CN211347107U - 一种用于测量太阳短波辐射能量的装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于测量太阳短波辐射能量的装置，该装置包括热电堆固定装置，热电堆固定装置上安装有薄膜热电堆，薄膜热电堆包括基板和至少八对相互串联、并以同一个圆心均匀分布地呈发散状盘绕成圆盘状的热电偶导线，热电偶导线在真空下经第一掩模板在聚酯膜上进行真空镀铜形成，所述聚酯膜贴附在基板上，薄膜热电堆的热结点表面设置有黑色涂层，其方便根据薄膜热电堆进行多种外型设计及重量控制，冷热端响应快，太阳光阶跃变化时总辐射表输出从一个稳态信号到另外一个稳态信号需要时间更短，能降低零点偏移；其作为对光谱无选择性的探测元件，性能稳定，响应时间短，光谱响应范围宽，结构牢固性好。

Description

一种用于测量太阳短波辐射能量的装置

技术领域

本申请涉及测量技术领域，尤其涉及一种用于测量太阳短波辐射能量的装置。

背景技术

太阳作为一个巨大炽热的气体恒星球，表面温度约六千度，内部温度达二万多度。太阳时刻不停地向周围空间发射出巨大的能量，该能量称为太阳辐射能，简称太阳辐射。太阳辐射是地球能量的主要来源，它是大气圈、水圈、和陆地上层中发生的各种物理过程和各种生命活动的基本动力。气象太阳辐射观测的目的是获得太阳和地球辐射资料，对农业、国防、生物、生态环境、气象科学、气候预测、太阳能利用等行业都具有重要的意义，在全球范围内进行地球表面辐射收支的测量，是了解地球气候系统以及人类对气候变化影响的基础,多种学科研究与应用都对辐射测量具有强烈的需求。从能源供应安全和清洁利用的角度出发，很多国家都将能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面，而我国蕴藏着丰富的太阳能资源，可见太阳能利用前景广阔。随着太阳能资源的成功利用和快速发展，相关新能源行业，特别是太阳能发电，太阳能水热系统，建筑节能等都迫切要求了解太阳能资源及其相关气象数据资料，但是现有的观测资料远远不能满足要求。因此，为了更好地了解和利用太阳能资源，做好太阳能资源的普查和评估工作就十分必要，太阳能资源评估观测系统的建设则是太阳能资源大规模开发利用的前提和基础，同时，太阳能及其他可再生资源的开发利用对于保障能源安全、提高环境质量、应对气候变化具有重要意义。太阳总辐射又称短波总辐射，波长范围0.28～3μm，是水平面上天空2π立体角内接收到的直接辐射和散射辐射之和。目前，太阳辐射表是气象太阳辐射观测最主要的传感器设备，现有技术中总辐射表多采用绕线式热电堆结构，其感应元件多采用绕线电镀式多接点热电堆技术，导致其多存在核心器件绕线基座体积大，影响产品的小型化、轻量化性能，并且响应时间慢、零点偏移大、长期测量时非线性差、测量精度差，无法满足目前对太阳光资源更高求测量的需求的问题。

实用新型内容

本申请提出一种用于测量太阳短波辐射能量的装置，旨在解决现有技术的总辐射表所存在的核心器件绕线基座体积大，影响产品的小型化、轻量化性能，并且响应时间慢、零点偏移大、长期测量时非线性差、测量精度差，无法满足目前对太阳光资源更高求测量的需求的问题。

本申请的用于测量太阳短波辐射能量的装置，热电堆固定装置上安装有薄膜热电堆，薄膜热电堆包括基板和至少八对相互串联、并以同一个圆心均匀分布地呈发散状盘绕成圆盘状的热电偶导线，热电偶导线印制在聚酯膜上，所述聚酯膜贴附在基板上，薄膜热电堆的热结点表面设置有黑色涂层。

