Что такое пиранометр: Пиранометр поможет контролировать солнечную радиацию

Содержание

Пиранометр поможет контролировать солнечную радиацию

В нашей памяти еще живы воспоминания об аварии на Чернобыльской АЭС и ее последствиях, а с экранов телевизоров нам с завидным постоянством говорят о вредных излучениях из космоса, которые могут стать причиной чуть ли не конца света.

Конечно, не все из перечисленного является абсолютной истиной, повышенное внимание к радиации можно объяснить скорее веянием моды, которая призывает нас к заботе об окружающей среде, экологии и пр. Тем не менее, не нужно забывать о том, что солнечная радиация оказывает огромное влияние на нашу жизнь. Она способствует почти каждому динамическому процессу на поверхности Земли и выше, от океанических течений и атмосферы до живых организмов. Точные долгосрочные измерения радиационного баланса на поверхности имеют основополагающее значение для понимания климатической системы Земли.

Измерение рассеянной и суммарной радиации производится с помощью пиранометра. Пиранометр GSM/O от производителя и разработчика FuehlerSysteme eNET International GmbH регистрирует 100% солнечного спектра в диапазоне от 380 нм до 2800 нм, охватывая, таким образом, UV (ультрафиолетовое излучение), VIS (видимое излучение) и часть IR (инфракрасного излучения).

«Суммарной радиацией» называют всю попадающую на поверхность Земли диффузную и солнечную радиацию. Рассеянная радиация имеет максимум в коротковолновой части спектра (этим и обусловлен голубой цвет неба) и эта особенность учтена конструкцией прибора. Спектральный диапазон включает в себя от коротковолновой области, с длиной волны 300 нм (ультрафиолет) до длинноволновой области, с длиной 5000 нм (инфракрасный). Результаты измерения, при сравнении с другими спектральными диапазонами, помогают анализировать важные медицинские и биологические взаимосвязи.

Пиранометр GSM/O от компании FuehlerSysteme eNET International GmbH может использоваться как для глобальных научных исследований в сфере метеорологии, гидрологии, исследованиях климата, солнечной энергии, охраны окружающей среды и тестирование материалов пр., так и для решения повседневных задач, например, для управления теплицами, автоматизации зданий и т.д.

Пиранометр — это очень хрупкий электронный оптический прибор. Корпус изготовлен из анодированного алюминия с УФ-куполом из выдутого оптического стекла. Прибор защищен от попадания воды и капель дождя. Небольшое добавление силикагеля служит для сушки внутренней части корпуса и защищает купол от запотевания.

Установку пиранометра следует проводить с большой осторожностью, поэтому лучше доверить это профессионалам, например, специалистам компании «вектор-Инжиниринг». Пиранометр крепится двумя шурупами М4 к площадке держателя (дополнительное оборудование ZM/O-70), он должен находиться на горизонтальной поверхности. Место установки должно быть выбрано таким образом, чтобы солнечная энергия соприкасалась с поверхностью сенсора в течение всего дня. Пиранометр нужно устанавливать горизонтально, чтобы проводить измерения во всех направлениях.

Для передачи данных необходимо использовать кабель. При соединении кабеля с пиранометром необходимо позаботиться о том, чтобы установочный паз кабельного разъема, при соединении, соответствовал пазу в розетке. Колпачковая гайка должна быть туго закреплена. Старайтесь максимально тщательно соблюдать все правила установки и дальнейшей эксплуатации прибора, чтобы полученные с его помощью данные были правильными и точными.

Электронно-оптическая часть пиранометра не требует технического обслуживания. Однако, если Вы сомневаетесь в корректности измерений, то ООО «Вектор-Инжиниринг» может помочь в проведении калибровки Вашего прибора (для калибровки прибор отсылается в Германию). Стеклянный купол и корпус следует чистить при необходимости мягкой влажной тряпкой дважды в год. Пожалуйста, используйте исключительно жидкие чистящие средства без абразивных добавок или растворителей. Чистка внешней поверхности должна осуществляться чистой водой или моющей жидкостью.

Пиранометр GSM/O разработан и произведен в Германии, что гарантирует максимально возможное качество. Он уникален по своим характеристикам и не имеет аналогов на территории РФ, однако приобрести ее на территории России можно, обратившись к официальному дистрибьютору FuehlerSysteme eNET International GmbH — ООО «Вектор-Инжиниринг». Компания ООО «Вектор-Инжиниринг» находится в г. Санкт-Петербурге, имеет штат технических специалистов, сервисную службу и окажет Вам поддержку по любому техническому вопросу.

Пиранометры/альбедометры

Принцип работы Пиранометра

Пиранометры — приборы для измерения солнечной радиации. Принцип работы устройств основывается на термоэлектрическом эффекте. При нагревании приемной поверхности солнечной радиацией в термобатарее возникает тока, сила которого измеряется гальванометром и пересчитывается в калории с помощью специального коэффициента.

Приборы относятся к группе актинометров и делятся на три вида:

  • собственно пиранометры;
  • альбедометры;
  • соляриметры.

Пиранометры служат для измерения рассеянной солнечной радиации, падающей на горизонтальные поверхности. Также приборы используются в определении параметров освещенности, создаваемой искусственными источниками оптического излучения. Пиранометры применяются в метеорологии, энергетике. Погрешность измерений в сутки составляет 2%, время отклика 5-10 с, температурный интервал от — 40°С до 80°С, температурная зависимость чувствительности около 1%.

Принцип работы альбедометра

Альбедометры — это приборы для измерения отраженной радиации, позволяющие определить плоское альбедо земной или какой-либо другой поверхности. Устройство представляет собой комплекс двух пиранометров. Одна приемная пластина направлена вверх и воспринимает освещающий солнечный поток, вторая — к земле и регистрирует рассеянное излучение. Пиранометры-альбедометры применяются в научных исследованиях, где требуется повышенная точность измерений. Приборы имеют быстрый отклик (5-18 сек), поле обзора 180°, широкий рабочий диапазон от —40°С до 80°С. Температурная зависимость чувствительности составляет менее 4%.

Соляриметры измеряют прямое и рассеянное (суммарное) солнечное излучение. Приборы отличаются незначительной 5% погрешностью, почти мгновенным откликом, широким температурным диапазоном для эксплуатации от —10°С до 50°С. Они применяются в метеорологических исследованиях, в энергетике для контроля тепловых установок и выбора оптимальной ориентации солнечных батарей.

Альбедометры, пиранометры Вы можете купить в Санкт-Петербурге (СПб), Москве, Казани, Нижнем Новгороде, Челябинске, Новосибирске, Екатеринбурге, Самаре, Омске, Уфе, Ростове, Перми, Воронеже, Волгограде и других городах России.

ПИРАНОМЕТР

Название прибора произошло от греческих слов руг — «огонь» и апо — «наверху», и слова «метр». Представляет собой устройство, предназначенное для измерения суммарной и рассеянной солнечной радиации, которая поступает на горизонтальную поверхность. Создал пиранометр геофизик Андерс Кнут Ангстрем, который занимался исследованиями изменения солнечной постоянной и солнечной активности, руководил Шведским бюро погоды, также был директором Шведского метеорологического и гидрологического института.

В конструкцию пиранометра включен экран, который затеняет устройство от прямых солнечных лучей, позволяя произвести измерения исключительно рассеянной радиации.

Термоэлектрическая батарея представляет собой последовательное соединение манганиновых и константановых полосок, при этом четные спаи обрабатываются сажей, нечетные спаи покрываются белой магнезией. Между спаями образуется разность температур, и происходит возбуждение термоэлектрического тока, находящегося в пропорциональной зависимости от падающей радиации. Замеры термоэлектрического тока производятся с помощью гальванометра. Для термобатареи предусмотрен стеклянный колпак, препятствующий попаданию в термобатарею инфракрасной радиации атмосферы, а также ветра и осадков. Абсолютные величины радиации, исследуемые пиранометром, сверяются с абсолютными величинами, полученными при помощи пиргелиометра.

