Pireliyometre ve piranometre kullanarak güneş radyasyonu ölçüm yöntemleri

Dünyayı sıcak tutmak için yeterli ısı enerjisi sağladığı için güneş nedeniyle yeryüzünde yaşamın sürdürüldüğünü hepimiz biliyoruz. Bu enerji, güneş tarafından genellikle güneş radyasyonu olarak adlandırılan Elektromanyetik radyasyon şeklinde verilir. Radyasyonun bir kısmı insanlar için faydalıyken bir başka radyasyon tüm yaşam için zararlıdır.

Güneş ışınımını dünyanın yüzeyine ulaştırmak için, emildiği, dağıldığı, yansıdığı ve iletildiği atmosferden geçmesi gerekir ki bu da enerji akısı yoğunluğunun azalmasına neden olur. Bu azalma çok önemlidir çünkü güneşli bir günde% 30'dan fazla kayıp meydana gelir ve bulutlu bir günde% 90'a kadar yükselir. Dolayısıyla atmosfer yoluyla dünya yüzeyine ulaşan maksimum radyasyon hiçbir zaman% 80'den fazla olmayacaktır.

Güneş akısının ölçülmesi çok önemlidir, çünkü yeryüzündeki yaşamın temeli ve elektronik, mahsul, ilaç, kozmetik vb. İle ilgili birçok ürünün yapımında kullanılır. Bu eğitimde güneş radyasyonu ve onun Ölçme ve ayrıca en popüler iki güneş enerjisi ölçüm cihazı olan Pyrheliometer ve Pyranometer hakkında bilgi edinecek.

Işın Radyasyonu ve Yaygın Radyasyon

Yüzeyde algıladığımız radyasyon, güneşin hem doğrudan radyasyonu hem de dolaylı radyasyonu. Doğrudan güneşten gelen radyasyon direkt radyasyondur ve buna ışın radyasyonu denir. Dünyanın yüzeyine her yönden gönderilen (moleküllerden, parçacıklardan, hayvan bedenlerinden vb. Yansıyan) saçılan ve yansıyan radyasyon, dolaylı radyasyondur ve difüz radyasyon olarak adlandırılır. Ve her ikisinin toplamı, ışın ve dağınık radyasyon, küresel radyasyon veya toplam radyasyon olarak tanımlanır.

Işın radyasyonu ile difüze radyasyon arasında ayrım yapmak önemlidir çünkü difüze radyasyon konsantre olamıyorken ışın radyasyonu konsantre edilebilir. Işın radyasyonunu ve dağınık radyasyonu ölçmek için kullanılan birçok güneş radyasyonu ölçüm cihazı vardır.

Şimdi aşağıdaki diyagramda elektromanyetik radyasyon spektrumuna bir göz atalım.

Tüm spektrumda, güneş akısını hesaplamak için yalnızca UV ışınlarından IR ışınlarına kadar olan dalga boylarını dikkate alıyoruz, çünkü güneşten gelen yüksek frekanslı dalgaların çoğu yüzeye ulaşmıyor ve IR sonrası düşük frekanslı radyasyon güvenilir değil. Dolayısıyla, güneş radyasyonu veya akısı genellikle UV ışınlarından IR ışınlarına ölçülür ve cihazlar da bu şekilde tasarlanır.

Güneş radyasyonu ölçüm cihazları iki tiptedir:

Pireliyometre
Piranometre

Bu enstrümanların çalışmasına geçmeden önce, cihazları tasarlarken kullanılan birkaç kavramı anlamanız gerekir. Şimdi bu kavramlara bakalım.

