Прилади для вимірювання сонячної радіації

Для вимірювання всіх видів сонячної радіації на метеорологічних станціях та в польових умовах застосовують актинометричні прилади.

Актинометр Янішевського (рис.2.1) – для вимірювання інтенсивності прямої сонячної радіації (S). Він має провідник (послідовно спаяні стрічки манганіну і константану), складений у вигляді зірочки. Непарні спаї розміщені навколо центру, парні - на периферії. Перші підклеєні до нижнього боку тонкого зачорненого срібного диска. Кінці провідника виведені і підключаються до гальванометра. Спай установлений у трубку. В широкій частині трубки знаходиться мідне кільце. Якщо трубку спрямувати на сонце, то сріблястий диск освітлюється прямими сонячними променями, а мідне кільце залишається в тіні.

Непарні спаї більше нагріваються, ніж парні. Різниця температур тим більша, чим сильніша сонячна радіація. Термострум, що виникає, вимірюють за допомогою гальванометра.

Піранометр (мал.2.2) – для вимірювання розсіяної і сумарної радіації. Термобатарея піранометра складена із скріплених смужок манганіну і константану, розташованих у горизонтальній площині. Парні та непарні термоспаї розміщені групами і пофарбовані білою і чорною фарбою, в результаті утворюється пластинка – приймач із чергуванням білих та чорних квадратів, яка зверху закрита скляним ковпаком. Якщо на пластинку падають сонячні промені, то в провіднику виникає термострум, сила якого пропорційна інтенсивності діючої радіації. Таким чином вимірюється сумарна радіація (Q). Якщо приймач затінити від дії прямого сонячного випромінювання, то на нього діятиме тільки розсіяна радіація (Д).

Альбедометр (мал 2.3) – для вимірювання відбитої радіації (R_к). Альбедометр – це піранометр, конструктивно пристосований для вимірювання падаючої і відбитої сонячної радіації. Падаючу радіацію (Q) вимірюють при спрямуванні приймача вгору, а відбиту – при спрямуванні вниз. За формулою обчислюють альбедо (Ак).

Балансомір (рис.2.4) – для вимірювання радіаційного балансу (В). Приймач балансоміра складається з двох тонких пластинок – мідної та пофарбованої в чорний колір фольги. Пластинки розміщені паралельно, приклеєні відповідно до парних і непарних спаїв термобатареї і зачорненими поверхнями спрямовані в протилежні сторони.

Встановлюють балансомір горизонтально (поверхня однієї пластинки спрямована вверх, а другої - вниз). Різницю між потоками радіації зверху і знизу, тобто радіаційний баланс діяльного шару, покаже гальванометр, до якого прикріплений балансомір.

Геліограф (мал.2.5) – для вимірювання тривалості сонячного сяйва в годинах. Він складається з масивної скляної кулі 1, закріпленої на підставці 2, яка фокусує падаючі на неї сонячні промені. Фокус переміщується за рухом сонця. На шляху руху точки фокуса закріплена картонна стрічка 3 з поділками на години, яка встановлюється у пази чашки на підставці. Сонячні промені збираються у фокус і залишають пропалини на стрічці. За пропалинами визначають тривалість сонячного сяйва.

Люксметр (мал.2.6) – вимірює освітленість у люксах (лк). В ньому встановлений фотоелемент, змонтований разом з магнітно- електричним вимірювачем. Фотоелемент перетворює сонячну енергію безпосередньо в електричну, і вона по проводу передається на стрілку люксметра, яка рухається за шкалою.

Завдання для виконання в лабораторії

Завдання 1. Визначити інтенсивність прямої сонячної радіації.

Прилади та устаткування: актинометр, гальванометр (ГСА-1), енергонагрівальна лампа (замінює Сонце).

Порядок виконання

1. Вивчити будову актинометра і порядок підключення його до гальванометра.

2. Установити актинометр на лабораторному столі.

3. Увімкнути електронагрівальну лампу в розетку електромережі.

4. Спрямувати трубку актинометра на джерело світла (електролампу), відкрити кришку і приєднати актинометр до клем гальванометра (+) і С. Якщо при цьому стрілка гальванометра піде за нуль, провідники слід поміняти місцями.