Пиранометры используются для измерения интенсивности излучения волн.

Приборы оснащаются одним стеклянным куполом; термостолбиком, который изготовлен из вороненой стали; и корпусом, созданным из анодированного алюминия. Некоторые модели могут оснащаться двойным стеклянным куполом, вращательно-симметричным корпусом из оксида алюминия с встроенным термостолбиком, белым защитным экраном и креплениями для точного установления горизонтального положения. Диапазон рабочих температур от -40 до +80 °С.

Черно-белый пиранометр применяется для измерительных работ по исследованию интенсивности излучения при длине волны 300—3000 нм. Разработан прибор на основе нахождения разницы температур между белыми и черными поверхностями. Прибор обеспечивается специальным куполом, который блокирует воздействие температуры окружающей среды на показания пиранометра. Также предусмотрено оснащение системой креплений, позволяющих произвести точное горизонтирование.

Двойной пиранометр используется для измерения интенсивности излучения при длине волн 300—3000 нм, для нахождения поглощающей способности земной поверхности — альбедо, а также для определения коротковолнового радиационного баланса. Действие прибора основано на измерении разницы температур между белыми и черными поверхностями, которое обеспечивается специальным куполом, предотвращающим воздействие на показания двойного пиранометра температуры окружающей среды. Предусмотрена система крепления, отвечающая за точное горизонтирование. Прибор работает при температуре от -40 до +60 °С, погрешность прибора составляет не более ±3% от полученного значения.

  • Предыдущее: ПИПЕТКИ
  • Следующее: ПИРГЕЛИОМЕТР

Что такое пиранометр?

Пиранометр — это прибор, предназначенный для измерения мощности тепла и света от Солнца. Используемое преимущественно в метеорологических полях, солнечное излучение идентифицируется с помощью пиранометра, размещенного на плоской поверхности. Полный частотный спектр электромагнитного излучения, проецируемого Солнцем и получаемого на поверхность Земли, воздействует на датчики внутри устройства, который измеряет плотность колебаний в полном поле в 180 градусов, окружающих прибор.

Солнечный пиранометр работает путем измерения количества фотонов, небольших единиц света, которые со временем воздействуют на химическое или физическое устройство в приборе. Как правило, это наиболее полезно для определения длин волн ультрафиолетового и видимого света в спектре. Пиранометры, как правило, не имеют питания, так как каждый из компонентов системы либо непосредственно реагирует на солнечную радиацию, либо подвергается ее влиянию.

Большинство пиранометров на химической основе используют раствор фотореактивных и чувствительных к нагреву химических веществ, которые могут измерять общий уровень электромагнитного излучения. Само химическое вещество требует процесса, с помощью которого излучение можно определить по поглощенному свету. Это называется квантовым выходом и вызывает реакцию из-за недостатка света, что делает каждое химическое вещество полезным в пиранометре. Наиболее распространенные примеры химических веществ, используемых в этих приборах, включают ферриоксалат калия, монохлоруксусную кислоту и лейкоцианид малахитового зеленого.

Физические типы пиранометров включают болометры, термобатареи и фотодиоды. Болометры используют тонкий слой металла, прикрепленный к радиатору, который поддерживает постоянную температуру, позволяя устройству распознавать уровни солнечной радиации. Термобатареи преобразуют тепло в электричество через последовательно соединенные устройства, измеряя выходное напряжение для определения излучения. Фотодиоды используют аналогичную технику для преобразования света в ток или напряжение, что позволяет проводить измерения.

Уровень возможных измерений в пиранометре варьируется в зависимости от положения самого Солнца. Идеальные условия обеспечиваются Солнцем, находящимся прямо над головой, однако, определенные измерения могут проводиться под разными углами, пока определяется радиационное воздействие. Когда Солнце расположено под углом 90 градусов от инструмента, никакие измерения не могут быть выполнены. Нормальное поверхностное излучение, вызванное тем, что Солнце находится под углом от 0,5 до 60 градусов, может быть измерено пропорционально. Однако, когда Солнце достигает своего зенита, прямо над устройством, измерение является совершенно точным.

Большинство пиранометров оснащены стеклянным куполом для обеспечения надлежащих характеристик направления. Это ограничивает отклик в пределах от 300 до 2800 нанометров, идеальных параметров измерения. Это также имеет второстепенные цели в сохранении полного поля на 180 градусов и обеспечении безопасного экранирования.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Значение, Определение, Предложения . Что такое пиранометр

Пиранометр — определение, значение, синонимы, антонимы

Значение Викисловарь

Значение Википедия

  • пиранометр

    1. тип актинометра, используемый для измерения солнечной радиации, попадающей на поверхность

    2.

Источник: Викисловарь

  • Пиранометр (греч. πῦρ + άνω + μέτρον — огонь+наверху+мера) — тип актинометра, используемый для измерения солнечной радиации, попадающей на поверхность. Прибор специально разработан, чтобы измерять плотность потока солнечного излучения (то есть в ваттах на квадратный метр), исходящего со всей верхней полусферы. Стандартный пиранометр не требует электропитания.
    В качестве датчика пиранометра используются (в зависимости от измеряемого диапазона частот) либо термопары, покрашенные чёрной краской, либо фотодиод. Датчик помещается под прозрачный стеклянный или пластиковый колпак для защиты от внешнего воздействия.
    Пиранометры применяются в метеорологии, климатологии, а также в установках солнечных батарей. С их помощью иногда измеряют альбедо (то есть используют в качестве альбедометров).
    Разновидностью пиранометра является соляриметр — прибор для измерения суммарной солнечной радиации.

Источник: Википедия



На данной странице приводится толкование (значение) слова «пиранометр», а также синонимы, антонимы и предложения в которых содержится слово «пиранометр». Мы стремимся сделать толковый словарь English-Grammar.Biz, в том числе и толкование слова «пиранометр», максимально корректным и информативным. Если у вас есть предложения или замечания по поводу качеству значения слова «пиранометр», просим написать нам в разделе «Обратная связь».

Оптика для метрологии и климатологии


1. Защитные колпаки для пиранометров


Пиранометры предназначены для измерения солнечной радиации, падающей на поверхность Земли. Приборы специально разработаны, чтобы измерять плотность потока солнечного излучения (Вт/м2), исходящего со всей верхней полусферы.

Для защиты датчика прибора от ветра, осадков и длинноволновой радиации используется специальные защитные колпаки. ТИДЕКС производит защитные колпаки из кварца различных марок и стекла, покрытие на них не наносится. Типичные диаметры изделия составляют 30–50 мм, но возможно изготовление колпаков с размерами до 100 мм.

Защитные колпаки являются  оптикой узкого применения: они производятся на заказ в соответствии с требованиями производителей приборов.

Спецификация:

Тип элемента Колпак (обтекатель)
Материал Стекло, кварц
Диаметр, мм 32 (+0/-0.2)
Центральная толщина, мм 3.7 (±0.2)
Качество полировки, scr/dig 80/50

Пиранометры применяются в метеорологии, климатологии, мониторинге окружающей среды, исследованиях энергоэффективности. Приборы обеспечивают измерение солнечной радиации в диапазоне 0,3–3 мкм и соответствуют стандартам ISO 9060 и требованиям Всемирной метеорологической организации (WMO).

2. Фильтры для пиргеометров


Пиргеометр — это прибор для измерения эффективного излучения земной поверхности, т. е. разности между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы. Они работают в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах спектра.

