Что такое пиранометр и его история создания
Пиранометр — это специализированный прибор для измерения суммарной и рассеянной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность. Его название имеет греческие корни: «pyr» означает «огонь», а «ano» — «наверху», что вместе с «метром» отражает суть его работы — измерение энергии, приходящей сверху от солнца. Изобретателем этого устройства является выдающийся шведский геофизик Андерс Кнут Ангстрем, который внес значительный вклад в изучение солнечной постоянной и активности. Он также возглавлял Шведское бюро погоды и метеорологический институт.
Принцип действия и конструкция
Ключевым элементом конструкции является специальный экран, который затеняет прибор от прямых солнечных лучей. Это позволяет проводить измерения исключительно рассеянной радиации, что важно для точного анализа.
Сердцем пиранометра служит термоэлектрическая батарея. Она состоит из последовательно соединенных полосок из манганина и константана. Четные спаи покрыты сажей для поглощения тепла, а нечетные — белой магнезией для отражения. Из-за разницы температур между спаями возникает термоэлектрический ток, величина которого прямо пропорциональна интенсивности падающего излучения. Этот ток измеряется с помощью чувствительного гальванометра.
Для защиты термобатареи от внешних воздействий используется стеклянный колпак. Он выполняет несколько функций: отсекает инфракрасное излучение атмосферы, а также предохраняет от влияния ветра и осадков. Для калибровки и проверки точности абсолютные значения радиации, полученные пиранометром, сравниваются с данными эталонного прибора — пиргелиометра.
Основное назначение пиранометров — измерение интенсивности солнечного излучения в широком спектре волн.
Типы и характеристики современных пиранометров
Современные приборы имеют разнообразное исполнение. Базовая конструкция включает в себя:
- Стеклянный купол (иногда двойной для лучшей защиты).
- Термостолбик, часто изготавливаемый из вороненой стали.
- Прочный корпус из анодированного алюминия или оксида алюминия.
Многие модели оснащены белым защитным экраном и регулируемыми креплениями для точной установки в горизонтальное положение. Рабочий температурный диапазон таких приборов очень широк — от -40 до +80 °C.
Черно-белый пиранометр
Этот тип прибора предназначен для измерения интенсивности излучения в диапазоне длин волн от 300 до 3000 нм. Его работа основана на регистрации разницы температур между специальными черными и белыми поверхностями. Для изоляции от влияния температуры окружающей среды используется защитный купол. Как и другие модели, он имеет систему креплений для точного горизонтирования.
Двойной пиранометр
Это более сложное устройство, применяемое не только для измерения интенсивности излучения (300–3000 нм), но и для решения других важных задач:
- Определение альбедо — отражающей способности земной поверхности.
- Расчет коротковолнового радиационного баланса.
Принцип его действия также основан на измерении температурного контраста между черными и белыми участками, защищенными куполом от внешних температурных воздействий. Двойной пиранометр работает в диапазоне от -40 до +60 °C и обладает высокой точностью: его погрешность обычно не превышает ±3% от измеренного значения.