本申请的用于测量太阳短波辐射能量的装置，优选的是，热电偶导线的数量为三十对。

还可以优选的，热电偶导线为铜-铜合金热电偶导线。

还可以优选的，所述铜-铜合金热电偶导线为在真空下经第一掩模板在聚酯膜上进行真空镀铜构成导线结构后，再在所述导线结构上经第二掩模板间隔地溅射金属锑和/或金属铋形成的铜-铜合金交替结构。

还可以优选的，热电堆固定装置内安装有不曝光的补偿传感器。

还可以优选的，带有热电堆固定装置的薄膜热电堆安装在下端面封闭的筒状的壳体内。

还可以优选的，壳体的上端安装有位于热电堆固定装置和薄膜热电堆外部的半球面状的玻璃罩。

还可以优选的，玻璃罩为包括外层玻璃罩和内层玻璃罩的双层结构。

本申请的用于测量太阳短波辐射能量的装置能够达到以下有益效果：

本申请的用于测量太阳短波辐射能量的装置，能够解决现有技术的总辐射表所存在的核心器件绕线基座体积大，影响产品的小型化、轻量化性能，并且响应时间慢、零点偏移大、长期测量时非线性差、测量精度差，无法满足目前对太阳光资源更高求测量的需求的问题，其方便的根据薄膜热电堆进行多种外型设计及重量控制，且其冷热端响应快，当太阳光阶跃变化时，总辐射表输出从一个稳态信号到另外一个稳态信号所需要的时间更短，能够降低零点偏移；其作为对光谱无选择性的探测元件，具有性能稳定，响应时间短，光谱响应范围宽，结构牢固性好的优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的薄膜热电堆的结构示意图。

图2为图1中I处的铜-铜合金热电偶导线其结构局部放大图。

图3为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的热电堆固定装置的结构示意图。

图4为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的壳体的正向放置的前侧结构示意图。

图5为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的壳体的正向放置的后侧结构示意图。

图6为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的壳体的未安装水平螺钉的倒向放置的结构示意图。

图7为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的分解结构示意图。

图8为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的局部剖视图。

图9为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的结构示意图。

图10为本实用新型的用于测量太阳短波辐射能量的装置的玻璃罩的结构示意图。

图中，1为热电堆固定装置，101为薄膜热电堆引线槽，2为薄膜热电堆，201为基板，202为热电偶导线，203为铜，204为铜合金，3为壳体，301为玻璃罩安装槽，302为密封圈槽，4为玻璃罩，401为外层玻璃罩，402为内层玻璃罩；102为薄膜热电堆粘贴处，103为固定装置固定孔；303为遮阳罩固定卡口，304为航空插头安装孔位，305为辐射表固定孔位，306为调节水平螺丝孔位，307为水平泡安装区域，308为底盖，309为底盖固定螺丝孔，310为水平螺丝，311为壳体固定孔位。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例1

一种用于测量太阳短波辐射能量的装置，参见图1，包括热电堆固定装置1，热电堆固定装置1上安装有薄膜热电堆2，薄膜热电堆2包括基板201和至少八对相互串联、并以同一个圆心均匀分布地呈发散状盘绕成圆盘状的热电偶导线202，热电偶导线202印制在聚酯膜上，所述聚酯膜贴附在基板201上，薄膜热电堆2的热结点表面设置有黑色涂层。

本实施例的用于测量太阳短波辐射能量的装置，薄膜热电堆2作为感应元件，是辐射表的核心部分，其表面涂有高吸收率的黑色涂层作为辐射接收与换能装置，其感应面联接热电堆热结点，当有阳光照射时温度升高，其与另一面的冷结点形成温差电动势，该电动势与太阳辐射强度成正比，能够方便的根据薄膜热电堆2进行各种外型设计及重量控制。另外，响应时间是总辐射表测量太阳光瞬时变化时总辐射值的一项重要参数，响应时间越短越好，由于该薄膜热电堆2是在高真空条件下经过掩模板进行真空镀膜而成，冷热端响应快，当太阳光阶跃变化时，总辐射表输出从一个稳态信号到另外一个稳态信号所需要的时间更短。其薄膜热电堆2的工作原理为将辐射能(光能)转化为热能，继而转化成电动势。其薄膜热电堆2作为感应元件，是辐射表的核心部分，其表面涂有高吸收率的黑色涂层，该黑色涂层为辐射接收与换能装置，其感应面联接热电堆热结点，当有阳光照射时温度升高，其与另一面的冷结点形成温差电动势，该电动势与太阳辐射强度成正比。