Для отсечения короткой части спектра (<4,5 мкм) применяется фильтрующий элемент. ТИДЕКС производит фильтры из кремния в форме плоскопараллельного окна или менисковой линзы. На внутреннюю сторону наносится фильтрующее (solar-blind) покрытие, параметры пропускания которого могут варьироваться в диапазоне 4,5–45 мкм. С внешней стороны фильтр защищен алмазоподобным покрытием (DLC) от воздействия механических повреждений и влияния неблагоприятных климатических условий, в том числе, повышенной влажности.

Пиргеометры с фильтрами ТИДЕКСа прошли успешное тестирование в физико-метеорологической обсерватории города Давос (Швейцария).

Спецификация:

 

Тип элемента плоскопараллельное окно, менисковая линза
Материал Кремний
Диаметр, мм 31.8 (+0 / −0.2)
Толщина, мм 1.0 (±0.1)
Качество полировки, scr/dig 40/20
Покрытие DLC, solar-blind


Рис. 1. Спектр пропускания фильтра для пиргеометров.


3. Защитные колпаки с фильтрующим покрытием (фильтры нейтральной плотности)


Солнечное излучение должно быть правильно дозировано, чтобы камеры для наблюдения за небом корректно работали. В противном случае избыточный нагрев покрывающего колпака может повысить влажность, что приведет к появлению капель воды на внутренней поверхности колпака. Для решения этой задачи ТИДЕКС предлагает специальное покрытие, наносимое на колпак и позволяющее ослабить солнечный поток. Такое покрытие представляет собой фильтр нейтральной плотности.

Такое покрытие позволяет достичь пропускания около 1% (OD 2.0) по всему видимому спектру.

Спецификация:
Тип элемента  Колпак (обтекатель)
Материал Стекло, кварц
Диаметр, мм 76 (+0/-0.2)
Центральная толщина, мм 3.7 (±0.2)
Качество полировки, scr/dig 80/50
Покрытие фильтр нейтральной плотности

Рис. 2. Зависимость пропускания от угла падения.

4. Кварцевые рассеиватели

Оптические рассеиватели используются для управления диффузной областью освещения путем равномерного рассеивания излучения по мере его прохождения через оптический элемент. Эти рассеиватели могут быть использованы для достижения почти ламбертового распределения. Уровень диффузии тем выше, чем больше потери на рассеяние.

Спецификация:

Тип элемента плоскопараллельное окно, менисковая линза
Материал Специальный кварц
Диаметр, мм 19 (+0/-0.1)
Центральная толщина, мм 1.5 (±0.1)
Качество полировки, scr/dig 80/50


Для получения котировки заполните, пожалуйста, форму запроса с указанием интересующих Вас элементов.

Что подразумевается под «откликом с поправкой на косинус» пиранометра?

Я провел эксперимент, который включал размещение пиранометра на плоской поверхности и измерение солнечного излучения. В качестве пиранометра использовался Kipp & Zonen CMP3.

Освещенность 1 пропорциональна потому что( Z) потому что ⁡ ( Z ) , косинус зенитного угла Солнца Z Z (СЗА). SZA — это угол между вертикалью и солнцем.

Выход пиранометра пропорционален потому что( Z) потому что ⁡ ( Z ) ? Насколько я могу судить, прочитав руководство к этому пиранометру и заглянув в Интернет, да. В руководстве сказано

В идеале пиранометр имеет направленный отклик, точно такой же, как закон косинуса.

Тем не менее, маркер моего отчета говорит, что, поскольку стеклянный купол получает свет от 2 пи стерадиан, выход не зависит от потому что( Z) потому что ⁡ ( Z ) . Мне это кажется совершенно неправильным.

Вот что он сказал:

Пиранометр имеет 2 π 2 π поле зрения благодаря полусферическому стеклянному куполу.

Рассмотрим параллельный пучок, падающий на нормальную поверхность, с интенсивностью F0 F 0 . Когда луч направлен не перпендикулярно поверхности, интенсивность перпендикулярно поверхности уменьшается и составляет F0потому что( Z) F 0 потому что ⁡ ( Z ) . Отклик пиранометра с поправкой на косинус означает, что выходной сигнал пиранометра равен F0 F 0 для случая нормального падения и для случая, когда угол равен Z Z . Вот почему пиранометр имеет изогнутую поверхность.

Как указано в руководстве по пиранометру, эта поправка действительна до Z Z = 80 град. Вы неверно истолковали то, что в руководстве называется «отклик с косинусной коррекцией».

Насколько я могу судить, стеклянный купол служит просто для защиты плоского датчика термобатареи и имеет полусферическую форму, так что солнечные лучи перпендикулярны его поверхности и не возникает преломления. Выход, безусловно, связан с солнечными лучами, падающими на термобатарею, и, следовательно, зависит от SZA?

И какой смысл в пиранометре, выход которого не зависит от SZA? Несомненно, освещенность на поверхности является важной величиной, которую обычно пытаются измерить (чем ниже находится солнце в небе, тем меньше освещенность)?

1 Определяется как лучистый поток (мощность), получаемый поверхностью на единицу площади, измеряемый Википедией в ваттах на квадратный метр (Вт / м ^ 2) .

Что нужно знать

Если вы планируете использовать пиранометры в своем измерительном приложении, вы должны знать много вещей о них и о том, как они работают. Наличие этой информации поможет вам выбрать тип пиранометра, наиболее подходящий для данных, необходимых для вашего приложения.

Примечание: В связи с тем, что данная статья является основной, я не буду описывать, как измерять индивидуальное прямое или рассеянное солнечное излучение, или подробно обсуждать различные типы излучения.

Что такое глобальная солнечная радиация?

Наше солнце испускает излучение с длинами волн от 0,15 до 4,0 мкм, что называется солнечным спектром. Измерение солнечной радиации на Земле называется глобальной солнечной радиацией. Глобальное солнечное излучение, которое иногда называют коротковолновым излучением, является как прямым, так и рассеянным солнечным излучением , получаемым из полушария над плоскостью пиранометра.

Трудно найти на Земле экологический процесс, который прямо или косвенно не управлялся бы солнечной энергией.Следовательно, вполне вероятно, что глобальное солнечное излучение влияет на исследуемый вами процесс.

Кто измеряет глобальную солнечную радиацию и почему?

Глобальные измерения солнечной радиации используются в нескольких приложениях для разных целей:

  • Солнечная энергия, чтобы определить, насколько эффективно солнечные панели преобразуют солнечную энергию в электричество и когда панели необходимо чистить. Датчики, используемые для этой цели, обычно измеряют излучение в плоскости массива солнечных панелей.
  • Коммунальные предприятия для прогнозирования использования газа и электроэнергии
  • Исследования как один из параметров для прогнозирования или количественной оценки роста или производства растений
  • Сельское хозяйство, а также гольф и обслуживание парков как один параметр для прогнозирования использования воды растениями и планирования полива
  • Метеорология как один из факторов моделей прогнозирования погоды

Что такое пиранометр и для чего он нужен?

Пиранометр — это датчик, который преобразует глобальное солнечное излучение, которое он получает, в электрический сигнал, который можно измерить.Пиранометры измеряют часть солнечного спектра. Например, пиранометр CMP21 измеряет длину волны от 0,285 до 2,8 мкм. Пиранометр не реагирует на длинноволновое излучение. Вместо этого для измерения длинноволнового излучения (от 4 до 100 мкм) используется пиргеометр.

