Brevet FR2445955A1 — publié le 19800801

L'invention se rapporte à un pyranomètre permettant notamment de mesurer le rayonnement global du spectre solaire L'invention concerne plus particulièrement un pyranomètre du type comprenant au moins deux filtres hémis phériques superposés de façon concentrique et englobant un dispositif de détection. Le dispositif de détection recevant le rayonnement filtré est par exemple un dispositif thermo-électrique conçu de façon à engendrer une force électro-motrice dont la valeur est proportionnelle à l'intensité du rayonnement filtre. Ainsi, le dispositif de détection thermo-électrique peut entre constitué par un support en matériau non conducteur de l'électricité sur lequel sont disposés un ou plusieurs thermocouples reliés electriquement à un système de mesure ou d'enregistrement. L'un des problèmes posés par ce type d'appareil a pour origine les phénomenes de convection qui se produisent à l'intérieur des filtres hémisphériques et notamment du filtre interne. Ces phénomènes sont dus à l'échauffement des filtres résultant de l'absorption par ceux-ci d'une partie du rayonnement à mesurer, notamment lorsqu'il s'agit du rayonnnent solaire qui amène les filtres à une température sensiblement supérieure à la tenpérautre des gaz contenus dans les volumes définis entre les filtres et à l'intérieur du filtre interne. Afin d'éviter les erreurs de mesure que provoqueraient les perturbations resultant des variations du régime de convection à l'intérieur des filtres hemispheriques des pyranomètres connus provoquées par un-e éventuelle inclinaison de ces appareils, ceUx-ci doivent & re disposés exclusivement de telle sorte que la face sensible du dispositif de détec- tion soit horizontale. En raison du développement actuel de l'utilisation de l'énergie solaire, il devient de plus en plus nécessaire d'effectuer des mesures du rayonnement solaire global, par exemple avant l'implantation de panneaux solaires, ou conjointement avec de tels panneaux.Une mesure du rayonnement doit donc pouvoir être effectuée dans toutes les posi tions, de l'horizontale à la verticale, de telle sorte que les appareils existants sont inadaptés en raison de l'impré- cision des mesures effectuées dans les positions non horizontales. L'invention a pour objet la réalisation d'un pyranomètre permettant de mesurer un rayonnement et notamment le rayonnement global du spectre solaire, dans toutes les positions avec une précision de mesure sensiblement identique à la précision obtenue avec les pyranomàtres connus lorsque ceux-ci sont utilisés horizontalement. Dans ce but, selon l'invention, un pyranomètre, notamment pour la mesure du rayonnement solaire global, comprenant au moins deux filtres hémisphériques superposés de façon concentrique et englobant des moyens de détection sensibles au rayonnement traversant les filtres est caracté- rise en ce que l'espace défini à l'intérieur du filtre gémis sphérique interne englobant les moyens de détection est sous vide. La mise sous vide des moyens de ddtection, qui réduit sensiblement les phénomènes de convection à l'intérieur du filtre interne, permet d'utiliser un tel appareil dans toutes les positions, c'est-à-dire de l'horizontale à la verticale. En outre, cette caractéristique permet de réduire le temps de réponse du pyranomètre et de réaliser un appareil sensiblement plus fiable par suite de la meilleure conservation dans le temps du dispositif de détection résultant de son fonctionnement sous vide. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'espace défini entre les filtres hémIsphériques est également sous vide. Il va de soi que cette variante ne peut que rendre encore plus facile l'utilisation de l'appareil en réduisant sensiblement les phénomènes de convection entre les filtres. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le filtre hémisphérique interne est scellé à sa base sur un support portant le dispositif de détection, ledit support étant traverse par au moins un tube de vidage refermé à demeure avant la mise en service du pyranomètre Dans ce cas, l'autre filtre bemispherique est de preférence scellé à sa base sur un second support fixe de façon étanche sur un socle de reference portant également le support du dispositif de détection. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de realisation particulier de I'invention en se refe- rant au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue en coupe d'un pyranomètre réalisé conformément à la présente invention. Le pyranomètre représenté sur la figure comprend un socle de reference 10 sur lequel sont fixés un premier support circulaire 12 et un second support annulaire 14 concentrique au support 12. Un dispositif de détection 16 est fixé au support 12 dans la partie centrale de celui-ci et définit sur sa face supérieure opposez au support 12 une surface 18 sensible au rayonnement à mesurer. Le dispositif de detection 16 est constitue par tout dispositif de détection connu et peut comprendre, par exemple, une -ou plusieurs cellules photo-électriques ou un ou plusieurs thermo-couples. De préférence, et en raison de la meilleure tenue dans le temps de ces derniers, le dispositif 16 est constitué par au moins un thermo-couple. Un tel détecteur thermo-électrique comprend généralement un support non conducteur de l'électricité, par exemple en résine "Epoxy", recouvert de part et d'autre par des couches superposées, par exemple d'alliage d'étain et de nickel, de cuivre, de résine "Epoxy" et de noir absorbant, qui définissent deux surfaces sensibles opposées dont l'une forme la surface 18.Ces surfaces sensibles sont reliées en série par des conducteurs électriques traversant le support et susceptibles d'être connectés à un appareil de mesure ou d'enregistrement externe (non représenté). Un premier filtre 20, se présentant sous la forme d'une coupole hémisphérique, est scellé à sa base sur la pé riphérie du support circulaire 12 de façon à définir avec ce dernier un espace étanche 22 dans lequel est reçu le dispositif de détection 16. Un second filtre 24, se présentant également sous la forme d'une coupole hémisphérique, est scellé à sa base sur la périphérie interne du support annulaire 14. Deux joints toriques 26, logés dans des gorges annulaires formées dans le socle de référence itO sont disposés entre ce dernier et les supports 12 et 14 pour isoler de façon étanche l'espace 28 défini entre les filtres 20 et 24. Les filtres hémisphériques 20 et 24 sont superposés de façon concentrique et leur centre se trouve situé au centre de la surface sensible 18 définie par le dispositif de détection thermo-électrique 16. Afin de s'affranchir des phénomènes de convection externe résultant de l'échauffement du filtre externe immédiatement en contact avec l'air ambiant à une température sensiblement supérieure à ce dernier provenant du rayonnement absorbé par le filtre externe, les filtres 20 et 24 sont de préférence des filtres sélectifs identiques. La fonction du Filtre interne 20 se limite alors à la filtration des rayonnements parasites que le filtre externe 24 a laissé passer ou a créé par suite des phénomènes de convection qui viennent d'être mentionnés. Ces rayonnements étant relativement peu nombreux, il est clair que l'échauffement du filtre 20 qui en résulte est négligeable et que toute perturbation résultant de la convection externe est éliminée. A titre d'exemple, dans le mode de réalisation représenté, les filtres 20 et 24 sont tous deux des filtres sélectifs qui ne laissent passer dans le spectre du rayonnement à mesurer que les longueurs d'ondes comprises entre 0,3 et 3 microns, c'est-à-dire une gamme de rayonnements comprenant tout le spectre visible (0,4 à 0,7 micron] la plus grande partie du spectre infrarouge (0,7 à 3,4 microns) et le spectre ultraviolet t0,3 à 0,4 micron). De plus, et afin de réduire encore les phénomènes de convection dus à l'échauffement du filtre externe 24 en contact avec l'air ambiant, le pyranomètre représenté sur la figure comprend un ventilateur 30 commandé par un moteur 32 disposé en-dessous du socle de référence 10 et délivrant de l'air frais anené au moyen d'une gaine de répartition d'air 34 et au travers de passages 38 formés dans le socle 10 jusqu'à des buses de distribution d'air 36, circonférentiellement réparties dans le support 14 à la base du filtre externe 24. L'air frais éjecté par les buses 36 vers la face externe du filtre 24 a pour effet de refroidir ce