一種氣象測量用防輻射罩的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣象測量用防輻射罩，屬于氣象儀器的技術領域。所要解決的技術問題是提供一種氣象測量用能夠降低傳感器輻射誤差和滯后誤差的防輻射罩。防輻射罩包括至少3個兩端均設有開口的導管，每個導管中至少有一個溫度傳感器探頭，防輻射罩在任意風向下總存在至少一個導管具有相對良好的通風，可降低溫度傳感器探頭太陽輻射誤差和滯后誤差。即使一個有導管損壞，其它導管仍正常工作，整個防輻射罩受影響較小，可靠性較高。
【專利說明】
_種氣象測量用防射罩
技術領域
[0001]本發明涉及一種氣象測量用防輻射罩，屬于氣象儀器的技術領域。
【背景技術】
[0002]在氣象站的溫度傳感器測量氣溫的過程中，白天太陽輻射造成溫度傳感器升溫，高于周圍環境的空氣溫度，這種現象引起的誤差被稱為太陽輻射誤差。夜間由于儀器的長波輻射，會導致溫度傳感器表面的溫度低于周圍環境的空氣溫度。上述兩種情況下，由于輻射引起的溫度測量誤差，通常被統稱為輻射誤差。目前氣象站用百葉箱或自然通風防輻射罩可避免太陽對溫度傳感器探頭的直接輻射，降低輻射誤差。由于白色涂層或其他葉片材料的表面不可能達到100%反射率，因此在一定程度上，傳統百葉箱和防輻射罩，尤其是其葉片和環片，仍會產生顯著的輻射升溫，導致流入其內部的氣流被加熱，引起溫度傳感器探頭讀數溫度高于外部自由空氣的溫度，這種導致輻射誤差的現象在氣象儀器領域可被稱為熱污染效應。葉片和環片不利于氣流流通，百葉箱或防輻射罩內部低氣流速度亦會導致輻射誤差進一步加大。通常認為，防輻射罩內部氣流速度降低伴隨著熱污染效應的發生。由于百葉箱的葉片和防輻射罩的環片之間均存在縫隙，總存在一定比例的太陽直接輻射、散射輻射和地面反射輻射從縫隙中進入儀器內部，并照射在溫度傳感器探頭表面，這種效應亦會使輻射誤差進一步擴大。百葉箱和防輻射罩的輻射誤差可達I °C量級甚至更高。百葉箱的葉片和防輻射罩的環片不僅引起輻射誤差問題，亦降低了溫度傳感器探頭響應速度，引起滯后誤差，木質百葉箱滯后可達10分鐘以上。由于百葉箱和防輻射罩的熱容較大，給溫度脈動觀測也帶來了很大難度。按照傳統觀念，一個良好的防輻射罩設計不僅應該使得到達溫度傳感器探頭表面的輻射盡可能的小，而且應該使得溫度傳感器探頭周圍的氣流速度盡可能的大。采用葉片或環片有助于滿足第一種要求，但是難以滿足第二種要求，從而難以消除熱污染效應。因此這兩種設計要求是存在矛盾的，這給防輻射罩性能的提高帶來了困難。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術中存在的不足，本發明旨在提供一種氣象測量用防輻射罩，采用多個兩端具有開口的導管降低了傳感器探頭輻射誤差并提高了氣流速度，在一定程度上解決了現有防輻射罩在滿足降低溫度傳感器探頭接收到的太陽輻射的要求時無法提高氣流速度以及熱污染效應難以消除的技術問題。
[0004]為了實現上述的發明目的，采用如下技術方案:
一種氣象測量用防輻射罩，包括至少3個導管，每個導管中至少有一個溫度傳感器探頭，導管的兩端均設有開口。溫度傳感器探頭通常可安裝在導管的中心位置。多個溫度傳感器探頭可共用一個多通道信號調理電路，也可以設置多個信號調理電路，分別測量各個探頭。導管兩端開口的截面可為多邊形或圓形或橢圓形。
[0005]為便于描述方位，在這里把從導管出發，垂直對著地面和垂直對著高空的方向分別定義為向下和向上，把導管中心軸線的方向定義為導管的方向。為達到防止太陽直接照射導管的效果，可設置反光板位于導管上方，各導管沿著反光板邊緣在反光板遮擋的區域內分布。反光板可以有一個也可以有多個。如有多個反光板，可給每個導管都配有一個反光板。反光板選用的材料可以選用金屬，反光板表面可設置一層銀膜，以提高反射率。反光板可以是圓盤或其它形狀，如果反光板為圓盤狀，則導管可沿著圓盤邊緣在反光板遮擋的區域內排列成圓形，導管數量不小于6個時，相鄰導管之間的夾角可設置為介于5至60度之間。如果反光板非是圓盤狀以外的其它形狀時，則導管可沿著反光板的邊緣在反光板遮擋的下方區域內任意排列。