Пиранометры также должны учитывать угол солнечного излучения, который называется косинусоидальной характеристикой. Например, 1000 Вт / м 2 , полученная перпендикулярно датчику (то есть 0 ° от зенита), измеряется как 1000 Вт / м 2 .Однако 1000 Вт / м 2 , полученная под углом 60 ° от зенита, измеряется как 500 Вт / м 2 . Пиранометрам с диффузорами вместо стеклянных куполов требуются точные диффузоры для обеспечения правильного косинусного отклика.

Пиранометр с диффузором

Пиранометр со стеклянным куполом

В чем разница между пиранометром, сетчатым радиометром и пиргелиометром?

Существует несколько различных типов датчиков солнечного излучения, включая пиранометры, сеточные радиометры и пиргелиометры.

Сетевой радиометр измеряет входящую и выходящую коротковолновую радиацию с помощью двух пиранометров с термобатареями, а входящую и выходящую длинноволновую радиацию — с помощью двух пиргеометров. Эти четыре измерения часто являются частью энергетического баланса. Оценка энергетического баланса помогает нам понять, накапливается ли солнечная энергия в земле или теряется из-под земли, отражается, излучается обратно в космос или используется для испарения воды.

Радиометр сетчатый

Пиргелиометр состоит из чувствительного к излучению элемента, заключенного в кожух (коллимационная трубка) с небольшим отверстием, через которое проходят только прямые солнечные лучи.Излучение, отраженное от облака или частицы в воздухе, не проходит через это маленькое отверстие и коллимационную трубку к детектору. Чтобы проводить измерения в течение всего дня, пиргелиометр необходимо направить прямо на солнце с помощью солнечного трекера.

Пиргелиометр

Как пиранометр измеряет глобальную солнечную радиацию?

Наиболее распространенными типами пиранометров, используемых для измерения глобального солнечного излучения, являются термобатареи и кремниевые фотоэлементы (Tanner, B.«Автоматические метеостанции», 73-98). Эти типы пиранометров обсуждаются ниже вместе с их преимуществами и недостатками.

Совет: Вам потребуется подключить пиранометр к цифровому мультиметру или регистратору данных, запрограммированному для измерения мВ постоянного напряжения.

  • Если вы используете цифровой мультиметр, вам нужно будет самостоятельно преобразовать показания мВ в Вт / м 2 .
  • Если вы используете регистратор данных, вам необходимо настроить регистратор данных, чтобы выполнить преобразование.

На рынке также есть пиранометры, которые возвращают коротковолновое излучение (Вт / м 2 ) в цифровом формате. Для этого потребуется компьютер или регистратор данных для считывания строки последовательных данных (вместе с соответствующим интерфейсным кабелем данных и коммуникационным программным обеспечением).

Пиранометры с термобатареями

Пиранометры с термоэлементами

используют серию термоэлектрических переходов (множественные спайки двух разнородных металлов — принцип термопары) для обеспечения сигнала в несколько мкВ / Вт / м. 2 пропорционально разнице температур между черной поглощающей поверхностью и эталоном.Эталоном может быть белая отражающая поверхность или внутренняя часть основания датчика. Черная поверхность пиранометра с термобатареей равномерно поглощает солнечное излучение во всем солнечном спектре.

Солнечный спектр — это диапазон длин волн света, излучаемого солнцем. Голубые, белые, желтые и красные звезды имеют разные температуры и, следовательно, разные солнечные спектры.

Наше желтое солнце излучает излучение с длинами волн от 0,15 до 4,0 мкм. Пиранометр с термобатареей точно улавливает глобальное солнечное излучение, поскольку его специальная черная поглощающая поверхность равномерно реагирует на большую часть энергии солнечного спектра.Чувствительный элемент обычно заключен внутри одного или двух специальных стеклянных куполов, которые равномерно пропускают излучение к чувствительному элементу.

Преимущества пиранометров с термобатареями связаны с их широким использованием и точностью. Черная поверхность пиранометра с термобатареей равномерно поглощает солнечное излучение в коротковолновом солнечном спектре от 0,285 до 2,800 мкм (например, с пиранометром CMP6). Равномерный спектральный отклик позволяет пиранометрам с термобатареями измерять следующее: отраженное солнечное излучение, излучение внутри навесов или теплиц и альбедо (отраженное: падающее), когда два прибора развернуты как пара, обращенная вверх / вниз.

Хотя пиранометры с термобатареями могут быть наиболее точным типом датчиков коротковолнового солнечного излучения, они, как правило, значительно дороже пиранометров с кремниевыми фотоэлементами.

Пиранометры с кремниевым фотоэлементом

Пиранометры с кремниевым фотоэлементом вырабатывают выходной ток µA, аналогичный тому, как солнечная панель преобразует солнечную энергию в электричество. Когда ток проходит через шунтирующий резистор (например, 100 Ом), он преобразуется в сигнал напряжения с чувствительностью несколько мкВ / Вт / м 2 .Пластиковый диффузор используется для обеспечения равномерного косинусоидального отклика при различных углах солнечного света.

Спектральный отклик пиранометров с кремниевым фотоэлементом ограничен только частью солнечного спектра от 0,4 до 1,1 мкм. Хотя эти пиранометры собирают только часть коротковолнового излучения, они откалиброваны для обеспечения выходного сигнала, аналогичного показаниям датчиков термобатареи при ясном солнечном небе. Пиранометры с кремниевым фотоэлементом часто используются в любых условиях неба, но ошибки измерения выше при наличии облаков.Однородность спектра дневного света в большинстве условий неба ограничивает погрешность, как правило, менее чем ± 3%, с максимальной ошибкой ± 10%. Ошибка обычно положительная в облачных условиях.

Пиранометры с кремниевым фотоэлементом обычно в несколько раз дешевле пиранометров с термобатареями. Для исследователей окружающей среды точность пиранометров с кремниевым фотоэлементом часто бывает достаточной для их требований.

Недостатком пиранометров с кремниевым фотоэлементом является то, что их спектральный отклик ограничен меньшей частью солнечного спектра от 0.От 4 до 1,1 мкм. Эти пиранометры работают наилучшим образом, когда они используются для измерения глобальной солнечной радиации в тех же условиях ясного неба, которые использовались для их калибровки. Их не следует использовать внутри растительных навесов или теплиц, а также для измерения отраженного излучения.

Сравнение пиранометров

На следующем графике показано сравнение измеренного выходного сигнала недорогого пиранометра на кремниевых элементах и ​​эталонного датчика на термоэлементах с черным телом вторичного стандарта как в солнечные, так и в пасмурные дни:

Щелкните график, чтобы увеличить изображение.

Поскольку сенсор на кремниевых элементах калибруется в условиях ясного и солнечного неба, он точно соответствует высокопроизводительному сенсору в этих условиях. Однако, поскольку датчик на кремниевых элементах регистрирует только подвыборки коротковолнового солнечного излучения (от 0,4 до 1,1 мкм), при изменении условий неба возникают ошибки. Этот конкретный датчик сообщил о положительном отличии от эталона на 8% в пасмурный день.

Какие бывают классы пиранометров?

ВМО (Всемирная метеорологическая организация) установила Мировой радиометрический эталон (WRR) в качестве «коллективного стандарта».«WRR принимается как представляющий физические единицы общей освещенности с точностью до 0,3% (99-процентная неопределенность измеренного значения)». Все калибровки пиранометров восходят к WRR.

.

Не все пиранометры одинакового качества. ВМО (Всемирная метеорологическая организация) и Международная организация по стандартизации (ISO) установили три категории пиранометров для различных применений. В следующей таблице показаны категории пиранометров ВМО (Jarraud, M.«Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений», 233). Категории ISO, названные «вторичный стандарт», «первый класс» и «второй класс», близко соответствуют категориям ВМО, названным «Высокое качество», «Хорошее качество», и «Среднее качество».

Щелкните таблицу, чтобы увеличить изображение.

