热电堆温度计的工作原理及使用方法

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自1913年以来，Kipp&Zonen一直致力于制造用于光学和热辐射测量的快速灵敏热电堆。该设计由乌得勒支大学的Moll博士领导的几个热电偶组成。

1923年在乌得勒支举行的一次气象会议上，莫尔博士的热电堆原型引起了几位科学家的注意。之后，波兰气象研究所的L.gorczynski教授对Moll-gorczynski热电堆进行了改进，并建造了日射强度计和日湿度计。

热电堆的特点，确保小，轻，低成本的仪器产生连续的电压输出信号。这种仪器不需要控制系统或任何外部电源。随着这些原型的成功，Kipp&Zonen在1924年成为总辐射计的制造商。

本文详细介绍了热电堆总辐射计的工作原理。

辐射计的工作

总辐射计的工作原理是热电检测原理，即水平发黑的表面在较宽的波长范围内完全吸收入射能量。因此，表面温度升高，这是测量使用热电偶串联或并联连接，形成热电堆。图1显示了热电堆的示意图。

图1。热电堆图

存储在黑色涂层中的吸收辐射用于加热发黑接收器表面下方的有源或热连接。然而，无源结或冷结与发黑的表面热接触，而发黑的表面起着散热器的作用。最新的高性能总辐射计使用了珀耳帖元件——一种热电元件，它使用不同的半导体，而不是热电偶/热电堆中的不同金属。图2显示了不同半导体的总辐射计的示意图。

图2。不同半导体的总辐射计示意图

需要保护黑色探测器涂层免受可能影响测量的风、灰尘和降水等外部因素的影响。几乎所有类型的总辐射计都使用光学质量玻璃覆盖半球形单球或双球圆顶。基于玻璃，透射率可以从300纳米到小于3000纳米不等。双圆顶易于将传感器表面与环境参数（如快速温度波动和风）隔离开来，在不断变化的工作条件下提供出色的稳定性。

与材料的折射率和圆顶的形状相比，当太阳非常接近地平线并且弯曲入射的辐射光束时，传感器的响应得到了改善。Kipp&Zonen的cmp22模型使用石英圆顶，可以提供宽光谱响应。石英圆顶的高折射率进一步提高了方向响应。与玻璃相比，石英圆顶具有导热系数高等优点。图3显示了带有圆顶的总辐射计的示意图。

图3。带圆顶的总辐射计示意图

包括CMP系列在内的被动式热电堆/珀耳帖温度计不需要电源。探测器产生的小电压约为10μV/w/m2，与仪器外壳与黑色吸收表面的温差成正比。因此，晴天的输出约为10毫伏。利用每个日射强度计独特的灵敏度，以微伏为单位的信号转换为以w/m2为单位的总辐照度。图4显示了帕尔贴总辐射计的示意图。

图4。帕尔贴总辐射计原理图

结论

Kipp&Zonen的SMP系列智能辐射计与等效CMP型号具有相同的探测器，具有额外的内置数字信号处理和性能增强功能。因此，它们不需要外部电源来运行。

建议仪器每两年重新校准一次，以保持其高性能。此外，通过为信号电缆引入高质量防水连接器，简化了过程。