[0006]為達到降低輻射誤差的效果，還可在導管和反光板之間設有至少一塊懸掛板，懸掛板不僅具有懸掛導管的作用還有隔熱的作用，可降低反光板與導管之間的傳熱。懸掛板有多個時可以為每個導管都配一個懸掛板。為達到將導管固定的效果，還可在導管和懸掛板之間設有連接件。為達到防止反光板與懸掛板之間的熱傳導的效果，還可在反光板和懸掛板之間設有隔熱柱。
[0007]在這里可把導管靠近反光板邊緣的端面定義為外側端面。外側端面為一傾斜端面，該傾斜端面減少射入導管下內表面的太陽光線。
[0008]為達到盡可能避免早晨和傍晚太陽直接照射溫度傳感器探頭的效果，可將至少2個導管向下傾斜，向下傾斜角度可介于O至30度之間。日出或日落時太陽的方向通常分別位于東方或西方，因此可選擇與日出或日落時太陽光線夾角最小的至少2個導管向下傾斜，這些向下傾斜的導管通常與東西方向的夾角較小。當一個導管的向下傾斜的角度較小時，并當風向與這個導管的夾角也較小時，導管內的氣流速度可保持與外部氣流速度近似一致，熱污染效應較小。
[0009]利用所述防輻射罩進行溫度測量的方法包括下列步驟:
步驟I，獲取每個導管中的溫度傳感器探頭測得的溫度；
步驟2，比較所有導管中的傳感器探頭測得的溫度，并根據測量時間是否處于白天，將溫度最低的測量值作為白天的測量結果，將溫度最高的測量值作為夜間的測量結果。
[0010]本發明采用上述的技術方案，具有以下有益效果:
(1)防福射罩含有多個導管，在任意水平風向條件下，均存在至少一個導管與風向的夾角相對最小，因此和其它導管相比，該導管具有相對良好的通風，導管內相對較高的氣流速度同時使得導管內溫度傳感器探頭的輻射誤差相對較低，因此這個導管可同時實現相對較高的氣流速度和相對較低的輻射誤差，導管兩端的開口設計保證了氣流流通，至少一個導管具有相對較高氣流速度實現了相對較低的滯后誤差；
(2)在導管上方設置有反光板能夠防止太陽直接照射導管，各導管沿著反光板邊緣分布在反光板遮擋的區域內使得導管之間的夾角較小，與風向夾角最小的導管中的氣流方向也與風向最為接近，在一定程度上避免導管管壁引起的熱污染效應，有利于降低輻射誤差，將導管外端側面設置有一定傾斜角度在一定程度上防止太陽光線射入導管下內表面，有助于減少導管內的積雪、灰塵等雜物沉積量；
(3)提高了防輻射罩結構的穩定性，防輻射罩還包括至少一個位于導管和反光板之間的懸掛板，導管通過連接件懸掛在懸掛板下方，同時懸掛板減少了反光板與導管之間的傳熱，反光板和懸掛板之間設有的隔熱柱進一步防止反光板與懸掛板之間的熱傳導；
(4)本申請涉及的防輻射罩中至少有兩個導管向下傾斜與水平方向呈O至30度的夾角時，此時，導管內的氣流速度和外部氣流速度仍然可以保持近似一致，盡可能地避免早晨和傍晚太陽直接照射溫度傳感器探頭。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明涉及的防輻射罩的仰視圖；
圖3是方形截面導管的示意圖；
圖4是圓形截面導管的示意圖；
圖5是導管外側端面具有一定傾斜角的示意圖；
圖6是包含10個導管的防輻射罩的仰視圖；
圖7是包含7個導管的防輻射罩的仰視圖。
[0012]圖中標號說明:1、導管，2、反光板，3、懸掛板，4、連接件，5、隔熱柱，6、中心位置，7、導管上外表面，8、導管上內表面，9、導管下外表面，10、導管下內表面，11、導管內部空腔，12、外側端面，101、導管，102、導管，103、導管，104、導管，105、導管，106、導管，107、導管，108、導管，109、導管，110、導管，201、導管，202、導管，203、導管，204、導管，205、導管，206、導管。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明。
[0014]具體實施例一