Есть несколько различий в спецификациях ВМО и ИСО. Например, стандарт ISO для солнечной энергии (ISO 9060) определяет спектральный диапазон.От 35 до 1,5 мкм, тогда как спектральный диапазон стандарта ВМО составляет от 0,30 до 3,0 мкм. Кроме того, вторичный стандарт ISO определяет спектральную чувствительность 3%, тогда как высококачественный ВМО определяет спектральную чувствительность 2%. На изображении таблицы выше ВМО указывает «Разрешение» и «Достижимая неопределенность», которые не упоминаются в стандарте ISO.

Заключение

Я надеюсь, что эта вводная статья помогла вам познакомиться с пиранометрами и их функциями. Я также надеюсь, что вы лучше понимаете тип пиранометра, который может быть наиболее подходящим для нужд вашего приложения. Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии по пиранометрам, разместите их ниже.

Источники: Ссылки, использованные при написании этой статьи, включают следующее:

  • Жарро, М. «Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений (ВМО-№ 8)». Всемирная метеорологическая организация: Женева, Швейцария (2014): 233.
  • ISO 9060: 1990 Солнечная энергия — Спецификация и классификация приборов для измерения полусферического солнечного излучения и прямого солнечного излучения, Международная организация по стандартизации, Женева, Швейцария.
  • Таннер, Бертран Д. «Автоматические метеостанции». Обзоры дистанционного зондирования 5, нет. 1 (1990): 73-98.

Что такое пиранометр? | CED Greentech

Пиранометр — полезный, интересный и увлекательный инструмент для солнечных интеграторов.

Что такое пиранометр?

Пиранометр — это устройство, используемое для измерения освещенности, достигающей поверхности земли. Как и в случае с почти любым типом измерительных устройств, существует широкий диапазон пиранометров, от очень сложных и дорогих устройств до довольно недорогих простых устройств.В этой статье мы рассмотрим два типа термобатареи и фотоприемника.

Прежде чем обсуждать два различных типа, важно упомянуть желаемый косинусоидальный отклик пиранометров на интенсивность падающего излучения на горизонтальной поверхности. Отклик косинуса возникает, когда измеренная интенсивность падающего излучения прямо пропорциональна косинусу зенитного угла Солнца. Зенитный угол — это разница между точкой, находящейся прямо над головой, 90º, и углом возвышения солнца.Следовательно, желаемый отклик пиранометра в ясный день будет максимальным в солнечный полдень, когда солнце находится прямо над головой (или в его самой высокой точке), и меньше всего в сумерках и на рассвете, когда солнце находится на горизонте.

Прежде всего, это пиранометр на термобатареи. Этот тип пиранометра принимает форму классического НЛО — см. Изображение ниже. Он в основном используется в лабораторных и научных исследованиях, где требуются целостность и точность данных. Устройства высочайшего качества в этой группе способны обнаруживать спектр атмосферного солнечного излучения от 300 до 4000 нм.

Пиранометр с термобатареей, как следует из его названия, использует термобатарею, набор термопар, для определения разницы температур между двумя поверхностями. Поверхности помечены как активные (горячие) и контрольные (холодные) соответственно. Горячая поверхность — это горизонтальная черная поверхность, обращенная к небу. Холодная поверхность, в зависимости от сложности пиранометра, варьируется от второй контрольной термобатареи до корпуса самого пиранометра.

Для защиты черной поверхности от воздействия окружающей среды используется стеклянный или кварцевый купол с одинарной или двойной изоляцией. Этот купол устраняет пыль, влагу, ветер и другие элементы, которые могут вносить изменения в определение освещенности.

Как это работает?

Просто по мере того, как черная поверхность поглощает солнечное излучение, ее температура повышается. Это повышение температуры, которое прямо пропорционально интенсивности падающего излучения, достигающего черной поверхности, вызывает напряжение в термобатареи.Измеряется выходное напряжение и записывается коррелированное значение энергетической освещенности.

Второй тип, фотодетекторный пиранометр, использует полупроводники для измерения интенсивности излучения, достигающего земной поверхности. Эти пиранометры не регистрируют полный спектр солнечного излучения атмосферы. Вместо этого они ограничены диапазоном примерно от 350 до 1100 нм с пиком отклика между 900 и 1100 нм. Детектирующим элементом является фотодиод, который реагирует на количество солнечного излучения выходным током.В отличие от термобатареи, которая пропорционально реагирует на интенсивность излучения, фотодиод требует преобразования сигнала для правильной корреляции освещенности с выходным сигналом. Таким образом, измерения пиранометра с фотодетектора считаются приблизительными. На изображении ниже изображен пиранометр с фотодетектором.

На данный момент совершенно очевидно, что пиранометры полезны в солнечной промышленности. Во-первых, пиранометры использовались на протяжении десятилетий, предоставляя нам огромное количество данных об освещенности.Именно на основе этих данных мы разработали модели, которые описывают различное количество доступной инсоляции на поверхности земли. Пиранометры постоянно используются для сбора конкретных местных данных для определения потенциальных солнечных участков. Они предлагают огромную поддержку в поиске и устранении проблемных массивов. И данные, собранные с помощью этих устройств, можно сравнить с активными солнечными проектами, чтобы проверить и гарантировать производительность проекта.

Пиранометры

легко доступны и легко устанавливаются.Выйдите и возьмите один для своего ремня с инструментами и получайте удовольствие от данных.

Что такое солнечный пиранометр?

Глобальная освещенность — это количество лучистой энергии (электромагнитного излучения солнца) на плоской поверхности. Важно измерить освещенность, чтобы знать, сколько энергии в солнечном проекте потенциально может быть получено от Солнца. Энергия излучения измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт / м 2 ). Пиранометр предназначен для измерения этой освещенности со всех сторон.

Дмитрий Подольский, коммерческий директор производителя пиранометров Kipp & Zonen, сказал, что данные об освещенности имеют решающее значение на всех этапах проекта солнечной энергетики. «Еще до строительства электростанции рекомендуется использовать пиранометр для поиска оптимального местоположения», — сказал он. «Для проектирования солнечной энергетической системы с оптимальной производительностью необходимо знать, сколько энергии она будет получать от солнца». Например, солнечная установка с номинальной мощностью 1 МВт будет производить разное количество энергии (кВтч) в зависимости от солнечного ресурса, доступного в месте.Инвесторам требуются надежные банковские данные о солнечной радиации для технико-экономических обоснований и уменьшения неопределенности в отношении выполнения проекта. Поэтому Подольский пояснил, что мониторинг освещенности важен для надежной оценки рентабельности солнечного проекта.

Кроме того, данные об освещенности, такие как соотношение между прямым и рассеянным излучением на месте, также важны при выборе технологии производства солнечной энергии (например, PV, CPV или CSP) или технологий стеллажей (например, фиксированных или отслеживающих панелей).Прямое солнечное излучение — это скорость солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли от прямого луча Солнца в плоскости, перпендикулярной ему, и измеряется устройством, установленным на солнечном трекере, называемом пиргелиометром. Трекер следует за солнцем, чтобы убедиться, что луч направлен внутрь устройства. Рассеянное солнечное излучение — это скорость поступления солнечной энергии в горизонтальной плоскости на поверхность Земли, когда лучи Солнца рассеиваются атмосферой. Пиранометр измеряет это с помощью стеклянного купола, затененного от солнечного луча.

На действующей солнечной электростанции пиранометр измеряет солнечную энергию, поступающую в систему, а измеритель мощности измеряет, какую электрическую мощность он производит. Знание этих двух значений в любой момент позволяет рассчитать коэффициент производительности (PR) солнечной установки. PR является важным параметром, который может указать, хорошо ли работает солнечная установка или есть такие проблемы, как загрязнение, затенение, короткие замыкания или деградация модуля.

