CN111521294B - 一种带导流装置的强制通风防辐射罩 - Google Patents

一种带导流装置的强制通风防辐射罩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带导流装置的强制通风防辐射罩，包括电机、支撑板、导流罩、支撑柱和温度传感器探头；电机竖直设置，其驱动轴朝上，在竖直方向内转动；支撑板水平设置，一端固定在电机的驱动轴上，电机可带动支撑板在水平面内转动；导流罩为两端贯穿的喇叭状结构；导流罩通过支撑柱固定在支撑板另一端的上表面，随支撑板转动，导流罩沿垂直于旋转半径的方向设置；温度传感器探头固定位于导流罩的中部；电机驱动支撑板转动，位于支撑板外端的导流罩及其内部的温度传感器探头随之移动。本发明具有结构科学合理、通风强、测温误差小等优点。

Description

一种带导流装置的强制通风防辐射罩
技术领域
本发明属于气象仪器领域，涉及一种防辐射罩，尤其涉及一种带导流装置的强制通风防辐射罩。
背景技术
大气环境中的温度、湿度、风速等信息是人类进行科学研究和生产实践的重要指标，其中，对地表气温的研究尤为重要，地表气温资料能够反映大气动力和热力过程，是进行高精度数值预报、气候诊断预测、大气环境监测和气候变化预估等研究的基础资料。近年来，国内外学者对地表大气温度资料已展开了的大量研究。Haines等的研究结果表明全球地表平均大气温度每十年上升约0.17℃。Dillon等分析了全球的3186个气象站1961-2009年的地表大气温度观测资料，研究结果表明北半球和热带地区的地表气温分别升高约0.95℃和0.4℃。综上，地表大气温度十年变化的幅度为0.1℃量级。为了降低太阳辐射对温度传感器的影响，进行地面大气观测时通常将温度传感器安装在百叶箱或防辐射罩内。目前气象站用百叶箱或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。然而传统的百叶箱或防辐射罩难以反射全部太阳辐射，尤其是其叶片和环片，在受到强太阳辐射后会引起百叶箱或防辐射罩内部升温，从而使得温度传感器探头周围气流被加热，对温度传感器造成辐射热污染，引起测量误差。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。防辐射罩内部气流速度降低会导致热污染效应产生。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。使用传统百叶箱和防辐射罩的温度传感器辐射误差可达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。Erell等通过理论分析和实验验证了辐射升温量与太阳辐射强度成正比例关系，与风速成反比例关系。王晓蕾等比较了木质百叶箱、自然通风防辐射罩和强制通风防辐射罩的辐射升温，平均辐射升温量分别为0.6K、2.15K和0.43K，实验表明良好的通风条件能够有效的减少辐射升温。因此一个良好的防辐射罩设计，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降低辐射误差，但是难以使防辐射罩内温度传感器探头感知到的气流速度尽可能的大，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，这给防辐射罩性能的提高带来了困难。
发明内容
本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，具有这样的特征：包括电机、支撑板、导流罩、支撑柱和温度传感器探头；电机竖直设置，其驱动轴朝上，在竖直方向内转动；支撑板水平设置，一端固定在电机的驱动轴上，电机可带动支撑板在水平面内转动；导流罩为两端贯穿的喇叭状结构；导流罩通过支撑柱固定在支撑板另一端的上表面，随支撑板转动，导流罩沿垂直于旋转半径的方向设置；温度传感器探头固定位于导流罩的中部；电机驱动支撑板转动，位于支撑板外端的导流罩及其内部的温度传感器探头随之移动。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，温度传感器探头由铜球包裹，温度传感器探头与铜球之间填充有导热胶。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：还包括固定柱；固定柱竖直固定在支撑板上，向上穿入导流罩，包裹温度传感器探头的铜球固定在固定柱上端。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，支撑板下表面涂有一层高反射率金属膜。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，导流罩的内壁涂有一层黑色吸热材料。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：还包括电路板、引线和电源；其中，电路板通过螺丝固定在支撑板的上方；电路板通过引线与温度传感器探头连接，组成测温电路系统；电源固定在支撑板上，位于电路板下方，电源与电路板连接，为电路板供电。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，电路板和电源位于电机的上方。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，电源为直流电源，通过螺丝或环氧树脂胶固定在支撑板上。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，支撑柱的数量为两个，支撑柱竖直固定在支撑板上，导流罩固定在两个支撑柱的上端。
