一种气象测量用防辐射罩的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种气象测量用防辐射罩，属于气象仪器的技术领域。所要解决的技术问题是提供一种气象测量用能够降低传感器辐射误差和滞后误差的防辐射罩。防辐射罩包括至少3个两端均设有开口的导管，每个导管中至少有一个温度传感器探头，防辐射罩在任意风向下总存在至少一个导管具有相对良好的通风，可降低温度传感器探头太阳辐射误差和滞后误差。即使一个有导管损坏，其它导管仍正常工作，整个防辐射罩受影响较小，可靠性较高。
【专利说明】
_种气象测量用防射罩
技术领域
[0001]本发明涉及一种气象测量用防辐射罩，属于气象仪器的技术领域。
【背景技术】
[0002]在气象站的温度传感器测量气温的过程中，白天太阳辐射造成温度传感器升温，高于周围环境的空气温度，这种现象引起的误差被称为太阳辐射误差。夜间由于仪器的长波辐射，会导致温度传感器表面的温度低于周围环境的空气温度。上述两种情况下，由于辐射引起的温度测量误差，通常被统称为辐射误差。目前气象站用百叶箱或自然通风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。由于白色涂层或其他叶片材料的表面不可能达到100%反射率，因此在一定程度上，传统百叶箱和防辐射罩，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，引起温度传感器探头读数温度高于外部自由空气的温度，这种导致辐射误差的现象在气象仪器领域可被称为热污染效应。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。百叶箱和防辐射罩的辐射误差可达I °C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。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。按照传统观念，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。因此这两种设计要求是存在矛盾的，这给防辐射罩性能的提高带来了困难。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种气象测量用防辐射罩，采用多个两端具有开口的导管降低了传感器探头辐射误差并提高了气流速度，在一定程度上解决了现有防辐射罩在满足降低温度传感器探头接收到的太阳辐射的要求时无法提高气流速度以及热污染效应难以消除的技术问题。
[0004]为了实现上述的发明目的，采用如下技术方案:
一种气象测量用防辐射罩，包括至少3个导管，每个导管中至少有一个温度传感器探头，导管的两端均设有开口。温度传感器探头通常可安装在导管的中心位置。多个温度传感器探头可共用一个多通道信号调理电路，也可以设置多个信号调理电路，分别测量各个探头。导管两端开口的截面可为多边形或圆形或椭圆形。
[0005]为便于描述方位，在这里把从导管出发，垂直对着地面和垂直对着高空的方向分别定义为向下和向上，把导管中心轴线的方向定义为导管的方向。为达到防止太阳直接照射导管的效果，可设置反光板位于导管上方，各导管沿着反光板边缘在反光板遮挡的区域内分布。反光板可以有一个也可以有多个。如有多个反光板，可给每个导管都配有一个反光板。反光板选用的材料可以选用金属，反光板表面可设置一层银膜，以提高反射率。反光板可以是圆盘或其它形状，如果反光板为圆盘状，则导管可沿着圆盘边缘在反光板遮挡的区域内排列成圆形，导管数量不小于6个时，相邻导管之间的夹角可设置为介于5至60度之间。如果反光板非是圆盘状以外的其它形状时，则导管可沿着反光板的边缘在反光板遮挡的下方区域内任意排列。
[0006]为达到降低辐射误差的效果，还可在导管和反光板之间设有至少一块悬挂板，悬挂板不仅具有悬挂导管的作用还有隔热的作用，可降低反光板与导管之间的传热。悬挂板有多个时可以为每个导管都配一个悬挂板。为达到将导管固定的效果，还可在导管和悬挂板之间设有连接件。为达到防止反光板与悬挂板之间的热传导的效果，还可在反光板和悬挂板之间设有隔热柱。
[0007]在这里可把导管靠近反光板边缘的端面定义为外侧端面。外侧端面为一倾斜端面，该倾斜端面减少射入导管下内表面的太阳光线。
[0008]为达到尽可能避免早晨和傍晚太阳直接照射温度传感器探头的效果，可将至少2个导管向下倾斜，向下倾斜角度可介于O至30度之间。日出或日落时太阳的方向通常分别位于东方或西方，因此可选择与日出或日落时太阳光线夹角最小的至少2个导管向下倾斜，这些向下倾斜的导管通常与东西方向的夹角较小。当一个导管的向下倾斜的角度较小时，并当风向与这个导管的夹角也较小时，导管内的气流速度可保持与外部气流速度近似一致，热污染效应较小。
[0009]利用所述防辐射罩进行温度测量的方法包括下列步骤:
步骤I，获取每个导管中的温度传感器探头测得的温度；
步骤2，比较所有导管中的传感器探头测得的温度，并根据测量时间是否处于白天，将温度最低的测量值作为白天的测量结果，将温度最高的测量值作为夜间的测量结果。
[0010]本发明采用上述的技术方案，具有以下有益效果:
