Каков принцип действия термоэлектрического пиранометра

Солнечная радиация

Этот прибор предназначен для измерения суммарной и рассеянной радиации, приходящей как от небесного свода, так и от предметов, расположенных на поверхности земли. Если приемник радиации этого прибора обратить в сторону подстилающей поверхности, то он будет фиксировать отраженную радиацию.

У пиранометров, (рис. 2.4) используемых в настоящее время на сети метеорологических станций, приемником служит квадратная термобатарея 1, окрашенная в черно-белые поля в виде шахматной доски.

В пиранометрах применяется батарея последовательно соединенных термоэлементов, составленных из манганина и константана. Поверхность термобатареи покрыта черной краской (сажей) и белой (магнезией) таким образом, чтобы четные спаи были окрашены в один цвет, а нечетные – в другой. Применение этих покрытий связано с одинаковой поглощательной способностью сажи и магнезии в длинноволновой части спектра. В области же коротких волн сажа поглощает интенсивнее, чем магнезия, и за счет именно этой части спектра возникает разность температур между спаями.

Термобатарея пиранометра 1 прикреплена через изолирующий слой к корпусу прибора.

б)

Рис.2.4. Пиранометр Янишевского: a – гловка: 1 – термобатарея, 2 – диск, 3 – винтовая нарезка; б – внешний вид

От крайних термоэлементов термобатареи отходят выводы к клеммам на нижней стороне корпуса (на рисунке они не видны). Вся термобатарея, раскрашенная в шахматном порядке, крепится в квадратном вырезе диска 2, имеющем по своей образующей винтовую нарезку 3, на которую навинчивается стеклянный колпачок. Стеклянная полусфера необходима не только в качестве защиты термобатареи от механических повреждений, но прежде всего для того, чтобы избежать влияния ветра.

Вся термобатарея с диском и стеклянной полусферой навинчивается на стойку 4 с треногой 5, с помощью которой приемник прибора можно горизонтировать (рис. 2.4). На этой же треноге крепится шаровой уровень (ватерпас) для отслеживания горизонтальности установки прибора (на рисунке не показан).

К стойке 4 присоединен короткий металлический стержень 6, на который с помощью винта 7 крепится легкая дюралевая трубка 8 с теневым экраном 9, позволяющим затенять приемную поверхность прибора от прямых солнечных лучей и измерять в это время только рассеянную радиацию. Длина стержня такова, что диск экрана из центра приемника виден под углом 10 о . Теневой экран закрывает часть неба вокруг Солнца радиусом 5º. При открытом приемнике измеряется суммарная радиация.

Тренога 5 вместе с приемником и стеклянной полусферой может опрокидываться на 180 о , что позволяет направлять прибор в сторону земли и измерять отраженную коротковолновую радиацию (длинноволновую часть излучения стеклянная сфера не пропускает). Для защиты стеклянной полусферы головка прибора снабжена крышкой.

Пиранометр является относительным прибором. Определение переводного множителя (градуировка) пиранометра производится по методу солнце-тень: разность показаний незатененного и затененного от прямой солнечной радиации пиранометров, характеризующая величину потока прямой солнечной радиации, сравнивается с отсчетами по актинометру.

Существенно, что при обработке наблюдений по пиранометру необходимо учитывать зависимость переводного множителя прибора от угла падения радиации (зенитного расстояния Солнца). Наличие у пиранометра угловой зависимости чувствительности, а также весьма заметной избирательности чувствительности для радиации различных длин волн требует введения к показаниям прибора так называемых угловой и спектральной поправок при измерениях рассеянной радиации. Эти поправки учитывают различия углового и спектрального распределений интенсивности рассеянной и прямой солнечной радиации.

Пиранометры, специально приспособленные для измерений альбедо подстилающей поверхности, получили название альбедометров.

В некоторых случаях для измерения альбедо используют сдвоенные пиранометры, приемные поверхности которых обращены вверх и вниз.

Пиранометры можно использовать для измерения суммарной и отраженной радиации на различных высотах над земной поверхностью с самолетов, аэростатов или специальных мачт и вышек, а также для морских наблюдений с лодки или судна.

Пиранометры повышенной чувствительности применяются в качестве подводных, подснежных и подледных пиранометров для измерения коротковолновой радиации, проникающей в воду, снег и лед.

