传感器，其特征在于：所述导热丝(3)在弧面壳体(102)上表面均匀间隔布设。
4.根据权利要求1所述的丝状半球面温度传感器，其特征在于：所述导热丝(3)的布设角度垂直于所在弧面壳体(102)的切面，通过导热胶固定。
5.根据权利要求1所述的丝状半球面温度传感器，其特征在于：所述第一反光板(4)和第二反光板(5)的结构尺寸一致，为圆形、椭圆形或者多边形，分别位于半球壳导流罩的正上方和正下方，垂直投影面积大于半球壳导流罩。
6.根据权利要求1所述的丝状半球面温度传感器，其特征在于：所述半球壳导流罩和导热丝(3)的选材为银、铜、铝或其他高热导率材料。
7.根据权利要求1所述的丝状半球面温度传感器，其特征在于：所述第一反光板(4)和第二反光板(5)的上下表面均镀有反光材料，所述反光材料可为银、镍、铝或其它高反射材料。
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