CN111290047B - 一种用于地表气温观测的温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于地表气温观测的温度传感器，包括第一导流板以及设置在第一导流板下方的第二导流板，均为水平放置的、上小下大的圆台结构，且均为下底敞开的中空结构，还包括导流环片，为上大下小且上下底面均敞开的中空圆台结构，所述导流环片下底边缘与第一导流板的下底边缘重合拼接；所述第一导流板和第二导流板通过隔热柱连接并贯穿，上下延伸端分别连接有第一反光板和第二反光板，在第二导流板的上底设有温度传感器探头。首先，本设计增大进风口面积侧面形成聚风斜面，可引导高于导流环片的水平气流进入，使测得的温度具有良好的时效性，增加了通风量，从而降低滞后误差并使该结构具有相对良好的通风环境，降低辐射误差。

Description

一种用于地表气温观测的温度传感器
技术领域
本发明涉及气象仪器技术领域，尤其是涉及一种用于地表气温观测的温度传感器。
背景技术
在气温观测中，感温元件与空气之间交换热量是以热传导的方式来建立热平衡的。由于空气对辐射能，特别是对短波辐射能吸收的本领不大，而在自然情况下太阳直接辐射和地面反射辐射均会影响传感器测温的准确度。在气象站运用温度传感器进行温度测量的过程中，白天太阳辐射会造成气象站温度传感器升温，使其测量值高于周围环境的空气温度，这种现象产生的误差被称为太阳辐射误差。目前气象站采用的是传统的百叶箱或者自然通风防辐射罩，可以避免太阳辐射对温度传感器的直接照射，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，本发明公开了一种提高温度测量准确性的用于地表气温观测的温度传感器。
技术方案：本发明的用于地表气温观测的温度传感器，包括第一导流板以及设置在第一导流板下方的第二导流板，所述第一导流板和第二导流板均为水平放置的、上小下大的圆台结构，且均为下底敞开的中空结构，还包括导流环片，所述导流环片为上大下小且上下底面均敞开的中空圆台结构，所述导流环片下底边缘与第一导流板的下底边缘重合拼接，所述第二导流板的侧面与导流环片的侧面形成聚风斜面；
所述第一导流板和第二导流板通过隔热柱连接，所述隔热柱贯穿第一导流板和第二导流板，同时上下端分别连接有第一反光板和第二反光板，所述第二导流板的上底设有温度传感器探头。
进一步的，所述第一导流板的下底和第二导流板的上底位于同一平面。
进一步的，所述第一导流板和导流环片相连接的母线的夹角为60°-150°。
进一步的，所述第二导流板的敞口角度大于第一导流板的敞口角度。
进一步的，所述第二导流板的下底直径等于导流环片上底直径，所述导流环片的高等于第一导流板的高。
进一步的，所述隔热柱设有3根，分别垂直于第一导流板和第二导流板的上底，在圆周内均匀间隔布设。
进一步的，所述第一反光板和第二反光板的表面镀有反光材料。该反光材料为银、镍、铝或其它高反射率材料，形状可为圆形、椭圆形或多边形。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，本设计增大进风口面积侧面形成聚风斜面，可引导高于导流环片的水平气流进入，使测得的温度具有良好的时效性，增加了通风量，从而降低滞后误差并使该结构具有相对良好的通风环境，降低辐射误差；其次，内部形成横截面为圆形的通道，同时通道内设置温度传感器探头，通道内尤其是中心位置的温度传感器探头受辐射热污染影响较小；再而，反光板的设置可以有效减少太阳的直径辐射和二次辐射对测温精度的影响。
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所示的用于地表气温观测的温度传感器，包括第一导流板1以及设置在第一导流板1下方的第二导流板2，所述第一导流板1和第二导流板2均为水平放置的、上小下大的圆台结构，且均为下底敞开的中空结构，所述第一导流板1的下底和第二导流板2的上底位于同一平面。所述第二导流板2的敞口角度大于第一导流板1的敞口角度。
还包括导流环片3，所述导流环片3为上大下小且上下底面均敞开的中空圆台结构，所述导流环片3下底边缘与第一导流板1的下底边缘重合拼接，所述第一导流板1和导流环片3相连接的母线的夹角为60°-150°。所述第二导流板2的下底直径等于导流环片3上底直径，所述导流环片3的高等于第一导流板1的高。所述第二导流板2的侧面与导流环片3的侧面形成聚风斜面；聚风斜面的结构增大进风口面积，可引导高于第一导流板1的水平气流进入，使测得的温度具有良好的时效性，增加了通风量，从而降低滞后误差并使该结构具有相对良好的通风环境，降低辐射误差。
所述第一导流板1和第二导流板2通过隔热柱4连接，所述隔热柱4设有3根，分别垂直于第一导流板1和第二导流板2的上底，在圆周内均匀间隔布设，不仅能减少防辐射罩之间的热传导，还能增加整个防辐射罩系统的稳定性。所述第二导流板2的上底设有温度传感器探头5。优选设置在上底的中心位置。本结构形成一个横截面为圆形的通道，在通道中心设置温度传感器探头5，中心位置的温度传感器探头5受辐射热污染影响较小。
所述隔热柱4贯穿第一导流板1和第二导流板2，同时上下延伸端分别连接有第一反光板6和第二反光板7，所述第一反光板6、第一导流板1、第二导流板2以及第二反光板7在垂直方向上由上至下依次间隔设置，第一反光板6和第二反光板7为正方形，边长等于第二导流板2下底直径以及导流环片3的上底直径。所述第一反光板6和第二反光板7的表面镀有反光材料，所述反光材料为银、镍、铝或其它高反射率材料，形状可为圆形、椭圆形或多边形。可有效减缓太阳的直径辐射和由下方反射的二次辐射。
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，结构相对简单，易于加工制造、维护安装和清洁，导流板的设计使得进风量更大，温度传感器的可靠性高。