Походный альбедометр

Альбедометры бывают двух типов: стационарные и походные. В полевых и специальных исследованиях нередко требуется неоднократная перестановка пиранометра из одного места в другое (например, при маршрутных исследованиях). В этих случаях общее время, затрачиваемое на горизонтирование прибора, оказывается довольно значительным.

Походный альбедометр позволяет свести эти затраты к минимуму, так как имеет устройство, автоматически выводящее приемную поверхность прибора в строго горизонтальное положение.

Головка альбедометра идентична головке пиранометра, однако навинчена уже на карданный подвес (рис. 2.5) – устройство, позволяющее автоматически выводить приемную поверхность прибора в горизонтальное положение.

Карданный подвес состоит из двух металлических колец 1 и 2. Внутреннее кольцо 1 через полуоси 5 и 6 имеет свободу вращения внутри внешнего кольца 2. В свою очередь полая трубка 7, на которой закреплена головка пиранометра 8, имеет свободу вращения на полуоси 3 и 4,смещенных относительно полуосей 5 и 6 на 90 градусов.

Рис.2.5. Альбедометр походный: а — положение вверх; б — положение вниз

Таким образом, альбедометр имеет двойную степень свободы вращения, что приводит к его автоматическому горизонтированию под действием силы тяжести. Головка альбедометра 8 навинчивается на трубку 7, которая по пазам может скользить вверх-вниз внутри кольца 1.

Внутри самой трубки свободно перемещается цилиндрический грузик-противовес, который и обеспечивает надежную горизонтировку приемной поверхности. Наблюдения по походному альбедометру производятся так же, как и по пиранометру.

Для осуществления наблюдений ручка прикрепляется к стержню. С помощью стержня альбедометру придается соответствующее положение. При положении приемника прибора вверх определяется суммарная радиация, а при положении вниз – отраженная радиация. Когда эти величины измерены, рассчитывается альбедо.

Термоэлектрический балансомер Янишевского

Балансомер служит для определения разности излучения, приходящего на деятельную поверхность в виде суммарной радиации, и собственного излучения этой поверхности. В отличие от вышеупомянутых актинометрических приборов, у балансомера две приемных поверхности. Одна из них, обращенная к небосводу, воспринимает суммарную радиацию Q вместе с излучением атмосферы Е_а. Приемник, обращенный в сторону деятельной поверхности, воспринимает отраженную коротковолновую радиацию R_к, земное излучение Е_з и часть отраженной радиации R_д, пришедшей от атмосферы и окружающих предметов. Таким образом, радиационный баланс В вычисляют по формуле

Балансомер представляет собой круглую пластину 1 с квадратным вырезом в центральной части 48х48 мм, в который помещен приемник радиации, изготовленный следующим образом (рис. 2.6).

Приемной поверхностью прибора служат две одинаковые пластинки из тонкой медной фольги, покрывающие верхний и нижний приемники. Наружные поверхности этих пластин зачернены специальным черным лаком, поглощающая способность которого близка к поглощающей способности абсолютно черного тела. К внутренней стороне пластин приклеены 10 термоэлектрических батарей, каждая из которых представляет из себя медный брусочек 3, обвитый тонкой металлической полоской 4 из константана (рис.2.6, б). Половина каждого витка посеребрена, и место окончания серебряного слоя служит термоспаем, а каждый брусочек термобатареей, которые последовательно соединены между собой. На каждом брусочке намотано 50 витков, и таким образом в приборе находится 500 термоспаев.

Четные спаи батарей испытывают тепловое воздействие одной пластинки, нечетные – другой. Разность температур пластинок пропорциональна разности потоков приходящей и уходящей радиации. Для затенения прибора от прямой радиации служит экран 5, закрепленный шарниром 6 через легкую трубку 7. В нерабочем состоянии прибор закрывается защитным чехлом 8.

Рис.2.6. Балансомер термоэлектрический:

а-внешний вид;

б-отдельная термобатарея

Показания прибора довольно значительно зависят от скорости ветра, т. к. приемные поверхности его незащищены. Поэтому в непосредственной близости от стойки с гальванометром, на расстоянии 0,5-1,0 метра устанавливается шест высотой 2,3 метра, на конце которого крепится ветроизмерительный прибор (анемометр Фусса или ручной анемометр АРИ-49), по показаниям которого вводятся добавочные поправки.

Принцип действия балансомера основан на том, что разность температур верхней и нижней пластин балансомера (и, следовательно, силы тока в цепи термобатареи) пропорциональна измеряемой величине радиационного баланса. Прибор градуируется по методу солнце-тень: разность показаний затененного и незатененного балансомеров сравнивается с показаниями актинометра.

