Гелиостат

Гелиостат служит для обеспечения автоматического слежения актинометра за солнцем. При непрерывных наблюдениях с записью показаний с помощью интегратора или самописца актинометр устанавливается на гелиостат. Затем проводится предварительная установка гелиостата и наведение актинометра на солнце. После этого гелиостат поворачивает актинометр по эклиптике. Не будем здесь приводить конструкцию гелиостата во всех деталях, упомянем лишь главные его части.

В качестве движущего механизма у гелиостата используется электромагнит, приводящий в движение редуктор, который передает вращение на ось гелиостата. Редуктор рассчитан таким образом, что при пропускании через электромагнит импульсов электрического тока с частотой один импульс в минуту, выходная ось гелиостата совершает один оборот в сутки.

Электрический сигнал управления гелиостатом подается на электромагнит от контактных часов, которые вырабатывают импульсы с необходимой частотой.

Первоначальная установка актинометра на гелиостате производится в следующей последовательности.

 1. Установить гелиостат на горизонтальную поверхность и ориентировать его на север, пользуясь компасом (буссолью) и стрелкой-указателем на металлическом основании гелиостата.

 2. Отгоризонтировать гелиостат по встроенному уровню, пользуясь установочными винтами в основании гелиостата.

 3. Поворачивая корпус гелиостата в вертикальной плоскости, установить на специальном лимбе географическую широту места наблюдения.

 4. Выставить местное среднесолнечное время начала наблюдения, повернув лимб, установленный на верхней панели гелиостата.

 5. Навести актинометр на Солнце, согласно методике, изложенной ранее. Включить гелиостат, подав минутные импульсы с контактных часов.

Электролитические интеграторы х-603, х-606, х-607.

Электролитический интегратор типа Х-603 представляет собой счетчик микроампер-часов и предназначен для интегрирования во времени малых постоянных токов. Интегратор применяется с любым термоэлектрическим актинометрическим прибором – актинометром, пиранометром, балансомером. Разумеется, при непрерывной регистрации излучения актинометр применяется вместе с гелиостатом, а пиранометр и балансомер – вместе с теневым кольцом М-41, исключающим попадание прямой солнечной радиации на прибор при движении Солнца по эклиптике. Чувствительным элементом интегратора Х-603 служит водородный счетчик количества электричества. Как известно, интеграл от тока, взятый по некоторому интервалу времени, равен заряду, прошедшему по проводнику за это время:

. (4)

С другой стороны, при разложении электрическим током какого-либо вещества – в данном случае, серной кислоты – количество выделившегося газа (в данном случае, водорода) по закону Фарадея пропорционально прошедшему заряду, т.е. интегралу от тока. Таким образом, измеряя количество водорода, выделившегося при разложении серной кислоты электрическим током, можно определить интегральное значение тока, поступившего на интегратор с актинометра, пиранометра или балансомера, а значит, интегральное значение прямой солнечной радиации, рассеянной радиации или радиационного баланса.

Рассмотрим устройство электролитического интегратора Х-603 (рис. 7).

Он состоит из стеклянной герметичной электродной камеры (1), соединенной трубками (2) и (7) с капилляром (4). Электродная камера (1) разделяется пористой стеклянной перегородкой (8), по обеим сторонам которой находятся две пары сеточных платиновых электродов (3). Электроды покрыты платиновой чернью и имеют платиновые выводы, выходящие наружу через стенки электродной камеры. Пористая перегородка (8) пропитана электролитом – водным раствором серной кислоты. Из этого же раствора состоит и столбик жидкости (6) в капилляре.

При прохождении электрического тока через электролит на одном из электродов, катоде, выделяется некоторое количество водорода, пропорциональное интегрированной радиации за время наблюдения. Одновременно такое же количество водорода поглощается на аноде. Общее количество водорода в интеграторе остается постоянным, но при этом со стороны катода давление увеличивается, а со стороны анода уменьшается. Под действием разности указатель (6) перемещается по капилляру до выравнивания давления, и это перемещение можно измерить с помощью шкалы (5). Отсчет производится по правому мениску столбика жидкости.

Все свободное пространство внутри трубок счетчика заполнено водородом. Одна из пар электродов (нижняя на рис. 7) – измерительная, через нее проходит ток от включенного актинометрического датчика. Другая пара (верхняя) установочная, через нее пропускается ток от вмонтированного в интегратор гальванического элемента G. Этот ток, ослабленный до 2 мА сопротивлением R6, служит для приведения указателя в нулевое положение. Для этого тумблер S, переключающий полярность прохождения тока от элемента, переключается в ту сторону, куда нужно переместить указатель.

Интегратор имеет несколько диапазонов измерений, выбираемых в зависимости от времени года, широты места, вида радиации и типа датчика. Выбор диапазона осуществляется подключением датчика к одному из выводов цепочки резисторов R1 – R5. Интегратор предназначен для работы при температурах от 25 до 4С, при относительной влажности до 80 %. Основная погрешность измерений сумм радиации интегратором не превышает  20 % шкалы. Влияние температуры окружающего воздуха вызывает дополнительную погрешность не более 2,5 % на каждые 10 температуры. Емкость 100 делений шкалы указывается в паспорте и может находиться в пределах 30 - 60 мкА.