Claims (5)

1.一种用于地表气温观测的温度传感器，其特征在于：包括第一导流板(1)以及设置在第一导流板(1)下方的第二导流板(2)，所述第一导流板(1)和第二导流板(2)均为水平放置的、上小下大的圆台结构，且均为下底敞开的中空结构，还包括导流环片(3)，所述导流环片(3)为上大下小且上下底面均敞开的中空圆台结构，所述导流环片(3)下底边缘与第一导流板(1)的下底边缘重合拼接，所述第二导流板(2)的侧面与导流环片(3)的侧面形成聚风斜面；
所述第一导流板(1)和第二导流板(2)通过隔热柱(4)连接，所述隔热柱(4)贯穿第一导流板(1)和第二导流板(2)，同时上下端分别连接有第一反光板(6)和第二反光板(7)，所述第二导流板(2)的上底设有温度传感器探头(5)；
所述第一导流板(1)和导流环片(3)相连接的母线的夹角为60°-150°；
所述第二导流板(2)的下底直径等于导流环片(3)上底直径，所述导流环片(3)的高等于第一导流板(1)的高。
2.根据权利要求1所述的用于地表气温观测的温度传感器，其特征在于：所述第一导流板(1)的下底和第二导流板(2)的上底位于同一平面。
3.根据权利要求1所述的用于地表气温观测的温度传感器，其特征在于：所述第二导流板(2)的敞口角度大于第一导流板(1)的敞口角度。
4.根据权利要求1所述的用于地表气温观测的温度传感器，其特征在于：所述隔热柱(4)设有3根，分别垂直于第一导流板(1)和第二导流板(2)的上底，在圆周内均匀间隔布设。
5.根据权利要求1所述的用于地表气温观测的温度传感器，其特征在于：所述第一反光板(6)和第二反光板(7)的表面镀有反光材料。
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