(1)防福射罩含有多个导管，在任意水平风向条件下，均存在至少一个导管与风向的夹角相对最小，因此和其它导管相比，该导管具有相对良好的通风，导管内相对较高的气流速度同时使得导管内温度传感器探头的辐射误差相对较低，因此这个导管可同时实现相对较高的气流速度和相对较低的辐射误差，导管两端的开口设计保证了气流流通，至少一个导管具有相对较高气流速度实现了相对较低的滞后误差；
(2)在导管上方设置有反光板能够防止太阳直接照射导管，各导管沿着反光板边缘分布在反光板遮挡的区域内使得导管之间的夹角较小，与风向夹角最小的导管中的气流方向也与风向最为接近，在一定程度上避免导管管壁引起的热污染效应，有利于降低辐射误差，将导管外端侧面设置有一定倾斜角度在一定程度上防止太阳光线射入导管下内表面，有助于减少导管内的积雪、灰尘等杂物沉积量；
(3)提高了防辐射罩结构的稳定性，防辐射罩还包括至少一个位于导管和反光板之间的悬挂板，导管通过连接件悬挂在悬挂板下方，同时悬挂板减少了反光板与导管之间的传热，反光板和悬挂板之间设有的隔热柱进一步防止反光板与悬挂板之间的热传导；
(4)本申请涉及的防辐射罩中至少有两个导管向下倾斜与水平方向呈O至30度的夹角时，此时，导管内的气流速度和外部气流速度仍然可以保持近似一致，尽可能地避免早晨和傍晚太阳直接照射温度传感器探头。
【附图说明】
[0011 ]图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明涉及的防辐射罩的仰视图；
图3是方形截面导管的示意图；
图4是圆形截面导管的示意图；
图5是导管外侧端面具有一定倾斜角的示意图；
图6是包含10个导管的防辐射罩的仰视图；
图7是包含7个导管的防辐射罩的仰视图。
[0012]图中标号说明:1、导管，2、反光板，3、悬挂板，4、连接件，5、隔热柱，6、中心位置，7、导管上外表面，8、导管上内表面，9、导管下外表面，10、导管下内表面，11、导管内部空腔，12、外侧端面，101、导管，102、导管，103、导管，104、导管，105、导管，106、导管，107、导管，108、导管，109、导管，110、导管，201、导管，202、导管，203、导管，204、导管，205、导管，206、导管。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
[0014]具体实施例一
如图1中的本发明的结构示意图，包括至少3个两端均设有开口的导管1，每个导管至少安装有一个温度传感器探头。多个温度传感器探头可共用一个多通道信号调理电路，也可以设置多个信号调理电路分别测量各温度传感器探头。导管I两端的截面可为如图3所示的方形、如图4所示的圆形，也可以是多边形或椭圆形。温度传感器探头通常可安装在导管I的中心位置6。
[0015]多个导管在任意水平风向条件下，均存在至少一个导管与风向的夹角相对最小，因此和其它导管相比，该导管具有相对良好的通风，导管内相对较高的气流速度同时使得导管内温度传感器探头的辐射误差相对较低，因此这个导管可同时实现相对较高的气流速度和相对较低的辐射误差。在绝大多数情况下，仅有极少量的散射辐射和地面反射辐射会通过导管两端的开口进入导管内部并照射到导管内的温度传感器探头，这有利于降低辐射误差。
[0016]至少一个导管可实现相对较高的气流速度，导管内相对较高的气流速度可使得该导管内温度传感器探头的滞后误差相对较低。
[0017]如每个导管中的传感器探头均经过标定，并假设每个传感器探头均具有较高的精度，则只需比较每个传感器探头测得的温度，在白天选取测得温度最低的探头，在夜间选取测得温度最高的探头，即可获得辐射误差较小的测量结果。
[0018]具体实施例二
为达到防止太阳直接照射导管I的效果，如图1和图2所示，在导管上方设置有反光板2，可以为所有导管设置一块共用的反光板，也可以为每个导管设置一块反光板，各导管沿着反光板边缘分布在反光板遮挡的区域内。反光板2选用的材料可以选用金属，例如可选择铝或铝合金，不仅可获得较好的机械性能，而且由于反射率较高，也使得反光板不易因为太阳辐射而温度过高。反光板2表面可设置一层银膜，以进一步提高反射率。
[0019]反光板可以是圆盘状或其它形状。对于圆形反光板而言，各导管沿着圆形反光板边缘在反光板遮挡区域内排列成圆形，当导管数量不少于6时，相邻导管之间的夹角可设置介于5至60度之间。图6为导管数为10的情形，导管101、导管102、导管103、导管104、导管105、导管106、导管107、导管108、导管109、导管110沿着圆形反光板的边缘均勾分布在反光板遮挡的区域内，相邻导管之间的夹角为36度;图7为导管数为6的情形，导管201、导管202、导管203、导管204、导管205、导管206沿着圆形反光板的边缘均匀分布在反光板遮挡的区域内，相邻导管之间的夹角为60度。可以通过增加导管I数量的方式降低温度传感器探头的辐射误差和滞后误差，导管数最多可以增加到72个。导管也可以在沿着圆形或其它形状反光板边缘在反光板遮挡区域内任意排列。
[0020]把导管I靠近圆盘边缘的端面定义为外侧端面12，如图5所示的导管具有:导管上外表面7、导管上内表面8、导管下外表面9、导管下内表面10、导管内部空腔11、外侧端面12。外侧端面12可以和导管的轴线垂直设置，也可以有一定的倾斜角度。当外侧端面12有一定的倾斜角度时，可在一定程度上减少太阳光线射入导管下内表面10，从而减少太阳辐射在导管内部空腔11多次反射，实现降低温度传感器探头辐射误差的目的。这种设计还有助于减少导管内的积雪、灰尘等杂物沉积量。