dernier, diminuant ainsi les phénomènes de convection qui se produisent entre le filtre 24 et l'air ambiant. Conformément à l'invention, l'espace 22 défini entre le filtre interne 20 et le dispositif de détection 16 est sous vide. Le vide régnant dans l'espace 22, qui peut être, par exemple, d'environ 10 5 torr, est établi préala- blement à la mise en -service de l'appareil au travers d'un tube de vidage 40 refermé à demeure après établissement du vide souhaité par tout moyen de fermeture connu tel que, par exemple, par écrasement. Cette caractéristique permet d'éliminer à peu près completement les phénomènes de convection à l'intérieur du filtre interne 20, ce qui autorise une utilisation du pyranomètre dans toutes les positions puisque les perturbations liées aux variations du régime de convection qui en résultent dans les appareils connus sont supprimées. Selon une variante de l'invention non représentée, l'espace 28 défini entre les filtres 20 et 24 est également sous vide, ce qui permet d'éliminer également les phénomènes de convection qui se produisent au niveau des filtres 20 et 24 par suite de la température plus basse du gaz habituellement contenu dans l'espace 28. En raison du vide régnant dans la chambre 22 et, éventuellement, dans la chambre 28, le pyranomètre représenté sur, la figure peut donc hêtre utilisé dans toutes les inclinaisons et non pas seulement avec la face sensible 18 du dispositif de détection 16 disposée horizontalement. Ainsi, le pyranomètre selon l'invention peut être par exemple associé à un panneau solaire fixe, mais incliné par rapport à l'hori- zontale, ou encore à un panneau solaire mobile et asservi au déplacement du soleil. Il peut également e-tre utilisé sépa rément afin d'effectuer des mesures, par exemple préalables à l'implantation de panneaux solaires.Dans ce cas, la suppression des exigences de positionnement inhérentes aux appareils connus lui confère une plus grande souplesse d'utilisation, et la réduction du temps de réponse ainsi que la meilleure fiamilité résultant également de la mise sous vide du dispositif de détection rendent cet appareil particulièrement avantageux. Le pyranomètre qui vient d'être décrit en se référant à la figure unique fonctionne de la façon suivante Lorsque l'appareil est en position de fonctionnement, le rayonnement à mesurer tel que, notamment, le rayonnement du spectre solaire traverse successivement les filtres 24 et 20 avant de heurter la surface sensible i8 du détecteur thermoélectrique 16. Les filtres 24 et 20 étant sélectifs, ils ne laissent passer qu'une partie du spectre dont la longueur d'onde est comprise, par exemple, entre 0,3 et 3 microns. Le rayonnement parasite qui traverse le filtre 24 et celui qui est créé par les phénomènes de convection dus à l'échauffement du filtre 24 refroidi par le ventilateur 30 et en contact avec l'air ambiant à plus basse température est ensuite filtré par le second filtre 20 dont les caractéristiques sont identiques à celles du filtre 24. En raison du vide créé à l'intérieur de l'espace 22 défini entre le filtre 20 et le dispositif de détection 16, aucun phénomène de convection ne se produit à l'intérieur de l'espace 22. REVENDICATIONS 1. Pyranomètre, notamment pour la mesure du rayonnement solaire global, comprenant au moins deux filtres hémisphériques superposés de façon concentrique et englobant des moyens de détection sensibles au rayonnement traversant les filtres, caractérisé en ce que l'espace défini à l'intérieur du filtre hémisphérique interne englobant les moyens de détection est sous vide. 2. Pyranomètre selon la revendication 1, caractériséen ce que l'espace défini entre les filtres hémisphériques est également sous vide. 3. Pyranomètre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le filtre hémisphérique interne est scellé à sa base sur un support portant le dispositif de détection. ledit support étant traversé par au moins un tube de vidage refermé à demeure avant la mise en service du pyranomètre. 4. Pyranomètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre filtre hémisphérique est scellé à sa base sur un second support fixé de façon étanche sur un socle de référence portant également le support du dispositif de détectison