Pirgeometre - Pyrgeometer

Bir pirgeometre örneği

Bir pyrgeometer bir cihaz olduğu ölçer yüzeye yakın enfraruj radyasyon spektrumu , yaklaşık 4.5 um ila 100 um dalga boyu spektrumunda.

Net enerji transferine duyarlı bir malzemedeki direnç / voltaj değişimlerini kendisi ile çevresi arasında oluşan radyasyonla (içeri veya dışarıda olabilir) ölçer. Kendi sıcaklığını da ölçerek ve çevresinin doğası hakkında bazı varsayımlar yaparak, radyasyon alışverişi yaptığı yerel atmosferin bir sıcaklığını çıkarabilir.

Bu cihazların genellikle spektral (frekans / dalga boyu) ölçüm yetenekleri yoktur - tek bir (frekans çözümlenmemiş) direnç / voltaj ölçümü kullanırlar. Yaklaşık 4,5 μm'den 100 μm'ye uzanan kızıl ötesi radyasyon spektrumuna duyarlı olacak şekilde inşa edilmişlerdir , böylece ana kısa dalga (güneş) spektrumunu hariç tutarlar.

Atmosferdeki ortalama serbest IR radyasyon yolu ~ 25 metre olduğundan, bu cihaz tipik olarak en yakın 25 metrelik katmanda IR akısını ölçer.

Pirgeometre bileşenleri

Ana bileşenleri gösteren bir pirgeometre örneği

Bir pirgeometre aşağıdaki ana bileşenlerden oluşur:

• 200 nm'den 100 μm'ye kadar geniş bir aralıkta radyasyona duyarlı bir termopil sensör
• Güneş paneli filtre kaplamalı bir silikon kubbe veya pencere. Güneş kısa dalga radyasyonunu ortadan kaldıran 4,5 μm ile 50 μm arasında bir geçirgenliğe sahiptir.
• Enstrümanın vücut sıcaklığını ölçmek için bir sıcaklık sensörü .
• Güneş radyasyonu nedeniyle aletin ısınmasını en aza indirmek için bir güneş kalkanı.

CGR 4 model pirgeometre için tipik birleşik pencere ve güneş jaluzi filtre geçirgenliği

Aşağı doğru uzun dalga radyasyon ölçümü

Atmosfer ve pirgeometre (aslında sensör yüzeyi) uzun dalgalı IR radyasyonu değiştirir. Bu, aşağıdakilere göre net bir radyasyon dengesi ile sonuçlanır:

${\ displaystyle \ E _ {\ mathrm {net}} = {\ E _ {\ mathrm {in}} - \ E _ {\ mathrm {çıkış}}}}$

Burada: - sensör yüzeyinde net radyasyon [W / m ² ] - Uzun dalga radyasyon atmosferi [W / m alınan ² ] - sensör yüzeyi tarafından yayılan Uzun dalga radyasyonu [W / m ² ]
${\ displaystyle E _ {\ mathrm {net}}}$
${\ displaystyle E _ {\ mathrm {in}}}$
${\ displaystyle E _ {\ mathrm {çıkış}}}$

Pirgeometrenin termopili , gelen ve giden uzun dalga radyasyon akısı arasındaki net radyasyon dengesini tespit eder ve aşağıdaki denkleme göre bunu bir gerilime dönüştürür.

${\ displaystyle \ E _ {\ mathrm {net}} = {\ frac {\ U _ {\ mathrm {emf}}} {S}}}$

Burada: - sensör yüzeyinde net radyasyon [W / m ² ] - termofil çıkış gerilimi [V] - hassasiyet / aletin kalibrasyon faktörü [V / W / m ² ]
${\ displaystyle E _ {\ mathrm {net}}}$
${\ displaystyle U _ {\ mathrm {emf}}}$
${\ displaystyle S}$

Değeri , aletin kalibrasyonu sırasında belirlenir. Kalibrasyon, üretim fabrikasında bölgesel bir kalibrasyon merkezine izlenebilir bir referans aletiyle gerçekleştirilir. ${\ displaystyle S}$

Mutlak aşağı doğru uzun dalga akısını elde etmek için, pirgeometrenin sıcaklığı hesaba katılmalıdır. Enstrümanın içinde, termopilin soğuk bağlantı noktalarının yakınında bir sıcaklık sensörü kullanılarak ölçülür . Pirgeometrenin siyah bir gövdeye yaklaştığı kabul edilir . Bundan dolayı, aşağıdakilere göre uzun dalga radyasyonu yayar:

${\ displaystyle \ E _ {\ mathrm {çıkış}} = {\ sigma T ^ {4}}}$

Burada: - yer yüzeyi tarafından yayılan Uzun dalga radyasyon [W / m ² ] - , Stefan-Boltzmann sabiti [W / (m ² .K ⁴ )] - Mutlak pyrgeometer detektör sıcaklığı [Kelvin]
${\ displaystyle E _ {\ mathrm {çıkış}}}$
${\ displaystyle \ sigma}$
${\ displaystyle T}$

Yukarıdaki hesaplamalardan gelen uzun dalga radyasyonu türetilebilir. Bu genellikle, Albrecht ve Cox'un sözde pirgeometre denklemini elde etmek için yukarıdaki denklemleri yeniden düzenleyerek yapılır.

${\ displaystyle \ E _ {\ mathrm {in}} = {\ frac {U _ {\ mathrm {emf}}} {S}} + {\ sigma T ^ {4}}}$

Tüm değişkenlerin önceki ile aynı anlama sahip olduğu yer.

Sonuç olarak, tespit edilen voltaj ve cihaz sıcaklığı, toplam küresel uzun dalga aşağı doğru radyasyonu verir.

Kullanım

Pirgeometreler meteoroloji , klimatoloji çalışmalarında sıklıkla kullanılmaktadır . Atmosferik uzun dalgalı aşağı doğru radyasyon, uzun vadeli iklim değişiklikleri araştırmaları için ilgi çekicidir.

Sinyaller genellikle milivolt aralığında yüksek çözünürlüklü numuneler alabilen bir veri kayıt sistemi kullanılarak tespit edilir.

Ayrıca bakınız

• Piranometre
• Radyometre

Referanslar