Поскольку приемные поверхности балансомера всегда обдуваются ветром, переводной множитель оказывается зависящим от скорости ветра. Поэтому необходимо для каждого экземпляра прибора определять зависимость переводного множителя от скорости ветра, что может быть осуществлено как в лабораторных, так и в естественных условиях. Иногда при обработке показаний балансомеров принимают во внимание такие факторы, как неодинаковость чувствительности верхней и нижней сторон балансомера, различие в чувствительности для коротковолновой и длинноволновой радиации и некоторые другие.

Актинометр Савинова-Янишевского АТ-50

Актинометр предназначен для измерения прямой солнечной радиации и может служить контрольным прибором.

В качестве приемника радиации служит тонкий диск 1 из серебряной фольги (рис. 2.2). Внешняя сторона диска (обращенная к солнцу) зачернена специальным лаковым покрытием, а к внутренней стороне через папиросную бумагу приклеены нечетные спаи термобатареи 2. Внешние четные спаи 3 прикреплены к сравнительно массивному медному кольцу 4. Термобатарея с медным кольцом помещена в медную трубку 7 (рис. 2.3), имеющую на наружном конце диафрагму, служащую приемным отверстием. Внутри трубки имеется еще ряд убывающих по диаметру диафрагм, наименьшая из которых находится рядом с термобатареей. Ряд этих диафрагм образует телесный угол, равный диску Солнца 5 0 околосолнечного пространства. Провода 12 от термобатареи через клеммы подсоединяются к гальванометру. Показания гальванометра пропорциональны силе термотока, а следовательно, и энергетической освещенности прямой солнечной радиации.

Корпус актинометра устанавливается на стойке 10 и основании 11, на котором нанесена стрелка, с помощью которой мы ориентируем прибор на север. Ось 8 устанавливается по оси мира с помощью шкалы широт 9 и винта 2. Для проведения наблюдений по актинометру, нужно его сориентировать таким образом, чтобы термобатарея была нацелена на Солнце, для чего с прибора снимают крышку 1 и направляют входное отверстие трубки на Солнце.

Рис.2.2. Термобатарея актинометра: 1-приемная

пластина; 2-термобатареи; 3-папиросная бумага;

4-медное кольцо.

В это время манипулируют винтами 3 и 6, добиваясь такого положения трубки, чтобы образовалась концентрическая тень на экране 5, а солнечный луч, пройдя через отверстие 13 на оправе диафрагмы в виде «солнечного зайчика», должен попасть на черную точку, нанесенную на экране. В этом случае чувствительный элемент прибора (термобатарея) направлен перпендикулярно солнечным лучам.

Измерение производится после прогрева приемного диска в продолжение 2 – 3 мин на солнце при открытой трубке, нацеленной на Солнце. Затем крышка надевается на 25 – 30 сек, после чего производится отсчет по гальванометру, принимаемый за место нуля. Затем крышка снимается и через 25 – 30 сек начинают наблюдения. Они состоят из серий отсчетов с интервалами 5 сек. Повторность отсчетов уменьшает погрешность из-за колебаний прозрачности атмосферы и случайные погрешности гальванометра.

Каждые 7 мин корректируется положение трубки относительно Солнца. Через 20 – 30 мин определение места нуля гальванометра желательно повторить. При этом измеряется его температура.

Рис.2.3. Актинометр Савинова-Янишевского: 1-крышка; 2, 3-винты; 4-ось склонений; 5-экран; 6-рукоятка; 7-трубка; 8-ось; 9-сектор широт; 10-стойка; 11-основание; 12-провода; 13-отверстие.

Поверка термоэлектрических актинометров производится с помощью параллельных одновременных наблюдений по пиргелиометру Онгстрема, либо по контрольному ранее хорошо поверенному актинометру, для которого известен переводной множитель при различных температурах.

Поверка актинометра по пиргелиометру производится только при высотах Солнца больше 22º, при голубом небе и при отсутствии облаков на расстоянии 20º вокруг Солнца.

Гелиостат

Для непрерывной регистрации прямой солнечной радиации служит гелиостат. Он представляет собой термоэлектрический актинометр, который прикреплен к барабану с часовым механизмом. Актинометр вращается часовым механизмом вокруг оси, которая размещается по оси мира. Трубка актинометра медленно движется вслед за Солнцем. Для непрерывной записи термотока актинометра к нему подключается самопишущий гальванометр (гальванограф). Вся совместная установка называется актинограф.

