ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΚΑΙ ΓΗΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

Transcript

1 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΚΑΙ ΓΗΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ. Γενικά Καθώς η ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος που εκπέμπεται από τον ήλιο διέρχεται από τη γήινη ατμόσφαιρα, τροποποιείται λόγω των παρακάτω φαινομένων: (α) Απορρόφηση, σκέδαση και ανάκλαση απο τα νέφη. (β) Απορρόφηση από τα ατμοσφαιρικά αέρια, ειδικά από το οξυγόνο, το όζον το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς. (γ) Σκέδαση και διάχυση από σωματίδια (π.χ σκόνη και καπνός)μεγέθους συγκρίσιμου ή μεγαλύτερου από το μήκος κύματος του φωτός. (δ) Σκέδαση από μόρια αέρα και σωματίδια μικρότερα από το μήκος κύματος του φωτός. Σαν αποτέλεσμα των φαινομένων της σκέδασης, η λαμβανόμενη ηλιακή ακτινοβολία σε ένα οριζόντιο επίπεδο συνίσταται από μια άμεση και μια από διάχυση συνιστώσα, οι οποίες αν μετρηθούν μαζί ονομάζονται ολική ηλιακή ακτινοβολία. Η γήινη ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος συνίσταται από την προς τα κάτω ατμοσφαιρική συνιστώσα (π.χ προς τα κάτω εκπομπή από τα ατμοσφαιρικά αέρια, ειδικά από το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς)και την προς τα πάνω γήινη συνιστώσα (δηλ την προς τα πάνω εκπεμπόμενη και ανακλώμενη από την γήινη επιφάνεια και τα ατμοσφαιρικά αέρια). Για πρακτικούς λόγους το εύρος της γήινης ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος θεωρείται ότι είναι από 4μm έως 50μm. Οι τέσσερις συνιστώσες, δηλαδή η ολική και η ανακλώμενη μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία καθώς και η προς τα πάνω και κάτω μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία μπορούν να συνδυαστούν σε μια μόνο μέτρηση που εκφράζει την διαφορά της προς τα κάτω και πάνω ακτινοβολία βραχέων και μακρών κυμάτων. Το αποτέλεσμα ονομάζεται συνισταμένη ακτινοβολία. Το ορατό φάσμα μπορεί να θεωρηθεί μέσα στο διάστημα μm και η φασματική διαίρεση των διαφορετικών χρωμάτων ως ακολούθως: Ιώδες Μπλέ Πράσινο Κίτρινο Πορτοκαλί Κόκκινο μm μm μm μm μm μm Το υπεριώδες φάσμα μπορεί να διαιρεθεί σε τρείς μπάντες: Near uv μm

2 Far uv Maximum uv μm μm To υπέρυθρο μέρος της θερμικής ακτινοβολίας γενικά διαιρείται σε δύο μέρη: Near ir μm Far uv μm Μια άλλη υποδιαίρεση της θερμικής ακτινοβολίας είναι μικρού μήκους κύματος και μεγάλου μήκους κύματος. Η διαχωριστική γραμμή μεταξύ των δύο περιοχών είναι κάπως αυθαίρετη: στην ορολογία της ηλιακής ενέργειας το κύριο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας θεωρείται να είναι μέσα στην περιοχή της μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας με το όριο να ποικίλει ανάλογα με την κρίση του καθένα από 3 μέχρι 4 μm. Συνεπώς η ακτινοβολία με μήκη κύματος μεγαλύτερα από 4 μm. Συνεπώς η ακτινοβολία με μήκη κύματος μεγαλύτερα από 4 μm μπορεί να ορίζεται σαν μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία. Η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία που εκπέμπεται από τ η γη και την ατμόσφαιρα της, συχνά καλείται Τerrestrial radiation. 