实施例2

本实施例的用于测量太阳短波辐射能量的装置，还可以具体的，热电偶导线202的数量为三十对。热电偶导线202为铜-铜合金热电偶导线。所述铜-铜合金热电偶导线为在真空下经第一掩模板在聚酯膜上进行真空镀铜构成导线结构后，再在所述导线结构上经第二掩模板间隔地溅射金属锑和/或金属铋形成的铜-铜合金交替结构。图2所示为热电偶导线202为铜-铜合金热电偶导线是，其铜203和铜合金204的交替结构。在本实施例中，薄膜热电堆2的结构形状由掩模板决定，热电偶导线202溅射金属锑、或溅射金属铋、或溅射金属锑和铋的部位形成所述铜合金204后，薄膜热电堆2的成型完成，薄膜热电堆2成型后要在热结点表面进行涂黑，涂黑的作用是提高薄膜热电堆2的输出响应值，之后薄膜热电堆2要进行温度老化与电老化，以提高薄膜热电堆2的稳定性能。

实施例3

实施例1或实施例2中的用于测量太阳短波辐射能量的装置，为了抵消零点偏移，可以在热电堆固定装置1内安装有不曝光的补偿传感器。

此外，参见图3，热电堆固定装置1的外壁上可以设置有凹槽状的薄膜热电堆引线槽101。参见图4，安装有薄膜热电堆2的热电堆固定装置1安装在下端面封闭的筒状的壳体3内。

参见图10，为了便于安装和保护薄膜热电堆2及相关装置，壳体3的上端安装有位于热电堆固定装置1和薄膜热电堆2外部的半球面状的玻璃罩4。

玻璃罩4可以为包括外层玻璃罩401和内层玻璃罩402的双层结构。

优选的，玻璃罩4的水平入射角与薄膜热电堆2的吸热面位于同一水平面。

更为优选的，玻璃罩4、所述玻璃罩固定环及薄膜热电堆2的吸热面在同一水平面上构成同心结构。

为了方便玻璃罩4的安装，玻璃罩4的下端可以连接有环形的玻璃罩安装环，壳体3的上端设置有与所述玻璃罩安装环匹配的环形凹槽状的玻璃罩安装槽301。

壳体3外可以设置有锥形筒状的遮阳罩。即遮阳罩安装罩设在壳体3外，起到遮阳防尘的作用。

本实施例的用于测量太阳短波辐射能量的装置，图7为其分解结构示意图，图8为其局部剖视图，图9为其整体结构示意图，热电堆固定装置1可以为圆筒，其上端环面可以为用于粘贴连接薄膜热电堆2的薄膜热电堆粘贴处102，带有热电堆固定装置1的薄膜热电堆2安装到壳体3内，壳体3的上端扣设玻璃罩4，带有热电堆固定装置1的薄膜热电堆2位于壳体3和玻璃罩4构成的封闭空间内。热电堆固定装置1的底面可以为圆形的底板，该底板的外径可以大于上述圆筒的外径，且该底板与上述圆筒可以为中心轴线重合的结构。底板上可以均匀分布地设置有至少三个固定装置固定孔103，固定装置固定孔103可以沿着上述圆筒外侧的圆周分布。