Существует два типа пиранометров: пиранометры с термобатареями и полупроводниковые пиранометры.По словам Подольского, пиранометр с термобатареей — это «настоящий» пиранометр, который фактически измеряет общее количество излучения на поверхности. В нем есть термобатарея (устройство, преобразующее тепловую энергию в электрическую) с сильно поглощающей свет черной краской, которая одинаково поглощает все солнечное излучение. Это создает разницу температур между черной поверхностью датчиков и корпусом прибора и приводит к небольшому напряжению на датчике, которое можно измерить и преобразовать в Вт / м 2 .Однако в полупроводниковом или кремниевом пиранометре используется фотодиод (устройство, преобразующее свет в ток) для создания электрического сигнала от поступающего солнечного излучения. Недостатком кремниевого пиранометра является то, что его спектральная чувствительность ограничена, что означает, что он просто не видит весь спектр Солнца. Неудивительно, что это может привести к ошибкам измерений.

Пиранометры с термобатареями

можно разделить на три класса, определенных стандартом ISO 9060, который указывает на их точность: второй класс, первый класс и вторичный стандарт.Подольский сказал, что пиранометры среднего класса лучше всего подходят для солнечной энергетики. «Пиранометры вторичного стандарта являются наиболее точными и обычно используются для высококачественного измерения солнечной радиации на метеостанциях и проектах солнечной энергетики из-за их долгосрочной стабильности и низкого уровня ошибок», — сказал он.

Пиранометр обеспечивает аналоговый выход напряжения, но Подольский добавил, что некоторые пиранометры доступны с интеллектуальным интерфейсом и предлагают стандартный промышленный выход (4-20 мА и 0-1 В) в дополнение к цифровому выходу Modbus RS485.

Пиранометр может быть установлен отдельно или в составе метеостанции. «Часто на большой солнечной электростанции вы найдете одну или несколько метеорологических станций, которые измеряют важные погодные параметры, такие как температура, относительная влажность, скорость и направление ветра, а также солнечное излучение», — сказал Подольский. «Вы также найдете несколько пиранометров, установленных рядом с фотоэлектрическими панелями и под тем же углом, чтобы локально контролировать глобальную наклонную освещенность, также называемую освещенностью в плоскости решетки (POA).«Излучение POA, получаемое наклонными фотоэлектрическими панелями, частично включает в себя излучение, отраженное от земли, а также излучение солнца и неба. Измерения, сделанные пиранометрами, можно сравнить с моделями, которые рассчитывают освещенность антенной решетки с неба в различных условиях. Этот шаг имеет решающее значение для эффективного моделирования общей производительности проектов солнечной энергетики.

Как работают пиранометры | Сравнение термобатарей и солнечных батарей

Как работают пиранометры | Сравнение термоэлементов и солнечных батарей Рекламное объявление

Говорят, Солнце светит праведникам — и если вы хотите точно знать, насколько вы праведны, вам лучше вложить деньги в пиранометр ! Эти широко используемые метеорологами и климатологами странно выглядящие инструменты измеряют количество солнечного света попадание на поверхность Земли в определенном месте и в определенное время. Как они Работа? Давайте посмотрим внимательнее!

На фото: восход солнца сквозь стеклянный купол пиранометра. Фото Стива Уилкокса любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE / NREL).

Что такое пиранометр и для чего он нужен?

Фото: Солнечный свет постоянно меняется от теоретического минимума на восходе (как здесь) и на закате до теоретического максимума в полдень. Но как это измерить точнее?

Если вам не повезет жить в тропическом раю, вы, вероятно, увидите совсем немного меньше Солнца, чем вам хотелось бы. Земля вращается вокруг Солнца и на в то же время вращается по наклонной оси, поэтому мы получаем вариации в солнечного света на нашей планете каждый час дня и каждый день год.По сути, это то, что дает нам времена года и климат.

Теперь предположим, что вам нужно было сравнить, сколько солнечного света разные места получают. Как бы вы это сделали? Вы могли бы отдохнуть целый день на солнышке в разных местах и ​​посмотри, как ты смуглый. получить, но если вы не нанесете обильное количество солнцезащитного крема, это быть очень опасным — и это не совсем научно! Что о подключить небольшую солнечную панель к счетчику электроэнергии? Ты мог бы возите панель с собой по миру, измерьте сколько электричество, которое он генерирует в каждом месте, и использовать его для сравнения количество солнечного света.

Очень грубо говоря, вот что такое пиранометры. делаю — хотя они работают более точным и научным способом. Они измеряют солнечную радиацию, падающую на горизонтальную поверхность. поверхность в ваттах (количество энергии, получаемой каждую секунду) на квадратный метр. Технически это известно как инсоляция .

График: Как меняется инсоляция в разное время суток в течение года. Здесь явно больше всего солнечного света летом (красный) и меньше всего зимой (серый), с умеренным количеством осенью / осенью и весной.Общая солнечная энергия (площадь под кривыми) летом намного больше как из-за того, что дни длиннее, так и из-за того, что солнце находится «выше» в небе (больше инсоляция).

Солнечный свет может выглядеть желтым, но на самом деле он состоит из очень широкого спектра электромагнитное излучение с длиной волны около 280 нанометров (нм, которые составляют миллиардные доли метра) примерно до 4000 нанометров. Это включает как видимые «белый свет» (знакомый спектр радуги от красного до оранжевого вплоть до индиго и фиолетового) и невидимого электромагнитного излучение, в том числе ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное (ИК).Несмотря на то что наши глаза не могут видеть большую часть этого света, пиранометры делают все возможное, чтобы обнаружить как можно больше, потому что все это считается солнечным светом.

Фото: важно помнить, что солнечный свет содержит спектр световых волн различной длины, в том числе те, которые мы не видим. Различные пиранометры могут давать очень разные результаты, потому что они измеряют разные части спектра. В то время как хорошие пиранометры с термобатареями измеряют практически весь спектр, пиранометры на основе микросхем измеряют гораздо более узкий диапазон длин волн.

Если вы хорошо владеете греческим, то знаете, что пир означает огонь, ано указывает на что-то наверху, а метр предлагает измерение, поэтому пир-аномер измеряет «огонь сверху». выше «- иными словами, солнечный свет. Вообще говоря, есть два различные виды пиранометров. Хотя они выполняют ту же работу, но работают в очень разные способы. Пиранометры термобатарейного типа измеряют солнечный свет по выделяемому им теплу; пиранометры чип-типа измерять солнечный свет по вырабатываемому им электричеству.

Рекламные ссылки

Пиранометры с термобатареями

Самые лучшие пиранометры относятся к категории лабораторных, исследовательских, эталонных, вторичных. стандартного (ISO) или высокого качества (WMO).Инструменты чуть меньшего размера описываются как первоклассные (ISO) или хорошего качества (WMO), а второй класс (ISO) — следующий лучший сорт.

Типичный пиранометр лабораторного класса по сути представляет собой термобатарею (набор термопары, возможно, 50–100 в лучших приборах), установленные на черный угольный диск, который вырабатывает электричество в зависимости от температуры он попадает (сколько на него падает солнечная радиация).

На фото: пиранометр спокойно выполняет свою работу, измеряя солнечную радиацию.Обратите внимание на двойное стекло в куполе и выходящий сбоку водонепроницаемый кабель, который передает электрические сигналы, соответствующие силе солнечного излучения, на компьютер. Фото Стива Уилкокса любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE / NREL).