2. Mέτρηση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας Λέγοντας ολική ηλιακή ακτινοβολία (total radiation ή global radiation) εννοούμε το άθροισμα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας (direct radiation) και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας (diffuse radiation). H άμεση ηλιακή ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που φτάνει κατ ευθείαν από τον ήλιο. Η διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία την οποία παίρνουμε αν κρύψουμε τον ήλιο από το οπτικό μας πεδίο. Τα όργανα τα οποία χρησιμοποιούνται για την μέτρηση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας ονομάζονται πυρανόμετρα, (pyranometers). Tα Πυρανόμετρα είναι ακτινόμετρα (Radiometers)με ημισφαιρικό πεδίο θέας. Το ημισφαίριο αυτό είναι ολόκληρος ο ουράνιος θόλος. Η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται στο θερμοηλεκτρικό ή στο θερμομηχανικό ή στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Οι αισθητήρες τους είναι επίπεδες επιφάνειες. Τα όργανα αυτά συνήθως τοποθετούνται σε μια οριζόντια θέση. Αν τοποθετηθούν σε μια επικλινή θέση μετρούν και την ανακλώμενη από το έδαφος ακτινοβολία(ground-reflected radiation). Oρισμοί και μονάδες Η ισχύς που εκπέμπεται ή λαμβάνεται με την μορφή ακτινοβολίας ονομάζεται ροή ακτινοβολίας. Φωτοβόληση ονομάζεται η προσπίπτουσα σε μια επιφάνεια ροή ακτινοβολίας ανά μονάδα επιφάνειας, ενώ φωτοβολία, το χρονικό ολοκλήρωμα της φωτοβόλησης. Είναι ένα μέτρο της προσπίπτουσας ενάργειας στην μονάδα εμβαδού μιας επιφάνειας. Η μονάδα ακτινοβόλησης στο SI είναι το Watt αν τετραγωνικό μέτρο (W/M 2 ). Όμως για τις μετεωρολογικές ανάγκες η Παγκόσμια Μετεωρολογική οργάνωση (97) έχει 2

3 0 0^ αντιπροτείνει το milliwatt ανα τετραγωνικό εκατοστό (Mw/cm 2 ). H σχέση μεταξύ των διαφόρων μονάδων φαίνεται στον πίνακα ΙV. O προσανατολισμός της επιφάνειας πρέπει να καθοριστεί εμφανώς, και στην πράξη η ακτινοβολία μετράται ως επί το πλείστον σε δύο επίπεδες επιφάνειες. Aυτές είναι μια οριζόντια και μια επιφάνεια κάθετη στην ευθεία που ενώνει το σημείο παρατήρησης με τη στιγμιαία θέση του ήλιου. Στην δεύτερη περίπτωση είναι σύνηθες να περιορίζουμε την παρατήρηση στη ακτινοβολία που φθάνει από κατευθύνσεις στην περιοχή 2 ½ μοίρων γύρω από την κατεύθυνση του ηλίου. Πίνακας:.Σχέση μεταξύ των διαφόρων μονάδων ροής ακτινοβολίας ανα μονάδα επιφάνειας W/m 2 Mw/cm 2 KW/cm 2 Cal / cm 2 min BTU / ft 2 h BTU/ ft 2 min 0. 0^ /0^3 /0^2 6/0^5 3/0^3 /0^5.43/0^3.43/0^ ^ * *0^ /0^3 5.29/0^ /0^2 Γήινη ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από την Γη και την ατμόσφαιρα της ενώ γήινη επιφανειακή ακτινοβολία είναι αυτή που εκπέμπεται μόνο από την επιφάνεια της. Όργανα μέτρησης της ακτινοβολίας Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση της ακτινοβολίας είναι γνωστά σαν ραδιόμετρα και ταξινομούνται όπως παρακάτω: (α) Πυρανόμετρα και διμεταλλικοί ακτινογράφοι : είναι όργανα μέτρησης της ηλιακής ακτινοβολίας που λαμβάνεται μέσα σ ένα οπτικό πεδίο 80 μοιρών, κατάλληλα για την μέτρηση της ολικής ή από διάχυση ηλιακής ακτινοβολίας. (β) Πυρηλιόμετρα: είναι όργανα μέτρησης της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα. Μπορούν να είναι είτε τυπικά πρότυπα όργανα είτε (γ) Πυρραδιόμετρα : είναι όργανα που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση της ολικής ροής της προς τα κάτω και προς τα πάνω μεγάλων και μικρών μήκων κύματος ακτινοβολίας. (δ) Πυργαιόμετρα (ονομάζονται και ραδιόμετρα υπέρυθρων ):είναι τα όργανα που μετρούν την προς τα κάτω ατμοσφαιρική ακτινοβολία πάνω σε μια οριζόντια επιφάνεια με μέτωπο προς τα πάνω σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την μέτρηση της προς τα πάνω ακτινοβολίας αν τοποθετηθεί ανάστροφα. Παρακάτω δίνεται μια σύντομη περιγραφή ενός ή περισσότερων οργάνων σε κάθε μια από τις παρακάτω κατηγορίες. Πυρανόμετρα (όργανα θερμοστοιχείων). Σε ένα όργανο θερμοστοιχείου μια λεπτή αμαυρισμένη επιφάνεια, τοποθετημένη μέσα σε μια σχετικά ογκώδη καλογυαλισμένη θήκη, εκτίθεται στην ακτινοβολία. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και κάποιων σημείων αναφοράς στο εσωτερικό της θήκης του οργάνου μετριέται σε μερικές θερμοεπαφές (θερμοστοιχεία) διατεταγμένες σε σειρά. Η αμαυρισμένη επιφάνεια αυξάνει την θερμοκρασία της μέχρι ότου ο ρυθμός απωλειών θερμότητος από όλες τις αιτίες εξισωθεί με τον ρυθμό κέρδους θερμότητος λόγω της 3

4 ακτινοβολίας. Εάν η αύξηση της θερμοκρασίας είναι συνάρτηση μόνο της φωτοβόλησης, ο ρυθμός απωλειών θερμότητος για μια καθορισμένη θερμοκρασιακή διαφορά πρέπει να είναι ανεξάρτητη από τις εξωτερικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία του χώρου ή η ροή του αέρα πάνω από το όργανο. Είναι επίσης επιθυμητό η αύξηση της θερμοκρασίας να είναι ανάλογη με την φωτοβόληση. Στην πράξη αυτό σημαίνει πως πρέπει να αποφευχθούν ρεύματα μεταφοράς μέσα στην θήκη. Η σταθερά χρόνου πρέπει να κρατηθεί αρκετά μικρή. Πυρανόμετρο Moll -Corczynski. Σ αυτού του τύπου το πυρανόμετρο η θερμοστήλη αποτελείται από εναλλασσόμενες λεπτές λουρίδες μαγγανινης και κονσταντάνης, με το πρώτο σύνολο των επαφών κατά μήκος της κεντρικής γραμμής της επιφάνειας (οι «οι θερμές» επαφές ), ενώ οι δεύτερες («ψυχρές») επαφές βρίσκονται σε καλή θερμική επαφή με τους σχετικά ογκώδεις στύλους υποστηρίξεως. Οι στύλοι είναι μονωμένοι ηλεκτρικά αλλά όχι θερμικά από την πλάκα της βάσης. Η επιφάνεια των θερμοστοιχείων είναι αμαυρισμένη και κλεισμένη σε δύο ομόκεντρα γυάλινα ημισφαίρια και όλο το όργανο βρίσκεται σε μια στερεή μεταλλική βάση. Ένας απλός θόλος ενώ προστατεύεται τα θερμοστοιχεία από τις επιδράσεις του αέρα, τα σωματίδια που κατακάθονται και το λερώνουν επηρεάζεται από την εξωτερική θερμοκρασία, αυξάνοντας τις ανταλλαγές ακτινοβολίας μεταξύ της θερμοστήλης και του θόλου. Η προσθήκη και ενός