Термоэлектрический пиранометр Янишевского

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)

а)

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.