如圖1中的本發明的結構示意圖，包括至少3個兩端均設有開口的導管1，每個導管至少安裝有一個溫度傳感器探頭。多個溫度傳感器探頭可共用一個多通道信號調理電路，也可以設置多個信號調理電路分別測量各溫度傳感器探頭。導管I兩端的截面可為如圖3所示的方形、如圖4所示的圓形，也可以是多邊形或橢圓形。溫度傳感器探頭通常可安裝在導管I的中心位置6。
[0015]多個導管在任意水平風向條件下，均存在至少一個導管與風向的夾角相對最小，因此和其它導管相比，該導管具有相對良好的通風，導管內相對較高的氣流速度同時使得導管內溫度傳感器探頭的輻射誤差相對較低，因此這個導管可同時實現相對較高的氣流速度和相對較低的輻射誤差。在絕大多數情況下，僅有極少量的散射輻射和地面反射輻射會通過導管兩端的開口進入導管內部并照射到導管內的溫度傳感器探頭，這有利于降低輻射誤差。
[0016]至少一個導管可實現相對較高的氣流速度，導管內相對較高的氣流速度可使得該導管內溫度傳感器探頭的滯后誤差相對較低。
[0017]如每個導管中的傳感器探頭均經過標定，并假設每個傳感器探頭均具有較高的精度，則只需比較每個傳感器探頭測得的溫度，在白天選取測得溫度最低的探頭，在夜間選取測得溫度最高的探頭，即可獲得輻射誤差較小的測量結果。
[0018]具體實施例二
為達到防止太陽直接照射導管I的效果，如圖1和圖2所示，在導管上方設置有反光板2，可以為所有導管設置一塊共用的反光板，也可以為每個導管設置一塊反光板，各導管沿著反光板邊緣分布在反光板遮擋的區域內。反光板2選用的材料可以選用金屬，例如可選擇鋁或鋁合金，不僅可獲得較好的機械性能，而且由于反射率較高，也使得反光板不易因為太陽輻射而溫度過高。反光板2表面可設置一層銀膜，以進一步提高反射率。
[0019]反光板可以是圓盤狀或其它形狀。對于圓形反光板而言，各導管沿著圓形反光板邊緣在反光板遮擋區域內排列成圓形，當導管數量不少于6時，相鄰導管之間的夾角可設置介于5至60度之間。圖6為導管數為10的情形，導管101、導管102、導管103、導管104、導管105、導管106、導管107、導管108、導管109、導管110沿著圓形反光板的邊緣均勾分布在反光板遮擋的區域內，相鄰導管之間的夾角為36度;圖7為導管數為6的情形，導管201、導管202、導管203、導管204、導管205、導管206沿著圓形反光板的邊緣均勻分布在反光板遮擋的區域內，相鄰導管之間的夾角為60度。可以通過增加導管I數量的方式降低溫度傳感器探頭的輻射誤差和滯后誤差，導管數最多可以增加到72個。導管也可以在沿著圓形或其它形狀反光板邊緣在反光板遮擋區域內任意排列。
[0020]把導管I靠近圓盤邊緣的端面定義為外側端面12，如圖5所示的導管具有:導管上外表面7、導管上內表面8、導管下外表面9、導管下內表面10、導管內部空腔11、外側端面12。外側端面12可以和導管的軸線垂直設置，也可以有一定的傾斜角度。當外側端面12有一定的傾斜角度時，可在一定程度上減少太陽光線射入導管下內表面10，從而減少太陽輻射在導管內部空腔11多次反射，實現降低溫度傳感器探頭輻射誤差的目的。這種設計還有助于減少導管內的積雪、灰塵等雜物沉積量。
[0021]多個導管的設計使得導管之間的夾角較小，與風向夾角最小的導管中的氣流方向也與風向最為接近，那么，即使白天的太陽直接輻射、散射輻射、反射輻射和熱傳導效應使得這個導管的管壁的溫度升高，導管內側被加熱的氣流也沿著管壁內側流動，被加熱的氣流不容易到達管壁中心安裝溫度傳感器探頭的位置，根據同樣的原理，在夜間即使這個導管的管壁溫度降低，導管中低溫的氣流通常貼著管壁流動，因此這種設計方案可在一定程度上避免導管管壁引起的熱污染效應，有利于降低輻射誤差。
[0022]為了達到盡可能避免早晚太陽直接照射溫度傳感器探頭的效果，選擇與日出或日落時太陽光線夾角最小的至少2個導管向下傾斜，傾斜的角度介于O至30度之間，此時，導管內的氣流速度和外部氣流速度仍然可以近似地保持一致。將圖6中東西方向的導管101、導管102、導管106和導管107的外側向下傾斜10度，將圖7中東西方向的導管201和導管204的外側向下傾斜10度，此時，導管內的氣流速度和外部氣流速度仍然可以近似地保持一致，熱污染效應也相對較小。當導管不是均勻分布在圓盤形反光板下方區域時，可以靈活選擇導管中的一端向下傾斜O至30度，以滿足導管內的氣流速度和外部氣流速度仍然近似保持一致的要求。