δευτέρου (εσωτερικού) θόλου, μειώνει αυτήν την ανταλλαγή αν και ακόμη υπάρχει μια τάση για ανταλλαγή θερμότητος και του εσωτερικού θόλου. Η πάνω επιφάνεια της θήκης του οργάνου ανάμεσα στα δύο ημισφαίρια είναι πολύ καλά γυαλισμένη με σκοπό να μειώνει την απορρόφηση της ακτινοβολίας. Το όργανο στηρίζεται κεντρικά σε μια πλάκα η οποία προστατεύει το υπόλοιπο όργανο από την άμεση ακτινοβολία και παρεμποδίζει την ακτινοβολία να εισέλθει από κάτω στα ημισφαίρια και να ανακλαστεί στην θερμοστήλη. Η θερμότητα μεταφέρεται εύκολα από τις ψυχρές επαφές προς το σώμα του οργάνου έτσι ώστε, όταν η θερμοστήλη εκτίθεται στην ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία των ψυχρών επαφών παραμένει κοντά σ αυτή του σώματος του οργάνου. Επίσης η προσφορά θερμότητος απο τις θερμές επαφές είναι μικρή και η θερμοκρασία τους αυξάνει μέχρις ότου επιτευχθεί ισορροπία λόγω ανταλλαγής μέσω ακτινοβολίας και αγωγιμότητας. Σαν συνέπεια, αναπτύσσεται μια ηλεκτρεγερτική δύναμη κατά μήκος της θερμοστήλης, ανάλογη με την διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στις θερμές και στις ψυχρές επαφές. Πυρανόμετρο Κipp. Tο «ηλιόμετρο» του Κipp είναι ένα όργανο της μορφής Μoll- Corczynski. Δύο εκδόσεις χρησιμοποιούνται (Εικόνα 2),ο CM2 (που μελετήθηκε λεπτομερώς απο τους Βener το 95,και Latimer το 962)και ο CM5. Το πυρανόμετρο αποτελείται από μια θερμοστήλη και δύο ημισφαιρικούς γυάλινους θόλους, αυστηρά γειωμένους, τοποθετημένους σε μια δακτυλιοειδή μεταλλική βάση, με υλικό σφραγίσεως. Υπάρχουν οπές στο δακτυλίδι μεταξύ των δύο θόλων, έτσι ώστε ο αέρας να κυκλοφορεί μεταξύ των δύο θόλων και του σώματος του οργάνου. Στην περίπτωση του CM5 ο εξωτερικός θόλος είναι σφραγισμένος ως προς την ατμόσφαιρα με ένα δακτύλιο σχήματος Ο το οποίο συμπιέζεται μεταξύ του δακτυλίου της βάσης του θόλου και του σώματος του αισθητηρίου, όταν ο θόλος ασφαλίζεται από ένα βιδωτό δακτύλιο αφικτήρα. Ένας ξηραντήρας είναι ενσωματωμένος στο σώμα του CM5 ώστε να διατηρείται ο αέρας κάτω από τους θόλους χωρίς υγρασία. Αυτός αφαιρείται ξεβιδώνοντας το βιδωτό δακτύλιο στην βάση του σώματος. Από την βάση του CM2 προεξέχει μια «σωλήνα αποξήρανσης στην οποία μπορεί να τοποθετηθεί ο ξηραντήρας. Μια ένδειξη οριζοντίασης με φυσαλίδα είναι προσαρμοσμένη στο σώμα του πυρανόμετρου που χρησιμοποιείται κατά την 4

5 στερέωση του οργάνου. Η φυσαλίδα ελέγχεται δια μέσου μιας θυρίδας στην πλάκα ασφαλίσεως. Η θυρίδα είναι κανονικά κλεισμένη με κάλυμα το οποίο εφαρμόζεται στην κάτω πλεύρα της πλάκας. Το όργανο έχει σταθερά χρόνου τάξης των 30 sec και μια τυπική τιμή ευαισθησίας 0.5 Mv/Mw. cm 2. Φασματικό πυρανόμετρο ακριβείας του Εppley. Ο αισθητήρας αυτού του πυρανόμετρου είναι μια κυκλική 50 επαφών θερμοστήλη Χάλκου Κονσταντάνης. Ο αισθητήρας βρίσκεται κλεισμένος σε ομόκεντρα καθαρού γυαλιού ημισφαίρια, διαμέτρου 30 mm και 50 mm. Τo εξωτερικό ημισφαίριο αλλάσσεται με άλλο ή από γυαλί απορροφητικό σε συγκεκριμένες ζώνες μήκους κύματος ή με ένα φίλτρο