< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Вимірювання дифузного випромінювання. Піранометр з кільцеподібною стрічкою

Прилад для вимірювання дифузного випромінювання обладнаний вузькою кільцеподібною стрічкою, яка затінює детектор від прямого сонячного випромінювання. Однак ця стрічка повинна бути достатньо вузькою, щоб не заважати реєстрації дифузного випромінювання.

Кільцеподібна стрічка приєднана до електродвигуна для того, щоб слідкувати за рухом Сонця (рис. 12.3).

Піранометр з кільцеподібною стрічкою

Рис. 12.3. Піранометр з кільцеподібною стрічкою

Перед вимірюванням прилад орієнтують за полюсом Землі. Модифікації приладу дають можливість одночасно вимірювати пряме, дифузне та глобальне сонячне випромінювання.

Вимірювання глобального випромінювання. Піранометр

Глобальне випромінювання – це загальне короткохвильове випромінювання, що падає на одиницю площі горизонтальної земної поверхні. Воно включає пряме сонячне випромінювання і дифузне випромінювання, що виникає за рахунок відбитого або розсіяного на частинках атмосфери сонячного випромінювання.

Для вимірювання сонячного випромінювання, що потрапляє на горизонтальну поверхню з цілої півсфери (кут зору 2π ср), використовують піранометри. Термін "піранометр" походить від грецьких слів πύρ+άνω+μέτρον – вогонь+нагорі+міра. Піранометр містить зіркоподібний детектор (рис. 12.4), чутливими елементами якого є зафарбовані у чорний та білий колір термопари. Спектральний діапазон піранометра становить 0,3-3 мкм.

Теплі спаї розташовані під чорними поверхнями, які поглинають зовнішнє випромінювання, в той час як холодні спаї знаходяться під білими поверхнями. Чорні поверхні поглинають сонячне випромінювання інтенсивніше, ніж білі поверхні. Різниця

Піранометр з зіркоподібним детектором

Рис. 12.4. Піранометр з зіркоподібним детектором

температур між чорними і білими поверхнями має місце, коли на детектор діє сонячне випромінювання. Величина вихідного сигналу термопари пропорційна інтенсивності сонячного випромінювання.

Залежно від чутливості піранометри поділяють на класи: перший (±0,1 %); другий (±0,5 %) та третій (±1,0 %). Слід зазначити, що величина електрорушійної сили, індукованої сонячним випромінюванням на кінцях термопар, досягає 10 мВ. Для вимірювання таких величин потрібні чутливі інструменти – такі як електронні потенціометри. Крім того, піранометри слід встановлювати на відкритих місцях або платформах.

Перевагою термоелектричних приймачів є їх здатність давати відліки у будь-який ділянці спектра з постійною чутливістю. Прилади характеризуються високою лінійністю і дають відлік у абсолютних одиницях.

До недоліків належать невисока чутливість і велика інерційність. Прилади вимагають також частого контролю чистоти поверхні півсфер та якості осушувальної рідини між ними.

Вимірювання довгохвильового випромінювання. Піргеометр

Вимірювання довгохвильового випромінювання атмосфери та земної поверхні здійснюється за допомогою піргеометра, який являє собою піранометр, у якому скляні півсфери замінені на купол, що виконує функції інфрачервоного фільтра (рис. 12.5).

Піргеометр включає термоелемент, який оцінює сумарний радіаційний баланс між вхідним та вихідним довгохвильовим випромінюванням і перетворює його в напругу.

Сумарний довгохвильовий баланс можна записати як:

(12.1)

де – сумарне випромінювання на поверхні сенсора, Вт/м2; довгохвильове випромінювання атмосфери, Вт/м2; довгохвильове випромінювання земної поверхні, Вт/м2.

Спектральна область пропускання інфрачервоного фільтра становить 4,5-50 мкм, що обмежує короткохвильове сонячне випромінювання.

Для цього використовують поліетиленову плівку або інтерференційні фільтри. Крім того, термопари приладу не фарбують. Чутливість приладу дорівнює ± 10 %.

Вимірювання сумарного випромінювання. Піррадіометр

Для вимірювання сумарного випромінювання (коротко- та довгохвильового), що проходить крізь горизонтальну площину, використовують піррадіометри. Піррадіометр дає можливість визначити сумарний загальний потік випромінювання (сонячного, земної поверхні та атмосфери), який проходить через горизонтальну поверхню. Загальний вигляд піррадіометра наведено на рис. 12.6. Піррадіометр працює у діапазоні довжин хвиль 0,3-3,0 мкм.

Піргеометр

Рис. 12.5. Піргеометр

Принцип дії піррадіометра

Рис. 12.6. Принцип дії піррадіометра

Вимірювання альбедо. Альбедометр

Альбедо є часткою сумарного випромінювання, що відбивається природною поверхнею. Для вимірювання альбедо необхідно два піранометри – один направлений догори і вимірює сумарне випромінювання, інший – до земної поверхні і вимірює відбите випромінювання (рис. 12.7). Після вимірювань визначають відношення відбитого випромінювання до сумарного, тобто альбедо. Конструктивно альбедометр не відрізняється від піррадіометра; різниця полягає у функціях приладів: піррадіометр визначає сумарний потік, тоді як альбедометр – відношення потоків.

Вимірювання енергетичного балансу. Чотирикомпонентний сумарний радіометр

Для вимірювання енергетичного балансу між вхідним короткохвильовим та довгохвильовим випромінюванням відносно відбитого від поверхні короткохвильового та вихідного довгохвильового випромінювання застосовують чотириелементний сумарний радіометр, який складається з двох пар піранометрів та піргеометрів, направлених у протилежні сторони.

Вимірювання альбедо

Рис. 12.7. Вимірювання альбедо

Принцип дії чотирикомпонентного радіометра пояснюється на рис. 12.8, а загальний вигляд приладу наведено на рис. 12.9.

Принцип дії чотирикомпонентного радіометра

Рис. 12.8. Принцип дії чотирикомпонентного радіометра

Довгохвильове випромінювання (3,0-100 мкм) вимірюється двома піргеометрами, один із яких призначений для вимірювання інфрачервоного випромінювання атмосфери, а другий – для інфрачервоного випромінювання земної поверхні.

Чотирикомпонентний радіометр, що складається з двох пар піранометрів (зі сферичними вікнами) та піргеометрів (з плоскими вікнами)

Рис. 12.9. Чотирикомпонентний радіометр, що складається з двох пар піранометрів (зі сферичними вікнами) та піргеометрів (з плоскими вікнами)

Короткохвильове сонячне випромінювання (0,3-3,0 мкм) вимірюється двома піранометрами. Цю пару піранометрів використовують для оцінювання альбедо.

Прилад може вимірювати або кожну компоненту випромінювання окремо, або сумарне випромінювання.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >