CN203858048U - 圆柱顶式空气温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆柱顶式空气温度测量装置，包括筒体3和圆柱顶帽，筒体为中空的圆柱体，上下两端均开口，在侧壁顶端设置有顶部支柱，顶部支柱的上端固定连接有圆柱顶帽，筒体下部通过底部支柱与圆柱底座固定连接；筒体的内部从上到下依次固定设置有温湿度记录仪、透气网和风扇。本实用新型能够在在保证排除辐射影响的前提下，采用强化对流换热措施来缩短稳定时间，提高测量的精度。

Description

圆柱顶式空气温度测量装置

技术领域

本实用新型属于环境监测设备技术领域，具体涉及一种圆柱顶式空气温度测量装置。

背景技术

在有太阳辐射或其他高温辐射体存在的环境中，测量空气温度的探头往往会受到辐射强度的影响，导致测量结果偏离真实值。因此，测试空气温度的探头需要某种装置排除热辐射的干扰，才能得到真实的空气温度。现有的测量方法是将温度探头放置在辐射照不到的阴面或者百叶箱内，靠自然对流与周围环境达到稳定。这种方法稳定时间较长，给测试带来不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种圆柱顶式空气温度测量装置，能够在在保证排除辐射影响的前提下，采用强化对流换热措施来缩短稳定时间，提高测量的精度。

本实用新型所采用的技术方案是，圆柱顶式空气温度测量装置，包括筒体3和圆柱顶帽，筒体为中空的圆柱体，上下两端均开口，在侧壁顶端设置有顶部支柱，顶部支柱的上端固定连接有圆柱顶帽，筒体下部通过底部支柱与圆柱底座固定连接；

筒体的内部从上到下依次固定设置有温湿度记录仪、透气网和风扇。

本实用新型的特点还在于，

筒体的直径D₁、底座直径D₃和圆柱顶帽的底圆直径D₄之间满足如下关系：D₁＜D₄＝D₃。

筒体为硬质绝热材料制成的筒体。圆柱顶帽为硬质绝热材料制成的圆柱顶帽。整个装置外侧包覆有反射涂层或反射膜。

风扇的直径D₂小于筒体的直径。

圆柱顶帽为半球面，扣在筒体的上部，其下部边缘与筒体的上端面在一个平面内。

本实用新型的有益效果是，根据反射和强化换热原理制造，利用本实用新型的装置相比传统的百叶箱，可以在更快的时间内使得测试环境的温度达到稳定的值，提高了测试的效率和准确度。此外，本实用新型结构紧凑、便于携带，有利于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型一种圆柱顶式空气温度测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型的圆柱顶式空气温度测量装置各种不同工况下四个温湿度记录仪测试结果的曲线图；

图3是本实用新型的圆柱顶式空气温度测量装置在测量时温湿度记录仪稳定时间与装置横截面的平均风速的关系图。

图中，1.顶部支柱，2.圆柱顶帽，3.筒体，4.温湿度记录仪，5.透气网，6.风扇，7.圆柱底座，8.底部支柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型圆柱顶式空气温度测量装置，如图1所示，包括筒体3和圆柱顶帽2，筒体3为中空的圆柱体，上下两端均开口，在侧壁顶端设置有顶部支柱1，顶部支柱1的上端固定连接有圆柱顶帽2，筒体3下部通过底部支柱8与圆柱底座7固定连接。

筒体3的内部从上到下依次固定设置有温湿度记录仪4、透气网5和风扇6。

圆柱顶帽2为圆柱形，扣在筒体3的上部，其下部边缘与筒体3的上端面在一个平面内。

筒体3的直径D₁、底座直径D₃和圆柱顶帽的底圆直径D₄之间满足如下关系：D₁＜D₄＝D₃。

筒体3为硬质绝热材料制成的筒体。圆柱顶帽2为硬质绝热材料制成的圆柱顶帽。整个装置外侧包覆有反射涂层或反射膜。

风扇6的直径D₂小于筒体3的直径。

圆柱顶帽2的高度是其底圆直径D₄的一半。

本实用新型的装置根据反射和强化换热原理制造。圆柱顶式反辐射装置由圆柱顶帽、顶部支柱、筒体、透气网、风扇、底部支柱和圆柱底座七部分组成，可以根据环境的需要可以设计成落地式(或放置于平台上)，也可设计成悬挂式。装置采用硬质绝热材料制造，整个外表面涂有反射率较高、吸收率较低的涂层或膜，以反射外界辐射强度。该装置可以反射侧面、顶部和底部等各个方向投射的辐射光，适用性较强。