Стрелочный гальванометр ГСА-1

Стрелочный гальванометр ГСА-1 служит для измерения слабых токов, которые возникают в термобатареях актинометрических приборов. Принцип работы гальванометра основан на взаимодействии двух магнитных полей. Одно поле, которое создается в подковообразном магните 2, постоянно действующее. Второе поле возникает в рамке 1, когда через нее протекает термоэлектрический ток от приемника актинометрического прибора. Рамка закрепляется на упругих растяжках и соединена со стеклянной стрелкой 3, которая способна свободно двигаться вдоль шкалы 4. При прохождении тока через рамку возникает момент сил, которые стремятся повернуть рамку перпендикулярно направлению магнитных силовых линий. Упругие растяжки препятствуют повороту и стремятся вернуть рамку в исходное положение. В результате при прохождении тока рамка поворачивается только на некоторый угол, пропорционально току. Поворот рамки служит мерой силы тока. Выводы рамки припаяны к клеммам, которые находятся на крышке прибора и обозначаются «+» и «Р».

Для измерения термотока большой силы в гальванометре имеется дополнительное сопротивление, выведено на клемму «С». В этом случае приемник актинометрических приборов подключается к клеммам «+» и «С».

Для исключения параллакса (видимого изменения положения предмета вследствие перемещения глаза наблюдателя) при отсчетах под шкалой ГСА-1 находится зеркальная полоска. Гальванометр обеспечен корректором места нуля, вращением которого можно установить стрелку между делениями 0 и 20.

Для предохранения рамки от обрыва при транспортировке используют винт-арретир, который находится в нижней части корпуса и замыкает электрическую цепь гальванометра.

Цена деления гальванометров колеблется от 0,5 до 1,0. Отсчеты по гальванометру берутся в трехкратной повторности с точностью до 0,1 деления. Точные данные о сопротивлении и шкаловые поправки приводятся в поверочных свидетельствах гальванометра.

Порядок записи в актинометрическую книжку КМ-12.

Актинометрические наблюдения записывают в книжку КМ-12 специальной формы. Из трех отсчетов по гальванометру для каждого вида радиации находят среднее значение N_ср с точностью до десятого значения деления шкалы. К среднему значению вводится шкаловая поправка с соответствующим знаком ΔN и место нуля гальванометра N₀ со знаком минус; записывается исправленный отсчет N_испр.

Для поправки отсчета по балансомеру вводится поправочный множитель Ф_п на скорость ветра V_ср., который берется из поверочного свидетельства балансомера. Тем самым отсчет по балансомеру приводится к штилю V_ш.

К отсчету по актинометру кроме шкаловой поправки и места нуля вводится величина температурной поправки ΔN_(t) с целью исключения влияния температуры на показания актинометра. Температурные поправки рассчитываются в Гидрометеорологических центрах и приводятся в поверочных свидетельствах актинометра и гальванометра. К показаниям пиранометров, альбедометров и балансомеров температурные поправки не вводятся. Прямая радиация S’, которая поступает на горизонтальную поверхность, получается путем умножения S на sin h. Альбедо рассчитывают с точностью до сотых долей.

Обработка данных наблюдений.

Актинометры, пиранометры и альбедометры составляют группу относительных приборов. Каждая пара приборов – приемник радиации + гальванометр – требует сравнения с абсолютным прибором и выведения переводного множителя.

Под воздействием солнечной радиации S стрелка гальванометра отклоняется на некоторое число делений N, тогда

где a – цена деления гальванометра, или переводной множитель для данной пары приборов.

Переводной множитель рассчитывается по формуле

где α – цена деления гальванометра в микроамперах (10 -6 ), R_пр – сопротивление термобатареи приемника радиации и гальванометра, в омах, k – чувствительность приемника радиации.

Величины α, k, R_пр и R_Г приводятся в поверочных свидетельствах приборов.

Гелиограф

Продолжительность солнечного сияния – это число часов, когда солнечный диск не закрыт облаками, но находится настолько выше горизонта, что интенсивность радиации превышает 0,1кВт/м 2 (0,2 кал/см 2 ·мин).