τύπου παρεμβολής. Αυτά επιτρέπουν τον διαχωρισμό της ακτινοβολίας σε καλά καθορισμένες περιοχές μήκους κύματος. Στο όργανο προσαρμόζεται ένα ξηραντήρας και μια πλάκα ασφαλίσεως και ενσωματώνεται ένα ελεγχόμενο θέρμιστορ-κύκλωμα ισοζυγίου θερμοκρασίας. Άσπρο μαύρο πυρανόμετρο του Εppley. Aυτό το πυρανόμετρο έχει ένα ακτινικό επιμεταλλωμένο θερμοστοιχείο (Χαλκός Κονσταντάνη)κλεισμένο σ ένα ημισφαίριο από γυαλί διαμέτρου 50mm. Το θερμοστοιχείο είναι διαφορετικού τύπου από τους δέκτες θερμής επαφής και τους δέκτες ψυχρής επαφής, λευκασμένους με χρώμα θεϊκού βαρίου μη υγροσκοπικού. Διμεταλλικοί ακτινογράφοι τύπου Robitzsch. Διάφορες μορφές διμεταλλικών ακτινογράφων έχουν σχεδιαστεί από διάφορους κατασκευαστές αλλά η αρχή λειτουργίας είναι ίδια σε όλους. Η επιφάνεια δέκτης αποτελείται από δύο παράλληλες ορθογώνιες, λευκασμένες, στιλβωμένες διμεταλλικές λωρίδες μεταξύ των οποίων έχει τοποθετηθεί μια παρόμοια διμεταλλική μαυρισμένη λωρίδα. Στο άκρο οι τρεις λωρίδες συνδέονται σε μια κοινή ράβδο, ενώ τα άλλα άκρα των λευκών λωρίδων είναι στερεωμένα στο πλαίσιο του οργάνου. Το άλλο άκρο των μαύρων λωρίδων είναι συνδεδεμένο σε ένα μηχανισμό βραχιόνων που οι κινήσεις τους καταγράφονται με γραφίδα σ ένα καταγραφικό χαρτί ενός καταγραφικού τύμπανου. Ο όλος μηχανισμός είναι κλεισμένος σε μια αδιάβροχη θήκη με τα αισθητήρια στοιχεία εκτεθειμένα κάτω από ένα γυάλινα ημισφαίριο. Η απορροφούμενη ακτινοβολία έχει σαν αποτέλεσμα την μεγαλύτερη θέρμανση των μαύρων λωρίδων από τις λεύκες. Και η αυξημένη τους καμπυλότητα έχει σαν αποτέλεσμα την απόκλιση της γραφίδας. Ωστόσο, οι αλλαγές στην εσωτερική θερμοκρασία θα παράγουν στην ιδανική περίπτωση ταυτόσημες αλλαγές θερμοκρασίας και στις μαύρες και στις λεύκες λωρίδες, χωρίς να υπάρχει επίδραση στην απόκλιση της γραφίδας. Το όργανο είναι απλούστερο στη λειτουργία από τα όργανα θερμοστήλης όμως έχει αρκετά μεγάλη σταθερά χρόνου (5 μέχρι 0 min) σε αντίθεση με τα 30 sec και λιγότερο για τα περισσότερα όργανα θερμοστήλης, και οι επιπτώσεις τις τριβής μεταξύ του καταγραφικού χαρτιού και της γραφίδας είναι κάπως μεγαλύτερες από αυτές που έχουμε σ ένα διμεταλλικό όργανο δεν θεωρείται κατάλληλο για μετρήσεις στιγμιαίων τιμών εντάσεως ακτινοβολίας, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ολική ημέρας. ΠΥΡΗΛΙΟΜΕΤΡΑ Πυρηλιόμετρο Κentdall MK6. Είναι η εξελιγμένη μορφή του οργάνου που αρχικά σχεδιάστηκε για να βοηθήσει την βαθμολόγηση ενός προσομοιωμένου τεχνικού ηλίου για τον έλεγχο διαστημοπλοίων (Kendal και Βerdahl, 970). Είναι ένα αυτοβαθμολογούμενο,τύπου κοιλότητας, όργανο υψηλής ακρίβειας, το πιο ουσιαστικό σημείο του οποίου είναι μια εσωτερική μαύρη κοιλότητα, Α στην Εικόνα 5