[0021]多个导管的设计使得导管之间的夹角较小，与风向夹角最小的导管中的气流方向也与风向最为接近，那么，即使白天的太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射和热传导效应使得这个导管的管壁的温度升高，导管内侧被加热的气流也沿着管壁内侧流动，被加热的气流不容易到达管壁中心安装温度传感器探头的位置，根据同样的原理，在夜间即使这个导管的管壁温度降低，导管中低温的气流通常贴着管壁流动，因此这种设计方案可在一定程度上避免导管管壁引起的热污染效应，有利于降低辐射误差。
[0022]为了达到尽可能避免早晚太阳直接照射温度传感器探头的效果，选择与日出或日落时太阳光线夹角最小的至少2个导管向下倾斜，倾斜的角度介于O至30度之间，此时，导管内的气流速度和外部气流速度仍然可以近似地保持一致。将图6中东西方向的导管101、导管102、导管106和导管107的外侧向下倾斜10度，将图7中东西方向的导管201和导管204的外侧向下倾斜10度，此时，导管内的气流速度和外部气流速度仍然可以近似地保持一致，热污染效应也相对较小。当导管不是均匀分布在圆盘形反光板下方区域时，可以灵活选择导管中的一端向下倾斜O至30度，以满足导管内的气流速度和外部气流速度仍然近似保持一致的要求。
[0023]具体实施例三
如图1、图2、图6、图7所示，防辐射罩还包括至少一个位于导管和反光板之间的悬挂板3，可以为所有导管设置一块共用的悬挂板，也可以为每个导管设置一块悬挂板，导管I经连接件4与悬挂板3固定连接，悬挂板3具有的悬挂作用提高了防辐射罩结构的稳定性，同时防止反光板2与导管I热传导。为进一步防止反光板2与悬挂板3之间的热传导，还可在反光板2和悬挂板3之间设有隔热柱5。
[0024]经实验验证，在相同环境条件下，本发明可将温度传感器探头辐射误差降低至0.05 °C量级，而传统百叶箱和自然通风防辐射罩的辐射误差可达I °C量级，可见，本申请涉及的防辐射罩降低了温度传感器探头辐射误差。与传统的叶片式百叶箱和环片式防辐射罩相比，本发明涉及的防辐射罩结构简单、体积较小、重量较小、可降低成本，结构相对简单，易于加工制造、维护安装和清洁，多个导管的设计使得防辐射罩在有导管损坏的情况下仍然能正常工作，防辐射罩的可靠性高。由于本申请中涉及的反光板和悬挂板通常水平安装，因此在强风中，可以一定程度上减小受力，使得防辐射罩不易被风吹倒或因风压导致损坏。
[0025]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:包括至少3个两端均设有开口的导管(1)，每个导管(I)中至少安装有一个温度传感器探头。2.根据权利要求1所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:所述防辐射罩还包括至少一个反光板(2)，所述反光板(2)位于所有导管(I)的上方，各导管(I)沿着反光板边缘在反光板遮挡的区域内分布。3.根据权利要求2所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:所述防辐射罩还包括至少一个位于导管(I)和反光板(2)之间的悬挂板(3)，导管(I)经连接件(4)与悬挂板(3)固定连接。4.根据权利要求2所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:导管(I)靠近反光板边缘一端的截面为倾斜的端面，所述倾斜端面减少射入导管下内表面的太阳光线。5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:至少2个导管(I)向下倾斜O至30度的角度。6.根据权利要求1所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:导管(I)两端开口的截面为多边形或圆形或椭圆形。7.根据权利要求2所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:所述反光板(2)为金属材质。8.根据权利要求2所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:所述反光板(2)表面有一层银膜。9.根据权利要求3所述的一种气象测量用防辐射罩，其特征在于:所述反光板(2)和悬挂板(3)之间设有隔热柱(5)。10.—种利用权利要求1所述的防辐射罩进行温度测量的方法，其特征在于，包括如下步骤: A、获取每个导管中的每个温度传感器探头测得的温度； B、比较各温度传感器探头测得的温度:白天时以最低温度测量值作为测量结果，夜间时以最高温度测量值作为测量结果。
【文档编号】G01W1/00GK105928630SQ201610286643
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】刘清惓, 杨杰, 戴伟
【申请人】南京微感电子科技有限公司