本实用新型的工作过程是，在进行测试时，筒体3内部的风扇打开，会加速筒体3内部的空气流通，使得空气通过筒体3和圆柱顶帽2之间的缝隙以及筒体3下部与底座7之间的空隙与外界进行交换，使得筒体内的温湿度快速的与外界达到一致，从而使得放在透气网5上的温湿度记录仪4能够精确的测得环境的温度。整个装置外部设置的反射涂层或反射膜，其对热量等的吸收率很低，而反射率很高，这样可以保证装置内部不会因为外界的热辐射而升温，从而导致测试不准确的情况。

使用该装置时应注意：由于该装置要反射各个方向所投射的辐射热，结构内部空气通透性较差，容易在内部形成微小热环境而导致测量结果偏高，故风扇风速不应太低；风速太高时又因风机自身产热，也会导致测试结果偏高，故风速也不应太高。本实用新型中各部分作用及其尺寸要求为：

1.筒体：筒体内部设置的温湿度记录仪用于检测环境温度和湿度，筒体的主要作用是通过阻隔周围环的辐射来减小其对温湿度记录仪的影响，同时内部设置的风扇用于帮助筒体内部的空气加速对流，使得筒体内部的温湿度与外界能尽快达到平衡，从而使得检测的数据更加准确。在本领域中工程测试中常见的温度记录仪的长×宽×高尺寸大多为6.7cm×4.5cm×2cm、8.7cm×5.4cm×1.8cm、或8.2cm×5.2cm×3.0cm。所以在设计筒体的尺寸时，为了让反辐射装置能容纳各类温度记录仪，则筒体3的直径D₁不小于12cm。由于温度记录仪的高度一般都小于5cm，但是由于筒体内部在温度记录仪的下方还设置有透气网和风扇，故筒体3中用于容纳温度记录仪的空间的高度即透气网位置到筒体3顶部之间的距离H₁为5～15cm，筒体中用于容纳风扇的空间的高度H₂为4～6cm，所以筒体3的总高度为H₁和H₂之和。

2.顶部支柱设计：用于支撑圆柱顶帽，使得圆柱顶帽扣在筒体3的上部，两者之间应留有一定的空隙，但是空隙也不宜太大，但保证既能使空气上下自由流通，又不至于使得外界的热辐射直接进入筒体内，即当圆柱顶帽的底圆与筒体顶圆处于同一水平面上时，顶部支柱高度应取3～3.3cm。

3.圆柱顶帽：圆柱顶帽的作用主要是用于反射本测量装置上部以及侧面局部的辐射光线，其形状为较扁圆柱形，其底圆直径D₄＝筒体直径+2cm，圆柱顶帽的高度与顶部支柱高度一致。

4.圆柱底座和底部支柱：圆柱底座主要用于反射本测量装置下部以及侧面局部的辐射光线，应能保证空气自由流入，但体积又不能太大。在这样的要求下，取底座直径D₃＝筒体直径+2cm，底座的高度和底部支柱的高度同取2～3cm。底部支柱主要起支撑作用，且要保证圆柱底座和筒体之间有一定的空隙，从而保证空气自由流入，支柱高度取2～2.2cm左右。

5.风扇的作用是，用于强化装置内部空气循环，使空气温度探头更快探测到真实值。风扇直径D₂应与筒体直径相匹配，设计为11～13cm。风扇与透气网之间的距离H₂设计为4～6cm。

6.透气网的作用是，用于放置温湿度记录仪，同时使空气上下自由流动。

本实用新型的装置内部空气通透性较差。筒体内的气流不仅会垂直撞击圆柱顶帽，造成能量损失和摩擦热，还得旋转180°才能流到出口，阻力较大，部分气流还可能折回筒体内部。因此，容易在内部形成微小热环境而影响测量结果。故风扇风速控制严格，应在1.39～1.94m/s之间选取。该装置适用性强，可用于各方向均有辐射光投射的环境。