进一步，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，还可以具有这样的特征：其中，导流罩的材料为银或铝；支撑板为木板或亚克力板。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，具有结构科学合理、通风强、测温误差小等优点，具体的：
一、本防辐射罩的旋转结构用于增强通风，使温度传感器探头周围气流不断更新，降低迟滞误差。
二、本防辐射罩采用的喇叭状导流装置用于阻挡太阳直接辐射，可有效降低辐射升温。同时，喇叭状的导流装置还可以增强通风，使得探头附近的空气高速流通，减小检测误差。
三、本防辐射罩采用的支撑板可用于阻挡来自下垫面的反射辐射，防止二次辐射热污染。
附图说明
图1是带导流装置的强制通风防辐射罩的结构示意图；
图2是带导流装置的强制通风防辐射罩的主视图；
图3是导流罩的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1-3所示，本发明提供一种带导流装置的强制通风防辐射罩，包括电机1、支撑板2、导流罩3、支撑柱31、温度传感器探头、固定柱42、电路板5、引线6和电源7。
电机1竖直设置，其驱动轴朝上，在竖直方向(竖直线)内转动。
支撑板2水平设置，一端固定在电机1的驱动轴上，电机1可带动支撑板2在水平面内转动。
支撑板2为木板或亚克力板。
导流罩3为两端贯穿的喇叭状结构，具有连续的锥筒段和直筒段。导流罩3通过支撑柱31固定在支撑板2另一端的上表面，随支撑板2转动。导流罩3沿垂直于旋转半径的方向设置，使得在其转动时，气体从大直径端口流入、小直径端口流出。
支撑柱31的数量为两个，支撑柱31竖直固定在支撑板2上，导流罩3固定在两个支撑柱31的上端。
导流罩3距旋转中心10-15cm。导流罩3的材料为银或铝。
温度传感器探头固定位于导流罩3的中部。
温度传感器探头由铜球41包裹，温度传感器探头与铜球41之间填充有导热胶。包裹的铜球41既可以阻挡太阳辐射，同时还可以避免温度传感器探头被雨水淋湿而导致短路等问题。
温度传感器探头通过固定柱42固定。固定柱42竖直固定在支撑板2上，向上穿入导流罩3，包裹温度传感器探头的铜球41固定在固定柱42上端。
其中，支撑板2下表面涂有一层高反射率金属膜，可有效阻挡来自下垫面的反射辐射，减少二次辐射热污染。金属膜材料可为银、镍或其它高反射率材料。
导流罩3的内壁涂有一层黑色吸热材料，可有效吸收辐射热量，防止进入导流罩3内的太阳光经过反射对温度传感器探头造成热污染，可有效降低辐射误差。
电路板5通过四个螺丝51固定在支撑板2的上方，可有效固定电路板5。
电路板5通过引线6与温度传感器探头连接，组成测温电路系统，可高效率测量温度传感器探头处的实时温度值。
电源7固定在支撑板2上，位于电路板5下方，电源7与电路板5连接，为电路板5供电。电源7为直流电源7，通过螺丝或环氧树脂胶固定在支撑板2上。电源7设置在电路板5的下方，与其同步转动，可避免电路板5在旋转时供电困难的问题。
电路板5和电源7位于电机1的上方。
使用时，将电机1安装在目的位置，给电机1供电，启动电机1，电机1驱动支撑板2转动，位于支撑板2外端的导流罩3及其内部的温度传感器探头随之移动，空气由导流罩3的大直径端口进入、小直径端口流程，温度传感器探头在较大通风强度下进行温度检测。导流罩3既可以有效阻挡太阳直接辐射，减少辐射升温，还可以在电机1的转动带动下增强通风，使温度传感器探头周围气流不断更新，减低迟滞误差。温度传感器探头处于旋转最外侧，其感受到的气流速度最大，可有效增强防辐射罩的通风能力，减小迟滞误差，增强温度传感器探头实时感知气流的能力。
为验证结构的可靠性，通过FLUENT仿真软件对该结构进行数值计算。温度传感器探头的位置设置在距离旋转中心15cm处。
Figure BDA0002532595840000071
式(1)为线速度与转速的关系式，其中v是温度传感器探头感受到的气流速度，n是电机转速，r是探头与电机的距离。由式(1)可知，当n为1000转/min，r为0.15m时，温度传感器探头感受到的气流速度可达到15.7m/s。当r调整为10-20cm时，线速度v可相应达到10.5-21m/s。因此在仿真实验时，在海拔高度为0km、太阳高度角为45°时，设置气流速度为10-20m/s，步长为2m/s。太阳辐射强度为1000-200W/m2，步长为200W/m2。表1为不同气流速度和太阳辐射强度下的辐射误差值。
表1不同气流速度和太阳辐射强度下的辐射误差值
Figure BDA0002532595840000072
经仿真实验验证，在相同环境条件下，本发明提出的带导流装置强制通风防辐射罩可将其内部温度传感器的辐射误差降低至0.05℃量级，而使用传统百叶箱或自然通风防辐射罩的温度传感器辐射误差高达1℃量级，可见，本申请提出的带导流装置的强制通风防辐射罩有效降低了温度传感器的辐射误差。