参见图4和图5，壳体3上设置有圆环的槽状的遮阳罩固定卡口303，遮阳罩的环形上端可以卡设在遮阳罩固定卡口303内。壳体3的外侧壁上可以设置有凹槽孔状的航空插头安装孔位304。参见图6，壳体3可以为圆筒，壳体3的圆筒的下端可以连接有圆板状的底盖308，底盖308的外径大于壳体3的圆筒的外径，底盖308与壳体3的圆筒的中心轴线重合，底盖308上可以设置有位于壳体3的圆筒外侧的通孔式的辐射表固定孔位305、调节水平螺丝孔位306和水平泡安装区域307。壳体3的底面上设置有伸入固定螺丝以固定底盖308的底盖固定螺丝孔309。调节水平螺丝孔位306内设置有水平螺丝310。壳体3的下端的内壁处设置有环形凹槽结构的、用于安装环形密封圈的密封圈槽302。遮阳罩上设置有通孔式的水平仪观察孔位。遮阳罩的内壁上设置有向外侧凸起的航空插头引出槽。参见图6，壳体3的底部可以设置有壳体固定孔位311。

本实施例的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其采用薄膜热电堆2，可以很方便的根据薄膜热电堆2进行各种外型设计及重量控制。该薄膜热电堆2是在高真空条件下经过掩模板进行真空镀膜而成，其冷热端响应快，当太阳光阶跃变化时，总辐射表输出从一个稳态信号到另外一个稳态信号所需要的时间更短。该用于测量太阳短波辐射能量的装置可以通过在内部设置一个不曝光的补偿传感器，由于类似的零点偏移也会在其中产生，它与传感器反向相接，所以二者可相互抵消。另外，为了增加热传导，玻璃罩4可以为经过精密的光学冷加工磨制而成的石英玻璃罩，其厚度可以为4mm，可以降低太阳辐射表零点偏移。

上述用于测量太阳短波辐射能量的装置，可以通过以下方法制造，

通过所述第一掩模板在所述聚酯膜上进行真空镀铜形成至少八对相互串联、并以同一个圆心均匀分布地呈发散状盘绕成圆盘状的热电偶导线202；

将具有热电偶导线202的所述聚酯膜贴附在基板201上构成薄膜热电堆2；将薄膜热电堆2的热结点表面涂设黑色涂层；

将薄膜热电堆2安装在热电堆固定装置1上。

还可以进一步地，在所述聚酯膜上通过第一掩模板进行真空镀铜形成导线结构后，再在所述导线结构上经第二掩模板间隔地溅射金属锑和/或金属铋，形成具有铜-铜合金交替结构的热电偶导线202。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种用于测量太阳短波辐射能量的装置，包括热电堆固定装置(1)，其特征在于，热电堆固定装置(1)上安装有薄膜热电堆(2)，薄膜热电堆(2)包括基板(201)和至少八对相互串联、并以同一个圆心均匀分布地呈发散状盘绕成圆盘状的热电偶导线(202)，热电偶导线(202)印制在聚酯膜上，所述聚酯膜贴附在基板(201)上，薄膜热电堆(2)的热结点表面设置有黑色涂层。

2.如权利要求1所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，热电偶导线(202)的数量为三十对。

3.如权利要求1所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，热电偶导线(202)为铜-铜合金热电偶导线。

4.如权利要求1所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，热电堆固定装置(1)内安装有不曝光的补偿传感器。

5.如权利要求1所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，带有热电堆固定装置(1)的薄膜热电堆(2)安装在下端面封闭的筒状的壳体(3)内。

6.如权利要求5所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，壳体(3)的上端安装有位于热电堆固定装置(1)和薄膜热电堆(2)外部的半球面状的玻璃罩(4)。

7.如权利要求6所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，玻璃罩(4)为包括外层玻璃罩(401)和内层玻璃罩(402)的双层结构。

8.如权利要求7所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，玻璃罩(4)的下端连接有环形的玻璃罩安装环，壳体(3)的上端设置有与所述玻璃罩安装环匹配的环形凹槽状的玻璃罩安装槽(301)。

9.如权利要求1所述的用于测量太阳短波辐射能量的装置，其特征在于，热电堆固定装置(1)的外壁上设置有凹槽状的薄膜热电堆引线槽(101)。

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