Siyah vücut radyasyonu

Siyah bir cisim, atmosfere herhangi bir şey yaymadan genellikle tüm radyasyonları emer ve siyah cisim emilimi daha mükemmel hale getirir. Gerçek şu ki, şimdiye kadar mükemmel bir siyah vücut yok, bu yüzden genellikle ikinci en iyiye razı oluyoruz. Siyah cisim radyasyonu emdikten sonra ısınır çünkü radyasyonun kendisi enerji olur ve emildikten sonra vücuttaki atomlardan çıkılır. Bu kara cisim, güneş radyasyonu ölçüm cihazlarında temel bir bileşen olarak kullanılır. Siyah gövdenin tersine, beyaz bir vücut, üzerine düşen tüm radyasyonu atmosfere geri yansıtır, bu nedenle yaz aylarında beyaz giysilerle daha rahat hissedeceğiz.

Termokupl

Termokupl, şekilde gösterildiği gibi farklı malzemeden yapılmış iki iletken kullanılarak yapılmış basit bir cihazdır.

Burada iki tel, iki bağlantı ile bir döngü oluşturmak için bağlanır ve bu bağlantılar 'A' ve 'B' olarak adlandırılır. Şimdi bir mum, "B" kavşağı yalnız bırakılırken "A" kavşağına yaklaştırılır. Mumun "A" noktasında birleşim noktasında olmasıyla, B bağlantısı oda sıcaklığında soğuk kalırken, sıcaklığı önemli ölçüde yükselir. Bu sıcaklık farkından dolayı, ' Seebeck etkisine' göre bağlantı noktalarında bir gerilim (potansiyel fark) belirir. Devre kapalı olduğundan, şekilde gösterildiği gibi devreden bir 'I' akımı akar ve bu akımı ölçmek için seri olarak bir ampermetre bağlayacağız. Döngüdeki akım 'I' büyüklüğünün sıcaklık farkı ile doğru orantılı olduğunu hatırlamak önemlidir.kavşaklarda, bu nedenle daha yüksek sıcaklık farkları, daha yüksek bir akım büyüklüğü ile sonuçlanır. Yani ampermetre okumasını alarak, kavşaklardaki sıcaklık farkını hesaplayabiliriz.

Şimdi temel konular ele alındıktan sonra, güneş radyasyonu ölçüm cihazlarının yapısına ve çalışmasına bakalım.

Pirheliometre Çalışması ve Yapısı

Pireliyometre, normal olayda doğrudan ışın radyasyonunu ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Dış yapısı, bir teleskop görüntüsünü yansıtan uzun bir tüp gibi görünüyor ve parlaklığı ölçmek için lensi güneşe yönlendirmemiz gerekiyor. Burada Pyrheliometer'ın çalışma prensibini ve yapısını öğreneceğiz.

Pireliyometrenin temel yapısını anlamak için aşağıda gösterilen şemaya bakın.

Burada mercek güneşe dönüktür ve radyasyon mercekten, tüpten geçecek ve sonunda altta bulunan siyah nesneye düşecektir. Şimdi tüm iç yapıyı ve devreyi daha basit bir şekilde yeniden çizersek, aşağıdaki gibi görünecektir.

Devrede, siyah cismin lensten düşen radyasyonu emdiği ve daha önce tartışıldığı gibi, mükemmel bir siyah cismin üzerine düşen herhangi bir radyasyonu tamamen emdiği, böylece tüpün içine düşen radyasyonun siyah nesne tarafından tamamen emildiği görülebilir. Radyasyon emildiğinde vücuttaki atomlar, tüm vücudun artan sıcaklığı nedeniyle uyarılır. Bu sıcaklık artışı aynı zamanda termokupl bağlantısı 'A' tarafından da yaşanacaktır. Şimdi , termokuplun yüksek sıcaklıkta 'A' bağlantısı ve düşük sıcaklıkta 'B' bağlantısı ile, termokuplun çalışma prensibinde tartışıldığı gibi , döngüsünde bir akım akışı gerçekleşir. Döngüdeki bu akım aynı zamanda seri halindeki galvanometreden de geçecek ve böylece bir sapmaya neden olacaktır. Busapma akımla orantılıdır ve bu da kavşaklardaki sıcaklık farkıyla orantılıdır.

Sapma ∝ Döngüdeki akım ∝ Bağlantılardaki sıcaklık farkı.