Но это еще не все! Ученые серьезные люди, которым нравится быть уверенным, что когда они что-то измеряют, другие вещи не мешают и не портят их данные.Так Пиранометры обладают некоторыми дополнительными функциями. Наиболее заметно купол из одного или двух слоев шлифованного и полированного оптического стекла или акриловый пластик, покрывающий термобатарею, который удаляет воздух движения и грязь, которые могут повлиять на измерения (изогнутые внешняя поверхность также обеспечивает быстрое падение дождевых капель). Маленький, сменный картридж с силикагелем (или другим осушителем) внутри пиранометр поглощает росу. Поскольку пиранометр обычно находится снаружи в открытое положение, его корпус должен быть сделан из чего-то вроде закаленный, нержавеющий, анодированный алюминий.Обычно бывает встроенный спиртовой уровень, поэтому вы можете быть уверены, что ваш пиранометр плоский (хотя некоторые из них также предназначены для использования на наклонных поверхностях).

Когда солнечный свет падает на пиранометр, датчик термобатареи производит пропорциональный ответ обычно через 30 секунд или меньше: чем больше солнечного света, тем горячее становится датчик и тем больше электрический ток, который он генерирует. Термобатарея предназначена для точно линейный (так что удвоение солнечной радиации дает вдвое больше большой ток), а также имеет направленную реакцию: он производит максимальная мощность, когда Солнце находится прямо над головой (в полдень) и ноль вывод, когда Солнце находится на горизонте (на рассвете или в сумерках).Это называется косинусоидальным откликом, потому что электрический сигнал от пиранометра изменяется в зависимости от косинус угла между солнечными лучами и вертикалью.

Как работает пиранометр термоэлементного типа?

Вот что вы найдете внутри действительно качественного пиранометра, в котором для измерения солнечной радиации используется термобатарея:

  1. Внешний купол из полусферы из оптического стекла.
  2. Внутренний купол из оптического стекла меньшего размера.
  3. Черный угольный диск (освещенный Солнцем) поглощает широкий диапазон длин волн солнечного излучения и действует как чувствительный элемент.
  4. Во-вторых, управляющий диск (не освещенный Солнцем) действует как элемент сравнения и компенсации. Любые источники повышения температуры, кроме солнечного тепла (возможно, кондиционер, расположенный поблизости), будет нагревать оба диска одинаково, поэтому мы можем быть достаточно уверены, что разница между двумя дисками (и повышение температуры, которое мы измеряем) вызвано только солнце.
  5. Датчик температуры термоэлемента сравнивает превышение температуры двух дисков.
  6. Выходной кабель (обычно длиной около 10 м или 30 футов).
  7. Сменный картридж с силикагелем (осушитель) поглощает влагу и предотвращает образование росы в холодные ночи.
  8. Регулируемые винтовые ножки позволяют выровнять пиранометр с помощью встроенного высокоточного спиртового уровня, чувствительного к доля градуса (не показана на этой диаграмме).

Пиранометры на солнечных батареях

Фото: вы можете использовать небольшие фотоэлектрические солнечные элементы, подобные этим, для измерения солнечной радиации.

Не во всех пиранометрах используются термобатареи. Вы также можете приобрести менее сложные (и значительно более дешевые) пиранометры на солнечных элементах , основанные на светочувствительных полупроводниковых чипах, которые дают более приблизительные измерения. Лучшие пиранометры с термобатареями спроектированы так, чтобы более или менее одинаково реагировать на значительную полосу приходящих длин волн света (это иногда называют откликом с плоской длиной волны). Меньшие пиранометры на основе микросхем этого не делают. Их главный недостаток в том, что они не реагируют линейно на широкий диапазон солнечного излучения, но только в ограниченном диапазоне длин волн; так что пока качественный пиранометр может измерять длины волн от 280 до 2800 нанометров, версия с солнечными батареями может реагировать на длины волн в гораздо большей более узкая полоса примерно от 300 до 1100 нм (с пиком в инфракрасной области примерно от 800–1100 нм).Но если вы не делаете действительно подробные измерения в лаборатории, которые могут идеально подойти для ваших нужд.

Как работает пиранометр в виде чипа?

Вот внутренняя часть типичного недорогого пиранометра, в котором вместо термобатареи используется светочувствительный чип. Это рисунок реального пианометра, созданного в 1990-х годах изобретателями Дэвидом и Артуром Бобьенами как недорогой прибор для измерения, в частности, ультрафиолетовой части спектра. В нем используется простой фотодиод (светочувствительный чип), установленный в герметичном корпусе, с фильтрами и люминофором над фотодиодом, ограничивающими прохождение света до той части спектра, которую мы хотим измерить.Я раскрасил и пронумеровал исходную диаграмму и упростил объяснение, чтобы облегчить понимание.

Изображение: Рисунок из патента США № 5,331,168: Пиранометр эталонного класса с солнечным ультрафиолетовым диапазоном, сделанный Дэвидом и Артуром Бобиенами, любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

  1. Купол из полусферы из стекла или кварца, предназначенный для передачи солнечного излучения на датчик одинаково хорошо от под любым углом к ​​Солнцу.
  2. Внешний корпус, обычно сделанный из жесткого термопласта, обеспечивает изоляцию от тепла и электрических помех.
  3. Центральная часть пиранометра, куда проникает солнечный свет и где производится измерение.
  4. Фильтр ограничивает диапазон входящего и измеряемого солнечного излучения. Этот пиранометр предназначен для измерения УФ-свет, поэтому этот фильтр и фильтр под ним предназначены для ограничения длины волны света, проходящего через детектор.
  5. Люминофор поглощает поступающее излучение с определенной длиной волны (в данном случае ультрафиолет-B) и повторно излучает излучение с другой длиной волны, к которой чувствителен фотодиод (в данном случае зеленый свет).
  6. Второй фильтр пропускает только свет, производимый люминофором.
  7. Алюминиевый цилиндр обеспечивает центральную опору для других компонентов. Для повышения точности измерений можно поддерживать точно контролируемую температуру с помощью миниатюрного нагревателя (не показан).
  8. Фотодиод
  9. измеряет солнечное излучение (или, точнее, солнечное излучение, прошедшее через фильтры и преобразованное люминофором). Фотодиод выбирается очень тщательно, поэтому он реагирует только на диапазон солнечного света, который мы хотим измерить.
  10. Усилитель
  11. увеличивает выходную мощность фотодиода, поэтому его легче обнаружить.
  12. Потенциометр регулирует мощность сигнала.
  13. Второй усилитель.
  14. 12-вольтовая аккумуляторная батарея питает усилители и обогреватель.
  15. Выходной провод.
Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Статьи

Видео

Другие полезные ресурсы

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2019) Пиранометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-pyranometer-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Пиранометры — обзор | Темы ScienceDirect

Измерение потоков

Для потоков излучения стандартным методом является измерение напряжения, генерируемого термобатареей, подвергающейся воздействию падающего излучения. Пиранометр, установленный в карданном подвесе для использования на корабле или буе, используется для измерения входящего коротковолнового излучения (рис. 1).Для большей точности прямую и диффузную составляющие следует определять отдельно, но в настоящее время над морем это делается редко. Отраженное коротковолновое излучение обычно рассчитывается с использованием табличных значений альбедо для различных возвышений Солнца. Пиргеометры, используемые для длинноволнового излучения, похожи на пиранометры, но имеют купол с покрытием для фильтрации коротковолнового излучения. Для них использование подвесов менее важно, но требуется ясный обзор неба и корректировка температуры купола и утечки коротких волн.Опять же, обычно измеряется только нисходящая составляющая; восходящая составляющая рассчитывается на основе температуры и коэффициента излучения морской поверхности.

Рисунок 1. Пиранометр, используемый для измерения коротковолнового излучения. Термобатарея закрыта двумя прозрачными куполами.