Основной частью гелиографа служит стеклянный шар, действующий в качестве собирательной линзы. В фокусе шара расположена сферическая чашка с тремя парами пазов, в которых укрепляется синяя картонная лента, разграфленная на десять часов. При видимом движении солнечного диска по небосводу его изображение прожигает след. Шар с чашкой и держателями может переставляться в одно из четырех положений в зависимости от длины дня.

А – утром и В – вечером при длине дня более 10 часов и менее 19 часов, Б – при длине дня меньше 10 часов, А, В, Г – при длине дня более 19 часов.

Около дней равноденствий ставят прямые ленты в среднюю пару пазов, около дней солнцестояний – кривые ленты в крайние пары пазов. Смена лент и перестановка чашки буквами диска против указателя производится при коротком дне (меньше 10 часов) после захода солнца (без перестановки чашки, Б), при среднем дне (10 – 19 часов), кроме того, еще в 10 – 13 часов по среднему солнечному времени (после захода солнца А, в полдень – В), а при длинном дне (более 19 часов) чашка переставляется при каждой смене лен: в сроки 4 часа (в положение А), 12 часов (в положение В) и 20 часов (в положение Г). На лентах, которые снимаются с гелиографа, кроме даты записывается период их установки (4 – 12, 12 – 20, 20 – 4 часа).

Установка гелиографа производится на открытом месте (на крыше или башне) на деревянной доске, укрепленной на прочном основании. На метеорологической площадке гелиограф устанавливается на высоте 2 м на столбе. Горизонтальность основания проверяется уровнем. Стойки и квадрант (шкала широт) ориентируются по меридиану. Ось ставится по оси мира с помощью указателя и закрепляется винтом. Проще всего в истинный полдень закрепить гелиограф на доске так, чтобы изображение солнца оказалось на полуденной черточке чашки и ленты.

Смена лент и поворот чашки производят при полностью затененном шаре корпусом наблюдателя, для чего с юга от гелиографа к столбу прикрепляется лесенка.

Обработка лент заключается в определении по делениям ленты продолжительности солнечного сияния по длине прожогов с точностью до десятых долей часа. Правильность установки ленты проверяется по положению прокола на два часа вправо от средней линии ленты. При снятии длин прожога принимают во внимание даже очень слабые потемнения ленты и записи в виде отдельных точек.

В зависимости от прозрачности шаров и качества картонных лент (цвета и сорта) прожоги ленты начинаются при интенсивности от 0,25 до 0,4 кал/см 2 ·мин. Кроме того, прожигание ленты утром начинается быстрее, чем в остальное время суток, из-за более высокой прозрачности атмосферы. Все это вносит некоторую неточность в определение действительной продолжительности солнечного сияния.

Пиранометр: что это, основные виды и сфера применения

Истинное, плоское или ламбертово альбедо — это коэффициент диффузного отражения. Так называется отношение рассеянного от отражающего элемента светового потока к световому потоку, который падает на данный предмет. Именно для измерения соотношения используется альбедометр — прибор-моноблок, состоящий из двух пиранометров.

Пиргелиометр — прибор, который измеряет количество солнечного излучения, падающего на перпендикулярную ему поверхность. Принцип его действия основан на измерении количества тепла, поэтому в основе устройства лежат термобатареи, создающие электрическое напряжение на основе разницы температур через эффект Зеебека.

Пиргелиометр — прибор, который измеряет количество солнечного излучения, падающего на перпендикулярную ему поверхность. Принцип его действия основан на измерении количества тепла, поэтому в основе устройства лежат термобатареи, создающие электрическое напряжение на основе разницы температур через эффект Зеебека.

Что это такое?

Прибор пиранометр (перейти к товарам) используется для измерения рассеянной солнечной радиации, падающей на поверхность. Обычно он представляет из себя блюдцеобразное устройство, которое работает через измерение количества фотонов, воздействующих на составляющую устройства. В зависимости от типа составляющей, пиранометры бывают физическими и химическими — они устроены несколько по-разному, хотя в обоих случаях не требуют питания. Измерение происходит через непосредственное воздействие солнечной радиации на чувствительный датчик.

В СССР самой популярной моделью был пиранометр Ю. Д. Янишевского — солнечную радиацию в нём принимала термоэлектрическая батарея, состоящая из последовательно соединённых константановых и манганиновых полосок. Нечётные спаи покрывались магнезией, чётные — сажей, и поскольку солнечный свет поглощается этими поверхностями по-разному, между ними возникала разность температур с появлением термоэлектрического напряжения. Впоследствии достаточно было измерить его гальванометром — он будет противоположен падающей на прибор солнечной радиации. Сверху пиранометр Янишевского накрывался стеклом, чтобы защитить его от инфракрасного излучения.