利用如下表1所示的尺寸制造的圆柱顶式反辐射装置，针对其阻隔热辐射的效果，进行如下的对比试验，

表1圆柱顶式反辐射装置尺寸设计

首先，采用功率800W的电热扇创造辐射热源作为测试的大环境，在实验开始时，将四个温湿度记录仪分别按照如下条件放置，

其中，1#温湿度记录仪从实验开始之前就一直放置在辐射光下，稳定时间足够长，其测得的结果为“辐射下测试温度”；

2#温湿度记录仪则从实验开始之前就一直放置在自然通风良好的百叶箱内，稳定时间足够长，这是空气温度的传统测法，所测得的结果为“标准空气温度”；

3#温湿度记录仪在实验开始前放置在室外背阴处，实验开始时才放置在自然通风良好的百叶箱内，该温湿度记录仪所测结果为“自然稳定所测温度”；

4#温湿度记录仪在实验开始前放置在室外背阴处，实验开始时才放置在实用新型装置内，所测结果为“应用本实用新型装置时的温度”。

在用这样的4个温湿度记录仪进行实验时，前两个温湿度记录仪测试的是稳定数据，后两个温湿度记录仪测试的是刚放热源下的不稳定数据(测试前，3#和4#温湿度记录仪都放置在室外冷却)，以1#和2#温湿度记录仪的测试结果作为参照，是3#和4#效果的参照。

在进行实验时，采用变压器改变实用新型装置内风扇的风速来设置不同工况(详见表2)，每种工况测试30min。将上述的四个温湿度记录仪测得的数据进行整理，得出图2所示的测试结果。用实用新型装置所测温度与标准空气温度对比，利用测试结果的一致性和稳定所用时间这两个参数来评价本实用新型装置的效果。测试结果详见图2和图3。

表2实验工况设置

图2表明，整个测试过程中，标准空气温度为21.9，辐射下测试温度为30.1℃。后者比前者能高出8.2℃。可见，如果不采取反辐射措施，辐射强度对温度块的影响将很大，所测结果将不是真实的空气温度。

自然稳定所测温度表明：当所经历的环境温差为8.2℃时，单靠自然换热，温度块在30分钟内达不到标准空气温度。也就是说，温度块靠自然换热来达到标准空气温度所需稳定时间要高于30min，稳定时间较长。而采用本实用新型的装置所测温度结果曲线表明：利用本实用新型的装置进行测试时，温湿度记录仪在10～15分钟时即达到标准温度，由此可见本实用新型的装置相比传统的百叶箱，可以在更快的时间内使得测试环境的温度达到稳定的值，提高了测试的效率和准确度。

另外，从不同的工况条件来看，当风速≤0.83m/s时，所测温度高于标准温度。这是因为圆柱顶式测量空气用反辐射装置上有顶帽，下有底座，风速小时空气循环较慢，容易在内部形成微小热环境。当风速≥2.64m/s时，由于风机自身产热，从而导致测试结果偏高。考虑测试结果的真实性，圆柱顶式测量空气用反辐射装置内风速应取1.39～1.94m/s。

使用时，为了便于确定在不同稳定时间所对应的风速，根据实验数据拟合出风速与稳定时间的函数关系式为式(1)：

τ＝9.33e^-v/0.75+9.65        (1)

式中τ——稳定时间，min；

v——风速，m/s。

拟合出的函数关系式与实验数据之间的相关系数为R²＝0.99，相关系数越接近1，表示拟合函数与实验数据的相关性越高。上述函数关系式与实验其函数关系对应的曲线如图3所示。

Claims (5)

1.圆柱顶式空气温度测量装置，其特征在于，包括筒体(3)和圆柱顶帽(2)，所述的筒体(3)为中空的圆柱体，上下两端均开口，在侧壁顶端设置有顶部支柱(1)，顶部支柱(1)的上端固定连接有圆柱顶帽(2)，所述的筒体(3)下部通过底部支柱(8)与圆柱底座(7)固定连接； 

所述的筒体(3)的内部从上到下依次固定设置有温湿度记录仪(4)、透气网(5)和风扇(6)。 

2.根据权利要求1所述的圆柱顶式空气温度测量装置，其特征在于，所述的筒体(3)的直径D₁、底座直径D₃和圆柱顶帽的底圆直径D₄之间满足如下关系：D₁＜D₄＝D₃。 

3.根据权利要求1或2所述的圆柱顶式空气温度测量装置，其特征在于，所述的筒体(3)为硬质绝热材料制成的筒体，所述的圆柱顶帽(2)为硬质绝热材料制成的圆柱顶帽，整个装置外侧包覆有反射涂层或反射膜。 

4.根据权利要求3所述的圆柱顶式空气温度测量装置，其特征在于，所述的风扇(6)的直径D₂小于筒体(3)的直径。 

5.根据权利要求3所述的圆柱顶式空气温度测量装置，其特征在于，所述的圆柱顶帽(2)为半球面，扣在筒体(3)的上部，其下部边缘与筒体(3)的上端面在一个平面内。