АКТИНОМЕТРИЧНІ ВИМІРИ
Мета роботи: Ознайомлення з пристроєм та принципом дії основних актинометричних приладів, що використовуються для визначення інтенсивності сонячної радіації та тривалості сонячного сяйва.
Обладнання: термоелектричний актинометр Савинова-Янішевського (АТ-50), піранометр Янішевського (М-80), альбедометр, гальванометр ГСА – 1, геліограф, балансомір (М – 10).
ОСНОВНІ АКТИНОМЕТРИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Інтенсивність променистої енергії в практичній актинометрії виражається кількістю тепла в калоріях, що надходить в 1 хв на 1 см 2 поверхні (кал/см 2 -хв), у Міжнародній системі одиниць СІ - у ватах на 1 м 2 (Вт /м 2 ) або в міліватах на 1 см 2 (мВт/см 2 ): 1 кал/см 2 ∙хв = 69,8 мВт/см 2 , а 1 мВт/см 2 = 0.01433кал/см 2 хв.
Тривалість сонячного сяйва - час, протягом якого земна поверхня висвітлюється прямою сонячною радіацією, - виражається в годинах за добу, а також у відсотках від найбільшої величини, тобто від тривалості денного часу в даний період.
Прилади для вимірювання променистої енергії
Основними актинометричними приладами є:актинометр,піранометр (альбедометр ),балансомір. Всі ці прилади ґрунтуються на загальному принципі. Променева енергія, поглинена чутливим елементом (зазвичай зачорнена пластинка), перетворюється на теплову енергію з подальшим перетворенням термопари в електричну енергію (ЕРС), що вимірюється гальванометром. У результаті інтенсивності променистої енергії судять за величиною відхилення стрілки гальванометра.
Приймачем термоелектричних приладів є термобатареї зі спаїв двох металів (рис. 4, 5).
| Мал. 4 Схема термоелектричного приймача | Мал. 5. Схема термозірочки актинометра. |
Різниця температур спаїв створюється внаслідок різної поглинальної здатності спаїв чи приміщення спаїв у різні радіаційні умови. У першому випадку (рис. 4) спай 1 покривається платиновим чернем або сажею, а спай 2-окис магнію (білий колір). В результаті різного нагрівання виникають різниці температур спаїв, завдяки чому утворюється термострум. Його вимірюють гальванометром 3. У другому випадку (рис. 5) різниця температур спаїв досягається шляхом затінення одних (спай 3) та опромінення інших (спай 2) сонячною радіацією. Так як різниця температур спаїв обумовлюється сонячною радіацією, що приходить, то інтенсивність її буде пропорційна силі термоелектричного струму.
Термоелектричний актинометр АТ - 50(рис. 6) призначений для вимірювання інтенсивності прямої сонячної радіації на перпендикулярну до променів поверхню.
Чутливість актинометра АТ-50 становить 8-11мВ на 1 кВт/м². Інерція – 25 с. Актинометр розрахований працювати при температурі навколишнього повітря від – 60 до + 60 °З.
| Мал. 6. - Актинометр Савинова-Янішевського АТ-50 1 – кришка; 2, 3 -гвинти; 4 - вісь відмін; 5-екран; б-рукоятка; 7-трубка; 8 - вісь світу; 9 - сектор широт; 10 - стійка; 11 - основа. |
У термоелектричному актинометрі Савинова—Янишевскогоприймальна частина є трубку, в ковпаку якої знаходиться приймач радіації, виконаний у вигляді диска діаметром 11 мм із срібної фольги, зачорненої з боку, зверненої до Сонця. До нього через ізоляцію приклеєні непарні активні спаї термобатареї. Парні пасивні спаї термобатареї приклеєні через ізоляцію до мідного кільця в корпусі приладу. Під впливом сонячноїрадіації виникає електричний струм, за силою якого визначають інтенсивність радіації.
Термоелектричний струм, що виникає, пропорційний різниці активних і пасивних спаїв, вимірюється гальванометром (рис. 7).
Рекомендації щодо проведення змін:
1. Встановити прилад спостережень з орієнтацією стрілки північ.
2. Послабити гвинт 2 та встановити широту Воронежа на секторі широт.
3. Послабити гвинт 3 і обертанням рукоятки 6 націлити вимірювальну трубку 7 на Сонце. Далі обертанням рукоятки вести трубку за Сонцем.
Вісь 8 і ручка 6 орієнтовані по осі світу, і тому обертанням ручки 6 можна вести трубку за Сонцем.
4. Підключити гальванометр до актинометра.