Лучше всего прибор работает в условиях, когда солнце расположено в зените, при этом замеры можно производить под разными углами.

Основные современные виды

Можно условно разделить пиранометры на два типа.

• Химические используют раствор чувствительных к нагреву и свету химических веществ, с помощью которых становится возможным измерение электромагнитного излучения. Процесс осуществляется за счёт квантового выхода, определяющего количество излучения по уровню поглощаемой солнечной радиации. К наиболее распространённым в химических пиранометрах веществам относятся монохлорускусная кислота, ферриоксалат калия, лейкоцианид малахитового зелёного.
• Физические имеют в своём устройстве фотодиоды, термобатареи, болометры. Так, фотодиоды и термобатареи преобразуют тепло в электрический ток, а потом измеряют выходное напряжение (по такому принципу работал популярный в СССР пиранометр Янишевского). Болометры оснащены тонким металлическим слоем, который прикрепляется к радиатору, постоянно поддерживающему определённую температуру.

Подбор конкретного устройства зависит от множества факторов.

Сферы использования

Приборы востребованы во всех областях, где требуется измерение рассеянной радиации солнца, преимущественно — в энергетике и метеорологии. Их применяют в строительстве, в промышленности, в материаловедении, особенно моноблоки из двух устройств, называемые альбедометрами (перейти к товарам).

Альбедометры позволяют изучать плоское альбедо, отражённую от поверхности радиацию. Это можно сделать и с одним пиранометром, но тогда придётся проворачивать его на 180º, что увеличит время исследования.

Пиранометр

прибор для измерения суммарной и рассеянной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность. Для измерения только рассеянной радиации применяется экран, затеняющий прибор от прямых лучей солнца. В СССР принят пиранометр Ю. Д. Янишевского (рис.), в котором приёмником радиации служит термоэлектрическая батарея, составленная из манганиновых и константановых полосок, соединённых последовательно. Чётные спаи термобатареи покрываются сажей, а нечётные — белой магнезией. Солнечная радиация поглощается сажей в большей степени, чем магнезией, поэтому между спаями возникает разность температур и возбуждается термоэлектрический ток, пропорциональный падающей радиации, который измеряется гальванометром. Термобатарея защищена от действия инфракрасной радиации атмосферы, ветра и осадков стеклянным колпаком. Для получения абсолютных величин радиации П. проверяется по абсолютному Пиргелиометру.

Лит.: Янишевский Ю. Д., Актинометрические приборы и методы наблюдений, Л., 1957.

Т. В. Евневич.

Пиранометр Янишевского (внешний вид).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Синонимы:

Смотреть что такое «Пиранометр» в других словарях:

• пиранометр — пиранометр … Орфографический словарь-справочник
• ПИРАНОМЕТР — (от греч. pyr огонь ano наверху и . метр), прибор (обычно термоэлектрический) для измерения интенсивности солнечной радиации, суммарной или рассеянной … Большой Энциклопедический словарь
• пиранометр — сущ., кол во синонимов: 1 • фотопиранометр (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
• ПИРАНОМЕТР — (от пиро. греч. ano наверху и metreo измеряю), прибор для измерения интенсивности солнечной энергии (суммарной или рассеянной). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю.… … Экологический словарь
• пиранометр — Прибор для измерения поверхностной плотности потока Q солнечного излучения; при горизонтальной установке, может использоваться для измерения глобального солнечного излучения [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики… … Справочник технического переводчика
• Пиранометр — Современный пиранометр. Видны основные части прибора: двойной стеклянный колпак, металлический корпус, черный датчик, противосолнечный экран, регулируемая по высоте ножка. Диаметр колпака 40 мм. Пиранометр (греч … Википедия
• пиранометр — (от греч. pýr огонь, ánō наверху и . метр), прибор (обычно термоэлектрический) для измерения интенсивности солнечной радиации, суммарной или рассеянной. * * * ПИРАНОМЕТР ПИРАНОМЕТР (от греч. pyr огонь, ano наверху и греч. metron мера, metreo… … Энциклопедический словарь
• пиранометр — (гр. pyr огонь + аno наверху + . метр) прибор для измерения рассеянной (идущей от небесного свода) или суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации (см. также пиргелиометр). Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. пиранометр а,… … Словарь иностранных слов русского языка
• пиранометр-альбедометр — пиранометр альбедометр, пиранометра альбедометра … Орфографический словарь-справочник
• Пиранометр — м. Прибор для измерения интенсивности солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Виды и принцип действия пирометров

Если прикасаться к объекту небезопасно или он находится в труднодоступном месте, то для измерения температуры можно воспользоваться специальным детектором. При риске утечки тепла или холода, разрыва теплоизоляции, замеры производят дистанционно.