5. Установити приймач актинометра перпендикулярно до джерела світла. Для цього трубку злегка повертати перед джерелом світла доти, поки не буде зафіксовано найбільше відхилення стрілки гальванометра.

6. Закрити трубку кришкою і через 1 хв зробити відлік нульового положення стрілки гальванометра (Н₀').

7. Зняти кришку з трубки і через 1 хв зробити перший відлік за гальванометром (Н₁), потім з інтервалом 10-15 с ще три відліки (Н₂, Н₃, Н ₄).

8. Закрити трубку кришкою і через 1 хв знову (вдруге) зробити відлік нульового положення стрілки гальванометра (Н₀¢¢).

9. Обчислити середню величину нульового положення стрілки гальванометра (Н₀): Н₀=(Н₀'+Н_о¢¢)/2.

10. Обчислити середню величину чотирьох вимірів (Н):

Н=(Н₁+ Н₂+ Н₃+ Н₄)/4.

11. У середнє значення показників гальванометра (Н) внести шкалову поправку (DН). Ці дані треба взяти з паспорта гальванометра (додаток 2). Після цього обчислити виправлений показ гальванометра за формулою:

.

12. Визначити фактичне відхилення (N):

.

13. Визначити інтенсивність прямої сонячної радіації (умовної) в кал/см²хв. Для цього покази гальванометра (N) помножити на перевідний множник (к=0,02), величину якого наведено в паспорті.

S=kN.

Завдання 2. Визначити величину сумарної та розсіяної радіації.

Прилади та устаткування: піранометр, гальванометр, джерело світла (замінює Сонце), годинник.

Порядок виконання

1. Вивчити будову піранометра і порядок підключення його до гальванометра.

2. Підключити через провідники піранометр до гальванометра згідно з позначками на клемах, а потім установити його горизонтально на лабораторному столі.

3. Увімкнути джерело світла і спрямувати його на піранометр (або злегка перемістити піранометр у коло освітленості).

4. Виконати послідовно операції, які описано в першому завданні від 6 до 13 пункту. Так дістанемо величину сумарної радіації (Q).

5. Зробити вимірювання величини розсіяної радіації. Для цього за допомогою екрана затінити приймальну частину піранометра.

6. Виконати послідовно операції, які описано в першому завдані від 6 до 13 пункту. Так дістанемо величину розсіяної радіації (Д).

7. Усі записи зробити в таблиці за такою формою:

Вид радіації

Відлік за гальванометром

Результати розрахунків

Радіація, кал/см^2хв

Н0'

H1

H2

H3

H4

Н0¢¢

Н0

H

ΔH

N

k

Пряма S

Сумарна Q

Розсіяна Д

Завдання для самостійної роботи

1. Визначити інсоляцію (додаток 3) на поверхні північного та південного схилів крутизною (a) 10º за таких умов:

Умова	В а р і а н т
S, Вт/м^2
h0

2. Обчислити кількість тепла, що поглинатиметься за таких умов:

Умова	В а р і а н т
S, Вт/м^2
Д, Вт/м^2
h0

3. Обчислити радіаційний баланс для зеленого насадження за наступними даними:

Умова	В а р і а н т
S¢, Вт/м^2
Д, Вт/м^2
А к ,%
Ез, Вт/м^2
Еа, Вт/м^2

4. Визначити фотосинтетичноактивну радіацію (ФАР) за вегетаційний період основних озимих культур і порід дерев на території України за такими даними:

Умова	В а р і а н т
åS^1, мДж/м^2
åД, мДж/м^2

Питання для самоконтролю

1. Основні види сонячної радіації. Одиниці їх вимірювання.

2. Прилади для вимірювання прямої, розсіяної, сумарної та відбитої радіації. Правила їх установки.

3. Основні складові поглинутої радіації вдень, коли ясно і вдень, при суцільній хмарності.

4. Що таке ефективне випромінювання?

5. Що таке радіаційний баланс або залишкова радіація? Основні складові радіаційного балансу вдень при ясній погоді та при суцільній хмарності, а також вночі.

Дата добавления: 2015-07-11