Şimdi galvanometredeki bu sapmayı devre yardımı ile sıfırlamaya çalışacağız. Sapmayı geçersiz kılmak için gereken tüm süreç aşağıda adım adım açıklanmaktadır.

İlk olarak, akım akışını başlatmak için devredeki anahtarı kapatın.
Akım şöyle akar,

Pil -> Anahtar -> Metal iletken -> Ampermetre -> Değişken direnç -> Pil.

Metal iletkenden geçen bu akımla sıcaklığı belli bir dereceye kadar yükselir.
Metal iletken ile temas halinde olan bağlantı 'B' sıcaklığı da yükselir. Bu, 'A' bağlantısı ile 'B' bağlantısı arasındaki sıcaklık farkını azaltır.
Sıcaklık farkındaki azalma nedeniyle, termokupl içindeki akım akışı da azalır.
Sapma akımla orantılı olduğundan galvanometrenin sapması da azalır.
Özetle şunu söyleyebiliriz- Galvanometredeki sapma, Metal iletkendeki akımı değiştirmek için reostayı ayarlayarak azaltılabilir.

Şimdi, galvanometre sapması tamamen geçersiz hale gelene kadar reostayı ayarlamaya devam edin. Bu gerçekleştiğinde, sayaçlardan voltaj ve akım okumaları alabilir ve siyah cisim tarafından emilen ısıyı belirlemek için basit bir hesaplama yapabiliriz. Siyah cisim tarafından üretilen ısı doğrudan radyasyonla orantılı olduğundan, bu hesaplanan değer radyasyonu belirlemek için kullanılabilir. Bu radyasyon değeri, baştan ölçmek istediğimiz doğrudan ışınlı güneş radyasyonundan başka bir şey değildir. Ve bununla, Pyrheliometer'ın çalışmasını sonuçlandırabiliriz.

Piranometre Çalışması ve Yapısı

Piranometre, hem ışın radyasyonunu hem de difüz radyasyonu ölçmek için kullanılabilen bir cihazdır. Başka bir deyişle, toplam yarı küresel radyasyonu ölçmek için kullanılır (ışın artı yatay bir yüzeyde yayılır). Burada Pyranometer çalışma prensibi ve yapısı hakkında bilgi edineceğiz .

Cihaz, amacına en uygun şekil olan bir UFO tabağına benziyor. Bu cihaz diğerlerinden daha popülerdir ve günümüzde güneş kaynak verilerinin çoğu onu kullanarak ölçülmüştür. Piranometrenin orijinal resmini ve iç yapısını aşağıda görebilirsiniz.

Burada çevredeki atmosferden gelen radyasyon cam kubbeden geçer ve aletin merkezinde bulunan kara cisim üzerine düşer. Daha önce olduğu gibi, tüm radyasyonu emdikten sonra vücudun sıcaklığı yükselir ve bu artış, doğrudan kara cismin altında bulunan Termokupl zinciri veya Termokupl modülü tarafından da deneyimlenecektir. Böylece modülün bir tarafı ısı emici nedeniyle sıcak, diğer tarafı soğuk olacaktır. Termokupl modülü bir voltaj üretir ve bu, çıkış terminallerinde görülebilir. Çıkış terminallerinde alınan bu voltaj, bir termokupl prensibine göre sıcaklık farkı ile doğru orantılıdır.

Sıcaklık farkının siyah cisim tarafından emilen radyasyona bağlı olduğunu bildiğimiz için, çıkış voltajının radyasyonla doğrusal orantılı olduğunu söyleyebiliriz.

Önceki hesaplamaya benzer şekilde, toplam radyasyon değeri bu voltaj değerinden kolayca elde edilebilir. Ayrıca gölgeyi kullanarak ve aynı prosedürü izleyerek de difüz radyasyonu elde edebiliriz. Toplam radyasyon ve difüz radyasyon değeri ile ışın radyasyon değeri de hesaplanabilir. Dolayısıyla, Pyranometer kullanarak hem dağınık güneş radyasyonunu hem de toplam radyasyonu hesaplayabiliriz.