6 5 που συνιστά ένα μέλλαν σώμα. Μια αντίσταση συνδεδεμένη θερμικά ανάμεσα στην κοιλότητα και στο κύριο σώμα του οργάνο, άγει την θερμότητα που παράγεται στην κοιλότητα προς το κυρίως σώμα. Η θερμική ροή διαμέσου της αντίστασης Β που παράγεται από την εισερχόμενη ακτινοβολία ή την ηλεκτρική θερμάστρα βαθμολόγησης που βρίσκεται μέσα στην κοιλότητα, δημιουργεί μια πτώση θερμοκρασίας που μετράται από την θερμοστήλη D. Mε ακριβή μέτρηση της ηλεκτρικής ισχύος που παρέχεται στην θερμάστρα βαθμολόγησης, μαζί με την απόκριση του θερμοστοιχείου, το όργανο μπορεί να βαθμολογηθεί χωρίς την αναφορά σε άλλα πρότυπα. Το πυρηλιόμετρο χρησιμοποιείται με μια μονάδα ελέγχου που απεικονίζει την έξοδο σ ένα ψηφιακό βολτόμετρο με κάποια επιλογή μονάδων, για παράδειγμα mw/cm^ 2, και το οποίο επιτρέπει την βαθμολόγηση και τον έλεγχο λειτουργίας. Η ολική αβεβαιότητα μέτρησης (σφάλμα ) όταν χρησιμοποιείται το όργανο είναι 0.5 % και ουσιαστικά οφείλεται στα εξής σφάλματα: (α) Περιοχή ανοίγματος της κοιλότητας (β) (γ) Ενεργός απορροφητικότητας της κοιλότητας Ισοδύναμος και μέτρησης ισχύος της ηλεκτρικής θερμάστρας Βαθμολόγησης Πυρηλιόμετρο Αngstrum. Στο πυρηλιόμετρο Αngstrum παρόμοιες λωρίδες μαυρισμένου λευκόχρυσου,είναι τοποθετημένες όμοια εκτός από ότι ή μια λωρίδα εκτίθεται στην ακτινοβολία ενώ η άλλη λωρίδα σκιάζεται. Η σκιασμένη λρίδα θερμαίνεται ηλεκτρικά μέχρις ότου αποκτήσει την ίδια θερμοκρασία με την εκτιθέμενη στην ακτινοβολία λωρίδα. Κάτω από συνθήκες ευσταθούς ισορροπίας (με τις δύο λωρίδες στην ίδια θερμοκρασία ) η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται είναι ίση με την απορροφούμενη ηλιακή ακτινοβολία. Δύο θερμοεπαφές,μια στην πίσω πλευρά κάθε λωρίδας, συνδέονται σε σειρά με ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο που χρησιμοποιείται για να ελέγχει την θερμοκρασικάη ισορροπία. Το ρεύμα καθορίζεται με την μέτρηση της τάσης σε μια τυπική αντίσταση. Η ένταση Ι της άμεσης ακτινοβολίας υπολογίζεται από την σχέση I=K*I 2 όπου I είναι το ρεύμα λόγω θέρμανσης και K μια σταθερά που εξαρτάται από τις διαστάσεις και το όργανο. Τέτοιο όργανο είναι θεωρητικά ένα απόλυτο όργανο καθώς όλοι οι σχετικοί παράγοντες μπορούν να μετρηθούν, όμως μερικές διορθώσεις πρέπει να γίνουν λόγω της ατελούς απορροφητικότητας της λωρίδας που εκτίθεται στην ακτινοβολία και την ελάχιστη έστω έκθεση της σκιασμένης λωρίδας. Τα περισσότερα όργανα συγκρίνονται με ένα τυπικό όργανο ίδιου τύπου, ή με άλλου τύπου βαθμολογημένο όργανο (π.χ ραδιόμετρο κοιλότητας) ώστε να εξαχθεί μια καμπύλη βαθμολογίας. Όταν γίνεται μια παρατήρηση κάθε λωρίδα εκτίθεται με την σειρά και εξάγεται ένας μέσος όρος του απαιτούμενου ηλεκτρικού ρεύματος ισορροπίας. Πυρηλιόμετρο αργυρού δίσκου. Το πυρηλιόμετρο αργυρού δίσκου αποτελείται ουσιαστικά από ένα μαυρισμένο δίσκο υποστηριγμένο με χαλύβδινα σύρματα μέσα σε χάλκινο κέλυφος. Ένα υδραργυρικό θερμόμετρο χρησιμοποιείται για την μέτρηση της θερμοκρασίας του δίσκου, το δοχείο του οργάνου έχει τοποθετηθεί σε μια κοιλότητα του δίσκου γεμάτη με υδράργυρο. Διαφράγματα χρησιμοποιούνται ώστε να περιορίσουν την γωνία υποδοχής της ακτινοβολίας προς το όργανο σε περίπου 6 και ένα σκίασμα προβλέπεται ώστε να αποκλείεται τελείως η έκθεση στην ακτινοβολία. Η αρχή λειτουργίας του οργάνου στηρίζεται στο ότι ο αρχικός ρυθμός θέρμανσης του αργυρού δίσκου από την ακτινοβολία βρίσκεται μετρώντας το ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας του δίσκου. Επιτρέποντας την έκθεση του δίσκου στην 6