5. Визначити місце нуля на гальванометрі, для чого надіти на трубку 7 актинометра кришку 1 і через 25сек взяти відлік на гальванометрі.
6. Зняти кришку з трубки і зробити відліки (2 -3) за шкалою гальванометра з інтервалом 10-15 с (N1, N2, N3) і температуру за гальванометром. Після спостережень пристрій закривають кришкою футляра.
7. Внести поправки та обчислити виправлений відлік за шкалою гальванометра:Nісп = Nср + ΔN + N0 + Nt (1)
деNср - середній відлік,ΔN - шкалова поправка,N0 - місце нуля,Nt - поправка на температуру гальванометра.
Поправки беруться із перевірочного свідоцтва.
8. Визначити інтенсивність прямої сонячної радіації на перпендикулярну до променів поверхню визначається:
S = a Nісп, (2)
де а – переказний множник (з перевірочного свідоцтва).
Стрілковий актинометричний гальванометр ГСА - 1 (рис. 7).
| Мал. 7. Стрілецький актинометричний гальванометр ДСА - 1 | Значення інтенсивностіпрямий радіації виміряної актинометром визначають за шкалою гальванометра, для чого кількість поділів шкали за допомогою коефіцієнта переводять в калорії на см 2 хв або в Вт/м 2 . Коефіцієнт береться із спеціальної таблиці, що додається до приладу. Для отримання більш правильного виміру по гальванометру роблять від 3 до 5 відліків з інтервалом між ними в 20-25 секунд (закриваючи тим часом трубу актинометра кришкою). Відліки проводяться з точністю до 0,1 розподілу. |
Для вимірювання інтенсивності сумарної та розсіяної сонячної радіації служитьпіранометр ЯнішевськогоМ-80 (рис. 8). Чутливість головки піранометра становить 10-16 мВ на 1 кВт/м². Інерція – 40с. Піранометр розрахований працювати при температурі повітря від – 60 до + 60°С. Основною частиною приладу є пиранометрична головка 1, в якій знаходиться приймач радіації у вигляді платівки з чорними та білими полями на кшталт шахової дошки. Для захисту від вітру та опадів над приймачем закріплений напівсферичний скляний ковпак. Зі зворотного боку платівки до чорних і білих полів приклеєні спаї термобатареї. Чорні і білі поля по-різному поглинають променисту енергію, що поступає, і відповідно цьому, чорні поля набувають більш високу температуру, ніж білі. В результаті, між чорними та білими спаями термобатареї утворюється електрорушійна сила (ЕРС), пропорційна інтенсивності радіації. ЕРС вимірюється гальванометром.
| Мал. 8. Піранометр Янішевського М-80М: 1-головка М-115М; 2 – стопорна пружина; 3 – шарнір затінювача; 4 – настановний гвинт; 5- основа; 6 – шарнір відкидного штатива; 7 – рівень; 8 – гвинт; 9 – стійка із осушувачем усередині. |
Установка. Піранометрична головка встановлюється горизонтально за рівнем здопомогою гвинтів 4. До Сонця піранометр завжди повертають однією і тією ж стороною, позначеною номером на головці. Для повороту головки піранометра номером до Сонця гвинт 4 трохи послаблюють і в такому положенні закріплюють.
Для вимірювання розсіяної сонячної радіації виключають пряму сонячну радіацію затінення термоприймача. Затінник - це диск діаметром 85 мм, укріплений на стрижні довжиною 485 мм так, що тілесний кут, що утворюється диском, становить 10°.
Сумарну радіацію вимірюють при незатіненому приймачі радіації. При затіненні приймача піранометра тіньовим екраном вимірюється розсіяна радіація.
Для визначення нульового положення стрілки гальванометра, а також захисту скляного ковпака від пошкодження головку піранометра закривають металевою кришкою.
Рекомендації щодо проведення змін:
1. Встановити піранометричну голівку горизонтально за допомогою гвинтів за рівнем.
2. Підключити гальванометр до піранометра.
3. Виміряти сумарну радіацію при незатіненому приймачі.
4. Виміряти розсіяну радіацію, для чого закрити термоприймач затінювачем.
5. Виміряти відбиту радіацію від поверхні, що підстилає. Для цьогоповернути головку піранометра вниз. При цьому поверхня приймача повинна знаходитися на висоті 1,5 м над поверхнею, що підстилає, а нахил останньої по відношенню до площини приладу повинен бути не більше 2°.