На рынке представлен большой выбор пирометров для проверки поверхностей из разных материалов. Из статьи вы узнаете, какие существуют виды, их принцип работы и функционал. Это поможет определиться с выбором модели.

Сферы применения

• Металлообработка.
• Электро- и теплоэнергетика.
• Строительство.
• Оценка работы электрооборудования.
• Пищевая промышленность.
• Проверка рефрижераторного оборудования.
• Контроль температуры у человека.
• Оценка объектов инфраструктуры.
• Контроль соблюдения условий хранения.

Пирометры бесконтактные востребованы на производствах с большим количеством нагревательного оборудования. В строительной сфере и теплоэнергетике высокотемпературные модели задействуют для определения теплопотерь элементов и конструкций, выявления повреждений теплоизоляционного слоя. В промышленности с помощью бесконтактных инфракрасных приборов дистанционно анализируют температуру различных процессов.

Бесконтактное устройство позволяет измерять на расстоянии, а контактный пирометр (градусник) обязательно прикладывается к объекту. Электрики такими измерителями проверяют нагрев проводов в местах соединения. В автосервисах приборами оценивают нагрев деталей. Устройства необходимы в опытных и исследовательских лабораториях для проверки параметров тел и веществ.

В быту бесконтактным методом определяют нагрев тела, пищи и воды для купания (детский инфракрасный пирометр).

Виды пирометров

В зависимости от функционала различают несколько типов устройств.

По основному принципу действия приборы делят на:

• Оптические — работают в спектре видимого света и ИК-излучения.
• Радиометры или пирометры инфракрасные — применяют радиационный способ для инфракрасных волн. Это устройства полного излучения нагретого тела, которое включает видимое и невидимое испускание лучей. Для точности измерений в радиационных пирометрах применяют лазер.

Оптические пирометры делятся на:

• Яркостные — сравнивают цвет излучения объекта и встроенной нити.
• Цветовые (мультиспектральные) — сравнивают яркость объекта в разных областях спектра.

Пирометры спектрального отношения определяют цветовую температуру объекта относительно интенсивности излучения в двух участках гаммы. Показания приборов не зависят от излучаемой способности предмета, на точность не влияет запыленность, задымленность пространства.

Модели частичного излучения относятся к оптическим, которые определяют температуру по интенсивности лучей с заданной длиной волны. Фотоэлектрические пирометры или ПЧИ непрерывно измеряют и регистрируют данные в автоматическом режиме.

Оптические с исчезающей нитью измеряют энергию монохроматического излучения. Это яркостная температура при фиксированной длине волны. При измерении согласно схеме оптического пирометра сравнивают яркость тела и исчезающей нити фотометрического источника при длине волны 65 мкм.

В зависимости от коэффициента излучения разделяют фиксированные и переменные. По применяемому способу наведения на цель выпускают лазерные пирометры, а также устройства с оптическим прицелом.

По возможностям перемещения выделяют:

• Стационарные — используются при изготовлении средств производства. Они обеспечивают постоянный контроль производственных процессов.
• Мобильные или переносные — для бытовых нужд, когда требуется быстрое измерение. Портативные приборы обладают высоким оптическим разрешением. Можно приобрести настенные приборы для коллективного пользования сотрудниками предприятия.

В зависимости от измеряемого диапазона приборы делят на:

• Высокотемпературные — от 400ºС и выше.
• Низкотемпературные — подходят для измерения низких температур от -50ºС.

Принцип работы

Нагретые объекты выступают источниками инфракрасного излучения. При этом существует прямая связь — чем сильнее нагрето тело, тем мощнее излучение. Люди не видят ИК-излучение, а пирометры инфракрасные определяют лучи, и по их интенсивности устанавливают температуру предмета.

Работа визуального пирометра основана на определении температуры объекта по тепловому излучению. Такие возможности устройства позволяют контролировать перепады значений и регулировать температурные показатели бытовых и промышленных объектов, в различных частях и деталях.