Claims (9)

1.一种带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
包括电机、支撑板、导流罩、支撑柱和温度传感器探头；
所述电机竖直设置，其驱动轴朝上，在竖直方向内转动；
所述支撑板水平设置，一端固定在电机的驱动轴上，电机可带动支撑板在水平面内转动；
所述导流罩为两端贯穿的喇叭状结构；
导流罩通过支撑柱固定在支撑板另一端的上表面，随支撑板转动，导流罩沿垂直于旋转半径的方向设置；
所述温度传感器探头固定位于导流罩的中部；
电机驱动支撑板转动，位于支撑板外端的导流罩及其内部的温度传感器探头随之移动；
其中，所述支撑板下表面涂有一层高反射率金属膜。
2.根据权利要求1所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
其中，所述温度传感器探头由铜球包裹，温度传感器探头与铜球之间填充有导热胶。
3.根据权利要求2所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
还包括固定柱；
固定柱竖直固定在所述支撑板上，向上穿入所述导流罩，包裹温度传感器探头的铜球固定在固定柱上端。
4.根据权利要求1所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
其中，所述导流罩的内壁涂有一层黑色吸热材料。
5.根据权利要求1所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
还包括电路板、引线和电源；
其中，所述电路板通过螺丝固定在所述支撑板的上方；
电路板通过引线与所述温度传感器探头连接，组成测温电路系统；
所述电源固定在支撑板上，位于电路板下方，电源与电路板连接，为电路板供电。
6.根据权利要求5所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
其中，所述电路板和电源位于所述电机的上方。
7.根据权利要求5所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
其中，所述电源为直流电源，通过螺丝或环氧树脂胶固定在所述支撑板上。
8.根据权利要求1所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
其中，所述支撑柱的数量为两个，支撑柱竖直固定在所述支撑板上，所述导流罩固定在两个支撑柱的上端。
9.根据权利要求1所述的带导流装置的强制通风防辐射罩，其特征在于：
其中，所述导流罩的材料为银或铝；
所述支撑板为木板或亚克力板。
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