6. Обчислити альбедо підстилаючої поверхні:
A = R/Q (3)
7. Обчислити інтенсивність прямої сонячної радіації на горизонтальну поверхню (інсоляцію). Вона визначається як різниця показань відкритого та затіненого піранометра (альбедометра):
S' = Q - D (4)
Похідний альбедометр (рис.9) призначений для вимірювання тих же актинометричних характеристик, що і піранометр М-80, має таку ж піранометричну голівку, але встановлену на карданному підвісі, що самовстановлюється, що забезпечує горизонтальне положення площини приймача, як при положенні вгору, так і вниз.
| Карданний підвіс складається з двох металевих кілець 1 і 2. Внутрішнє кільце 1 через півосі 5 і 6 має свободу обертання всередині зовнішнього кільця 2. зміщених щодо півосей 5 та 6 на 90 градусів. | |
| Мал. 9. Альбедометр похідний: а – положення вгору; б - положення вниз |
Щоб трубка була у прямовисному положенні, всередині неї на стрижні ковзає спеціальний вантаж, який при поворотах приладу завжди пересувається вниз. Таким чином, альбедометр має подвійний ступінь свободи обертання, що призводить до його автоматичного горизонтального положення під дією сили тяжіння. Головка альбедометра 8 нагвинчується на трубку 7, яка по пазах може ковзати вгору-вниз усередині кільця 1. У розібраному вигляді прилад кріпиться на підставі металевого футляра.
Поворотом рукоятки на 180° приймач може бути звернений вгору для вимірювання короткохвильової радіації, що приходить, і вниз для вимірювання відображеної довгохвильової радіації.
Спостереження за похідним альбедометром виробляються так само, як і по піранометру.
Для вимірювання радіаційного балансу використовуєтьсятермоелектричний балансомір(рис. 10). Чутливість балансоміра 5-6 мВ на 1кВт/м². Інерція – 12 с. Балансомір розрахований працювати при температурі повітря від – 60 до + 60 °З.
| Мал. 10.Термоелектричний балансомір | Приймачем балансоміра служать дві зачорнені тонкі мідні пластинки 1 і 2, що мають форму квадрата зі стороною 48мм. З внутрішньої сторони до них приклеєні через паперові прокладки спаї 3, 4 термобатареї. Спаї утворені витками намотаної на мідний брусок 5 константанової стрічки. Кожен виток стрічки наполовину сріблястий. Початок і кінець срібного шару є термоспаями. парні спаї, підклеєні до верхньої платівки, а непарні - до нижньої. Вся термобатарея складається з десяти брусків, кожен з яких намотано 32—33 витка. |
Приймач балансоміра поміщений в корпус 6, що має форму диска діаметром 96мм і товщиною 4мм. Корпус з'єднаний з рукояткою 7 через яку пропущені висновки 8 від термобатареї.
Балансомір за допомогою шарових шарнірів 9 встановлюється на панельці 10. До панельки приєднується також на шарнірах стрижень 11з екраном 12, який захищає приймач від прямих сонячних променів, що підвищує точність вимірювань. У цьому випадку інтенсивність прямої сонячної радіації необхідно вимірювати окремо актинометром. Чохол 13 захищає балансомір від опадів та пилу.
Установка. Прилад прикріплюють панелькою до кінця дерев'яної рейки на висоті 1,5 м від землі. Приймач його встановлюють горизонтально завжди однією і тією ж приймальною стороною вгору, зазначеною на приладі цифрою 1. Виводи з термобатар підключають до гальванометра.
Геліограф універсальний ГУ (рис. 11) служить для реєстрації тривалості сонячного сяйва, тобто проміжків часу, протягом яких світило Сонце. Принцип дії геліографа ґрунтується на пропалюванні паперових стрічок (рис. 12) сонячними променями, зібраними у фокусі скляної кулі.
| Мал. 11. Геліограф | Мал. 12. Стрічки геліографа |
Стрічку змінюють, навіть якщо на ній не виявиться слідів пропалу (хмарні дні). Під час зміни стрічок шар геліографа затіняють. На звороті кожної стрічки відзначають порядковий номер (починаючи з 1-го числа кожного місяця), назва метеостанції, рік, місяць, число, час у годинах та хвилинах, коли стрічка була встановлена та вийнята.
Обробка стрічок. Тривалість сонячного сяйва визначають за пропалюванням стрічок геліографа за кожну годину в десятих частках години і заносять у відповідні таблиці. Якщо пропаг поширився на весь поділ, записують цілу годину, якщо на половину поділу, записують 0,5 год. Підсумовуючи тривалість сонячного сяйва за кожну годину, одержують добову тривалість сонячного сяйва. Знаючи кількість годинника сонячного сяйва за окремі дні, можна визначити тривалість сонячного сяйва за будь-який період (декаду, місяць, вегетаційний період, рік).
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
">