Фотография любезно предоставлена ​​Саутгемптонским океанографическим центром.

Турбулентные потоки могут быть измерены непосредственно в приземной атмосфере с использованием метода вихревой корреляции. Например, если воздух, движущийся вверх в турбулентных водоворотах, в среднем теплее и влажнее, чем воздух, движущийся вниз, то имеется восходящий поток явного тепла и водяного пара, а, следовательно, также скрытого тепла.Точно так же поток количества движения может быть определен из корреляции между горизонтальными и вертикальными флуктуациями ветра. Точные измерения корреляции вихрей над океаном затруднены. Поскольку большой диапазон размеров вихрей может влиять на поток, быстродействующие датчики, способные производить выборку с частотой 10 Гц или более, должны подвергаться воздействию в течение периодов порядка 30 минут для каждого определения потока. Для приборов, установленных на буй или судне, шесть компонентов движения, вызванного волной, должны быть измерены и удалены в процессе обработки сигнала.Искажение как турбулентности, так и среднего ветра судном, буем или стационарной вышкой должно быть минимизировано и, по возможности, исправлено. В то время как трехкомпонентные ультразвуковые анемометры (рис. 2) относительно надежны, датчики для измерения колебаний температуры и влажности ранее были хрупкими и в морской атмосфере были подвержены загрязнению частицами соли и морскими брызгами. Усовершенствованная акустическая термометрия и приборы для измерения водяного пара, использующие микроволновую рефрактометрию или дифференциальное инфракрасное поглощение, являются относительно недавними разработками.Таким образом, измерения корреляции вихрей над океаном обычно не проводятся; они скорее используются в экспериментах по взаимодействию воздуха и моря для калибровки других методов оценки потока.

Рисунок 2. Чувствительная головка трехкомпонентного ультразвукового анемометра. Составляющие ветра определяются по разному времени прохождения звуковых импульсов в любом направлении между шестью керамическими преобразователями.

Фотография любезно предоставлена ​​Саутгемптонским океанографическим центром.

В методе инерционной диссипации флуктуации ветра, температуры или влажности в несколько герц измеряются и связываются с потоками посредством теории турбулентности.Этот метод менее чувствителен к искажению потока или движению платформы, но основан на различных предположениях относительно образования и рассеяния турбулентных величин, которые не всегда могут быть верными. Он был реализован на некоторых исследовательских кораблях для увеличения диапазона доступных данных о потоках.

Объемные (аэродинамические) формулы являются наиболее часто используемым методом оценки потока. Поток определяется из разницы между температурой, влажностью или ветром на некоторой высоте измерения, z , и значением, которое предполагается существующим на поверхности моря — соответственно, температура поверхности моря, влажность насыщения 98% (чтобы учесть влияние солености. ) и нулевой ветер (или любое другое течение воды, не вызванное ветром).Таким образом, поток F x некоторой величины x задается уравнением [1], где ρ — плотность воздуха, а U z — скорость ветра на высоте измерения. .

[1] Fx = ρUzCxz (xz − x0)

Хотя они кажутся интуитивно правильными (например, обдув горячего напитка охладит его быстрее), эти формулы также можно вывести из теории турбулентности. Значение коэффициента передачи C xz характеризует как шероховатость поверхности, применимую к x , так и соотношение между F x и вертикальным профилем x .Коэффициент передачи зависит от стабильности атмосферы, которая сама зависит от количества движения, явного тепла и потоков водяного пара, а также от высоты измерения. Таким образом, хотя это может показаться простым, уравнение должно быть решено путем итераций, инициализированных с использованием эквивалентного нейтрального значения C xz на некоторой стандартной высоте (обычно 10 м), C x 10n . Типичные нейтральные значения показаны в таблице 1.

Таблица 1. Типичные значения (с оценкой неопределенности) коэффициентов передачи.Ни формула низкой скорости ветра для C D10n , ни скорость ветра, ниже которой она должна применяться, не могут быть четко определены имеющимися, очень разрозненными экспериментальными данными. Его следует рассматривать просто как показатель того, что при низких скоростях ветра шероховатость поверхности увеличивается по мере уменьшения скорости ветра

Поток Коэффициент передачи Типичные значения
Моментум Коэффициент сопротивления, С D10n 0.61 (± 0,05) + 0,063 (± 0,005) U 10n ( U 10n & gt; 3ms −1 )
0,61 + 0,57 / U 10n ( U 10n & lt; 3 мс −1 )
Явное тепло Номер Стэнтона, C h20n 1,1 (± 0,2) × 10 −3
Скрытое тепло Число Дальтона, C E10n 1.2 (± 0,1) × 10 −3

Многие исследовательские проблемы остаются. Например: увеличение C D10n при более высоких скоростях ветра должно зависеть от меняющегося состояния моря, но может ли последнее быть успешно охарактеризовано отношением преобладающей скорости волны к скорости ветра (возрастом волны) или факторами например, высота и крутизна волны, или требуется полное спектральное представление волнового поля? Каковы эффекты волн, распространяющихся из других регионов под разными углами к ветру (т.э., волны зыби)? Каково точное поведение C D10n в условиях низкой скорости ветра? Поскольку C E10n и C h20n не очень хорошо определены доступными экспериментальными данными, недавние реализации объемных алгоритмов использовали теоретические модели поверхности океана (известные как теория обновления поверхности) для предсказания этих величин на основе длины шероховатости импульса. .

Определение пиранометра по Merriam-Webster

пира · ном · е · тер | \ ˌPirəˈnämətə (r), ˌpīr- \

: прибор для измерения излучения от неба путем сравнения теплового эффекта такого излучения на двух почерневших металлических полосах с эффектом, создаваемым в тех же полосах при нагревании с помощью электрического тока.

Пиранометр

Apogee | Environmental Resources Engineering

Пиранометр — это прибор, используемый для измерения количества солнечной радиации (мощности), производимой солнцем в определенном месте.

Датчик пиранометра Apogee

Описание:

Эти устройства компактны и просты в использовании для измерения солнечной радиации в любом месте. Пиранометры обычно используются вместе с мультиметром для получения показаний.

Пиранометр с мультиметром.

Приложение:

Возможность измерения интенсивности солнечного излучения для определенной области может быть использована для: проектирования фотоэлектрических систем (солнечных панелей), определения местоположения теплиц, прогнозирования требований к изоляции (для конструкций) и т. Д.По сути, пиранометр можно использовать всякий раз, когда требуются данные об интенсивности солнечного излучения.

Операций:

Измеряются три типа солнечного излучения:

  • Прямой
  • Диффузный горизонтальный
  • Глобальный горизонтальный

Комбинация прямых и диффузных измерений излучения должна составлять глобальные горизонтальные измерения (общее излучение). Рисунки ниже относятся к типичному стилю измерения этих трех компонентов солнечной интенсивности.Выходной сигнал пиранометра выражается в милливольтах, и каждый прибор откалиброван для измерения мощности, излучаемой солнцем, в ваттах / м². Каждый пиранометр калибруется, и дается конкретная калибровочная константа (числовое значение) для точного расчета выходной мощности в ваттах. Имея это в виду, к пиранометру подключается мультиметр (установленный на 300 мВ), и показание умножается на значение калибровки, чтобы получить окончательное значение в ваттах / м². Большинство разработчиков солнечных панелей предполагают, что в любой точке планеты можно получить в среднем не более 1000 Вт / м².

Глобальное горизонтальное считывание | Диффузное горизонтальное считывание

Прямое чтение

Технические характеристики:

ТОЧНОСТЬ: ± 2,0%

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ: от -40 до 55 ° C; Относительная влажность от 0 до 100%, использование вне помещений, погружные.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*