[0023]具體實施例三
如圖1、圖2、圖6、圖7所示，防輻射罩還包括至少一個位于導管和反光板之間的懸掛板3，可以為所有導管設置一塊共用的懸掛板，也可以為每個導管設置一塊懸掛板，導管I經連接件4與懸掛板3固定連接，懸掛板3具有的懸掛作用提高了防輻射罩結構的穩定性，同時防止反光板2與導管I熱傳導。為進一步防止反光板2與懸掛板3之間的熱傳導，還可在反光板2和懸掛板3之間設有隔熱柱5。
[0024]經實驗驗證，在相同環境條件下，本發明可將溫度傳感器探頭輻射誤差降低至0.05 °C量級，而傳統百葉箱和自然通風防輻射罩的輻射誤差可達I °C量級，可見，本申請涉及的防輻射罩降低了溫度傳感器探頭輻射誤差。與傳統的葉片式百葉箱和環片式防輻射罩相比，本發明涉及的防輻射罩結構簡單、體積較小、重量較小、可降低成本，結構相對簡單，易于加工制造、維護安裝和清潔，多個導管的設計使得防輻射罩在有導管損壞的情況下仍然能正常工作，防輻射罩的可靠性高。由于本申請中涉及的反光板和懸掛板通常水平安裝，因此在強風中，可以一定程度上減小受力，使得防輻射罩不易被風吹倒或因風壓導致損壞。
[0025]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:包括至少3個兩端均設有開口的導管(1)，每個導管(I)中至少安裝有一個溫度傳感器探頭。2.根據權利要求1所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:所述防輻射罩還包括至少一個反光板(2)，所述反光板(2)位于所有導管(I)的上方，各導管(I)沿著反光板邊緣在反光板遮擋的區域內分布。3.根據權利要求2所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:所述防輻射罩還包括至少一個位于導管(I)和反光板(2)之間的懸掛板(3)，導管(I)經連接件(4)與懸掛板(3)固定連接。4.根據權利要求2所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:導管(I)靠近反光板邊緣一端的截面為傾斜的端面，所述傾斜端面減少射入導管下內表面的太陽光線。5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:至少2個導管(I)向下傾斜O至30度的角度。6.根據權利要求1所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:導管(I)兩端開口的截面為多邊形或圓形或橢圓形。7.根據權利要求2所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:所述反光板(2)為金屬材質。8.根據權利要求2所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:所述反光板(2)表面有一層銀膜。9.根據權利要求3所述的一種氣象測量用防輻射罩，其特征在于:所述反光板(2)和懸掛板(3)之間設有隔熱柱(5)。10.—種利用權利要求1所述的防輻射罩進行溫度測量的方法，其特征在于，包括如下步驟: A、獲取每個導管中的每個溫度傳感器探頭測得的溫度； B、比較各溫度傳感器探頭測得的溫度:白天時以最低溫度測量值作為測量結果，夜間時以最高溫度測量值作為測量結果。
【文檔編號】G01W1/00GK105928630SQ201610286643
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】劉清惓, 楊杰, 戴偉
【申請人】南京微感電子科技有限公司