Инфракрасный температурный бесконтактный термометр улавливает тепловое излучение от нагретого предмета, фокусирует его чувствительной частью, соединенной с приемником.

Если установлена термопара, при нагреве приемника меняются параметры напряжения. Когда используется полупроводник, оценивают изменения сопротивления. Данные преобразуются в температурные показания.

Чтобы провести измерение, прибор наводят на объект, приводят в действие и фиксируют результат. С помощью специальной кнопки можно выбирать формат — шкала по Цельсию или Фаренгейту.

Устройством измеряют температуру по отраженному излучению. Это удобно при контроле параметров труднодоступных деталей. Нет необходимости иметь доступ к нагретой детали, достаточно воспользоваться отражением в зеркале.

На результат влияют отражающие способности материала — чем они выше, тем больше погрешность. Для исключения ошибок учитывают коэффициент эмиссии, который необходимо ввести перед началом измерения.

Функция ввода присутствует не в каждой модели. Простые модификации предназначены измерения температурных показателей из определенных материалов, которые нужно выбрать из меню.

Особенности работы

На точность показаний не влияет расстояние между пирометром и объектом. При этом прибор должен применяться для диапазона, обозначенного в инструкции.

Предметы и тела отражают не только свое инфракрасное излучение, но и от рядом расположенных поверхностей. При этом отраженное инфракрасное излучение не показывает настоящую температуру. Бесконтактный прибор не различает излучаемые и отраженные волны.

Для точности измерений необходимо произвести настройку с учетом особенностей исследуемого объекта. Для этого у приборов есть переключатель коэффициента излучения. Он компенсирует отраженное излучение, которое снижает точность показаний. При настройке можно обращаться к таблицам с коэффициентами для разных поверхностей.

Строение и функционал пирометра

Основой измерителя является лазерный детектор ИК-излучения. Конструкция состоит из корпуса и объектива, своим видом она напоминает пистолет с дисплеем.

Прибор отличается компактной панелью управления, имеет лазерную наводку и обеспечивает точность измерений. Информация, поступающая в пирометр, преобразуется и отражается на экране.

Принцип работы определяет функциональные возможности устройства:

• Определение температурных показателей у удаленных объектов, а также находящихся в движении деталей.
• Проверка температуры объектов, которые находятся под напряжением.
• Экспресс-оценка изменений температуры поверхности.
• Обследование объектов с низкой теплопроводностью, теплоемкостью.

Пользоваться пирометром удобно в быту и в промышленной сфере. Инструмент достаточно навести на объект, нажать и удерживать «курок». Измерение температуры и фиксация на дисплее выполняются за несколько секунд.

Поле прицеливания не должно быть большим, чтобы пятно видимости прибора не выходило за границы предмета, температуру которого измеряют. При этом, чем меньше размер измеряемого пятна, тем меньше лучей проходит через устройство. Поэтому требуется более чувствительный сенсор.

Характеристики пирометров

Оптическое разрешение — это соотношение между удаленностью объекта и диаметром пятна измерений. Данный показатель определяет функционал устройства и его стоимость. В некоторых моделях предусмотрена настройка температуры — максимальной, минимальной или средней.

Благодаря наличию функции непрерывного замера температуры приборы могут определять места тепловой утечки и неисправных электрических элементов. Пирометры бесконтактные перемещают по поверхности и отслеживают изменения.

Диапазон температур — минимальная и максимальная отметка определяемых значений. При выборе прибора необходимо учитывать температуру объектов, которые планируется исследовать. Бытовые модели рассчитаны на измерение от -50 до +500 ºС. Чем выше диапазон, тем дороже устройство.

Время отклика — важный параметр, если необходимо производить много измерений, либо при быстрых изменениях температуры. Профессиональные модели имеют скорость отклика 0,15 сек, это позволяет выполнять большой объем работы в минимальные сроки. Для бытовых вариантов достаточно быстродействия в 1 сек.

В зависимости от модификации современные приборы обладают следующим функционалом:

• Встроенной памятью для хранения проведенных замеров.
• Функцией определения минимальной и максимальной температуры при нескольких измерениях.
• Звуковой сигнализацией при достижении выставленного порогового значения.
• USB для подключения к компьютеру или переноса данных на флеш-накопитель.

Для консультации по выбору прибора предлагаем обратиться к нашим специалистам. Вы можете позвонить нам или оставить заявку на сайте geon.ru.