БЛОК ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ РАДИОЗОНДА АЭРОЛОГИЧЕСКОГО

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в устройствах измерения температуры и влажности воздуха, в том числе в аэрологических радиозондах для измерения вертикальных профилей метеовеличин в атмосфере.
Блок первичных преобразователей температуры и влажности радиозонда аэрологического может быть применен в радиолокационных и навигационных системах радиозондирования атмосферы в составе малогабаритных радиозондов производящих измерение вертикальных профилей метеовеличин до высоты 40 км.
Известны первичный преобразователь температуры радиозонда МРЗ-3А на основе термистора ММТ-1 и первичный преобразователь влажности радиозонда МРЗ-3А на основе сорбционно-деформационного (пленочного) датчика (Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк СП., Радиозондирование атмосферы. - Екатеринбург: УрО РАН. 2004. 606 с).
Указанные первичные преобразователи были выбраны в качестве ближайших аналогов (прототипов).
Недостатком данных первичных преобразователей является то, что они расположены отдельно друг от друга и не достаточно отнесены от корпуса радиозонда, радиозонд во время подъема совершает колебательные движения и воздух, нагретый от элементов конструкции радиозонда, время от времени попадает на чувствительные элементы датчиков, ухудшая точность измерения метеопараметров. Прототипы имеют большую массу по сравнению с предлагаемой полезной моделью. Терморезистор ММТ-1 примененный в первичном преобразователе температуры имеет достаточно большой показатель тепловой инерции, что вносит искажения в температурный профиль, получаемый при радиозондировании. Наличие механических движущихся частей сорбционно-деформационного датчика влажности вызывает большую погрешность, связанную с вариацией выходного сигнала, также существенным недостатком этих датчиков является значительный разброс их электрических характеристик, формы и степени кривизны их характеристики преобразования.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения метеорологических величин, снижение влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения в верхних слоях тропосферы и стратосфере, повышение скорости измерения температуры, уменьшение разброса электрических характеристик датчика влажности, уменьшение полетной массы радиозонда.
Для решения поставленной задачи, предлагается блок первичных преобразователей температуры и влажности радиозонда аэрологического, содержащий датчики температуры и влажности, согласно полезной модели, отличающийся тем, что датчики температуры и влажности размещены на гибкой печатной плате соединенной с держателем под углом к вертикальной оси радиозонда, конструкция держателя обеспечивает расположение датчиков выше и в стороне от корпуса радиозонда, при этом датчик температуры выполнен в виде миниатюрного бусинкового термистора закрепленного в окне печатной платы, датчик влажности выполнен в виде емкостного элемента чувствительного к влажности с интегрированной микросхемой преобразователя емкость-напряжение.
Угол между печатной платой и вертикальной осью радиозонда составляет, например 45±15°.
Датчик влажности защищен от попадания атмосферных осадков защитным колпачком.
Датчик температуры, датчик влажности и печатная плата защищены светоотражающим покрытием.
Размещение датчиков на гибкой печатной плате позволяет минимизировать эффект проводимости тепла к датчикам от элементов крепления блока и снизить погрешность измерения температуры и влажности вызванной влиянием температуры корпуса радиозонда и элементов крепления блока, разогретыми в результате воздействия солнечной радиации в верхних слоях тропосферы и в стратосфере. Размещение датчиков температуры и влажности рядом на одной плате обеспечивает нахождение датчиков в одинаковых температурных условиях, это позволяет наиболее оптимально обеспечить температурную коррекцию влажности. Подобное размещение датчиков также уменьшает общую массу и габариты радиозонда.
Соединение печатной платы блока с держателем под углом к вертикальной оси радиозонда обеспечивает расположение датчиков выше и в стороне от корпуса радиозонда, это позволяет обеспечить беспрепятственный обдув датчиков в процессе подъема и исключить попадание воздуха, нагретого от контакта с элементами конструкции радиозонда, на чувствительные элементы датчиков.
Выполнение датчика температуры в виде миниатюрного бусинкового термистора позволяет уменьшить его показатель тепловой инерции, увеличить скорость реакции датчика на изменение температуры и уменьшить динамическую погрешность измерения температуры.
Размещение датчика температуры в окне печатной платы позволяет защитить его от механических повреждений в процессе транспортировки и эксплуатации.
Использование в качестве датчика влажности емкостного элемента, чувствительного к влажности с интегрированной микросхемой преобразователя емкость-напряжение позволяет исключить влияние емкости подводящих проводов на результат измерения влажности, уменьшает разброс электрических характеристик и обеспечивает высокую взаимозаменяемость датчиков, уменьшает габариты и массу.
Угол 45±15° между печатной платой и вертикальной осью радиозонда является оптимальным.
Наличие защитного колпачка датчика влажности позволяет защитить его чувствительный элемент от прямого попадания атмосферных осадков и солнечного излучения.
Наличие светоотражающего покрытия датчика температуры, датчика влажности и печатной платы позволяют уменьшить дополнительные погрешности вызванные влиянием прямой и отраженной от подстилающей поверхности солнечной радиацией, тепловым излучением земли и атмосферы.
В результате патентных исследований не выявлено аналогичных технических решений, характеризуемых заявленной совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение обладает «новизной», может найти применение в измерительной технике, т.е. является «промышленно применимым».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показано расположение блока датчиков относительно корпуса радиозонда 1, на фиг.2 показана гибкая плата с расположением датчиков температуры и влажности.
Блок содержит датчик влажности 7 с защитным колпачком 4 и датчик температуры 5 размещенные на гибкой печатной плате 3.
Датчик температуры расположен в окне 6 печатной платы 3 блока.
Печатная плата 3 блока соединяется с держателем 2 под углом 45±15° к вертикальной оси радиозонда 1.
В качестве датчика температуры используется например термистор СТ3-18, B57540G, B57540G1 или другие высокоомные бусинковые термисторы с малым показателем тепловой инерции. В качестве датчика влажности используются, например датчики серии НIH-5030, НIH-5031, НIH-4000 фирмы Honeywell или другие емкостные датчики со встроенным преобразователем емкость-напряжение.
Блок работает следующим образом. Датчик температуры преобразует температуру окружающего воздуха в сопротивление. Датчик влажности преобразует относительную влажность окружающего воздуха в напряжение. Статические характеристики преобразования датчиков температуры и влажности имеют аналитическое выражение в виде функции преобразования содержащей коэффициенты, которые определяются либо в процессе заводской градуировки либо приводятся к фиксированным значениям в процессе изготовления. Градуировочные коэффициенты фиксируются либо в этикетке на узел, либо прописываются в энергонезависимой памяти радиозонда.
Таким образом, заявляемый блок позволяет повысить точность измерения метеорологических величин, снизить влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения в верхних слоях тропосферы и стратосфере, повысить скорость измерения температуры, уменьшить разброс электрических характеристик датчика влажности и уменьшить полетную массу радиозонда.