7 ακτινοβολία σε τακτά χρονικά διαστήματα και μετρώντας τις αντίστοιχες μεταβολές της θερμοκρασίας του δίσκου, η ένταση Ι της ακτινοβολίας βρίσκεται από την σχέση: Ι=(dT/dt)* [+B(Tm-Td)-C(Ta-Ts)] Όπου Dt/dt= ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας του δίσκου Τm= H μέση θερμοκρασία του δίσκου κατά τη έκθεση Τa= H θερμοκρασία του αέρα Τd= η τυπική θερμοκρασία του δίσκου Τs= η Τυπική θερμοκρασία του στελέχους του θερμομέτρου Β, C= σταθερές Πυρηλιόμετρο κάθετης πρόσπτωσης του Εppley. Αυτό το όργανο είναι κατά κάποιο τρόπο μια θερμοηλεκτρική έκδοση του πηρηλιομέτρου αργυρού δίσκου. Ο αισθητήρας είναι ένα θερμοστοιχείο στρεπτού νήματος τοποθετημένο στη βάση ενός ορειχάλκινου σωλήνα εσωτερικά μαυρισμένου. Ο σωλήνας είναι γεμάτος με ξηρό αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση και είναι σφραγισμένος στο άκρο παρατήρησης με μετακινούμενο διάφραγμα που έχει ενσωματωμένο παράθυρο κρυστάλλου χαλαζία. Δύο δακτύλιοι, ένας σε κάθε άκρο είναι εφοδιασμένοι με ένα μηχανισμό σκόπευσης ώστε το όργανο να κατευθύνεται ακριβώς στην διεύθυνση του Ηλίου. Στο άκρο παρατήρησης είναι προσαρμοσμένες ένας περιστρεφόμενος δίσκος με ενσωματωμένες τέσσερις θυρίδες,στις τρείς από τις οποίες μπορούν να τοποθετηθούν φίλτρα. Το όργανο έχει ευαισθησία περίπου 0.08 mv/mw*cm^2 και σταθερά χρόνου sec. Πυρηλιόμετρο Linke Feussner. Αυτό το πυρηλιόμετρο αποτελείται από μια θερμοστήλη Μοll τοποθετημένη σε ένα κέλυφος αποτελούμενο από μια σειρά ομόκεντρων, κωνικών στρεφόμενων δακτυλίων, βιδωμένων ένας πάνω στον άλλο. Η μεγάλη μάζα του σώματος προλαμβάνει την επίδραση του αισθητήρα από τα ρεύματα αέρα και ελαχιστοποιεί κάθε αύξηση θερμοκρασίας λόγω της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας, επιτυγχάνοντας μια ομοιόμορφη θερμοκρασία στην περιοχή του αισθητήρα. Η θερμοστήλη που αρχικά χρησιμοποιήθηκε περιελάμβανε 8 θερμοεπαφές. Αλλά μεταγενέστερα μοντέλα έχουν ενσωματωμένη μια θερμοστήλη που χωρίζεται σε δύο όμοια τμήματα, καθένα αποτελούμενο από 20 θερμοζεύγη, συνδεδεμένα εν αντιθέσει. Και τα δύο τμήματα επηρεάζονται ομοιόμορφα από την ανταλλαγή θερμότητας λόγω μεταφοράς που συμβαίνει κοντά στην επιφάνεια του αισθητήρα, αλλά το ένα από τα τμήματα είναι σκιασμένο από την ακτινοβολία που μετράται, επομένως συμπεριφέρεται σαν αντισταθμιστική διάταξη. Επιπρόσθετα στην γενική του χρήση σαν πυρηλιόμετρο, το όργανο στο οποίο προσαρμόζεται μια σειρά φίλτρων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν μετρητής της ακτινοβολίας της γήινης επιφάνειας και της ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. Measurement of Sunshine and Solar Terrestrial Radiation Hand book of Meteorological Instruments (Second Edition, Volume 6). 2. Πρακτική Μετεωρολογία Λ.Ν. Καραπιπέρη. 7