Интегратор типа Х-607 имеет тот же принцип действия, что и интегратор Х-603. Дополнительная функция, выполняемая интегратором Х‑607 – интегрирование одновременно двух токов с их алгебраическим сложением.

Интегратор Х-607 состоит из двух функциональных частей: водородного электролитического элемента (кулонометра) и электрической схемы. Водородный электролитический элемент представляет собой стеклянный герметический сосуд с двумя электродными камерами. Каждая электродная камера разделена пористой стеклянной перегородкой, в которую вплавлены платиновые электроды. Электрическая схема интегратора имеет измерительную и установочную цепи. Интегратор Х-606 имеет такое же назначение, что и интегратор Х-607. В интеграторе Х-606 производится автоматическое считывание показаний с выдачей результатов на цифровой счетчик импульсов, что обеспечивается соответствующей электронной схемой. В остальном принцип действия и состав интегратора Х-606 аналогичен Х-607.

Технические характеристики электролитических преобразователей Х-603, Х-606, Х-607 представлен в Приложении 2.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТР – САМОПИСЕЦ КСП-4

Прибор обеспечивает автоматическую регистрацию ЭДС от актинометрических датчиков – актинометра, пиранометра и балансомера. Пределы измерения от -10 до +10 мВ, схема обеспечивает подключение шести датчиков. Время пробега кареткой всей шкалы 2 – 2,5 с. Предназначен для работы с датчиками, сопротивление которых (включая сопротивление линии связи) не превышает 200 Ом. Напряжение питания – 220 В.

Принципиальная электрическая схема прибора представлена на рис. 8.

Основу измерительной схемы прибора КСП-4 составляет четырех-плечный мост (рис. 8), плечи которого состоят из резисторов R1, R2, R3, R4. Сопротивление R1 – R2, изменяемое в процессе измерения, называется реохордом.

Измеряемый сигнал с датчиков подается в диагональ измерительного моста. В другую диагональ включен стабилизированный источник питания G, обеспечивающий постоянство рабочего тока в измерительной схеме.

В основу прибора положен компенсационный метод измерения. Напряжение, поступающее от датчика в одну из диагоналей моста, компенсируется включением в другую диагональ напряжения измерительной схемы потенциометра.

При изменении сигнала, поступающего с датчиков на вход прибора, на входе усилителя А2 возникает напряжение разбаланса. После усиления оно преобразуется в переменное преобразователем U, а затем снова усиливается усилителем А3 для приведения в действие реверсивного двигателя М, выходной вал которого вращается в ту или другую сторону до тех пор, пока существует напряжение разбаланса.

Вращение выходного вала реверсивного двигателя с помощью механической передачи (шкив и трос) преобразуется в прямолинейное движение каретки вдоль реохорда. На каретке закреплены контакты реохорда, указатель и записывающее устройство.

Рис. 8 Принципиальная схема прибора КСП-4.

R1–R4 – мостовая схема; А1, А2 – усилители постоянного тока; А3 – усилитель переменного тока; G – стабилизированный источник питания; U – преобразователь постоянного тока в переменный; М – реверсивный двигатель.

В момент равновесия измерительной схемы положение указателя определяет значение измеряемого параметра, которое записывается на движущейся диаграммной ленте.

Прибор КСП-4 отпечатывает на диаграммной ленте точку с порядковым номером датчика, затем переключатель каналов автоматически присоединяет к измерительной схеме прибора следующий датчик. В целях помехозащиты в измерительной цепи прибора предусмотрен фильтр, состоящий из резисторов и конденсаторов (на схеме рис. 8 не показан).

Точки, отпечатанные на диаграммной ленте, характеризуют значения параметров радиации.

Определение переводного множителя каждого датчика с прибором КСП-4 должно производиться при вводе УАР в эксплуатацию или при замене датчиков в процессе эксплуатации.

Переводной множитель датчиков с прибором КСП-4 должен определяться по контрольному гальванометру. Полученное значение переводного множителя сохраняется, если результаты очередного контроля показали значение, отличающееся от ранее применявшегося менее чем на  2% для актинометра,  5% – для пиранометра и 10% – для балансомера. При замене КСП-4, если он имеет другое значение цены деления по напряжению, то переводной множитель каждого датчика пересчитывается путем умножениядля старого прибора КСП-4 на отношение/‘ , где ‘ – значение цены деления по напряжению заменяемого (старого) прибора КСП-4;  – значение цены деления по напряжению нового прибора.

У прибора КСП-4 с диапазоном от –10 до +10 мВ для расчета  следует брать значение предела измерений, равное 20 мВ. Значение  при этом равно 0,2 мВ/дел.

Для определения переводного множителя каждого датчика с прибором КСП-4 графическим методом необходимо построить зависимость значения радиации от показаний прибора КСП-4 на канале с соответствующим датчиком. Для каждого вида радиации должен быть построен отдельный график.

По оси ординат следует отложить значение вида радиации а по оси абсцисс значение ординаты, снятое с диаграммной ленты прибора КСП-4 на канале соответствующего датчика.

После построения линии зависимости отнеобходимо вычислить значение переводного множителякаждого датчика с прибором КСП-4 по формуле:

, (8.5)

где – значение ординаты, кВт/м²·с,

–значение абсциссы (в делениях), снятое с построенного графика на уровне максимального значения данного вида радиации.