Термоэлектрический актинометр м-3 (ат-500)

Для измерения прямой солнечной радиации используется один из двух приборов – компенсационный пиргелиометр или термоэлектрический актинометр. Компенсационный пиргелиометр является абсолютным прибором, т.е. основанным на сравнении двух значений одной физической величины. Нагрев черной пластины, вызванный солнечной радиацией, сравнивается с нагревом точно такой же пластины, вызванным электрическим током. Регулируя значение электрического тока, наблюдатель добивается выравнивания температур обеих пластин, после чего значение радиации однозначно связано с протекающим по пластине током и легко может быть определено расчетным путем. Достоинство абсолютных приборов состоит в том, что они не требуют градуировки. В практических измерениях пиргелиометр употребляется редко – процесс измерений слишком длительный, поэтому его используют лишь для градуировки относительных приборов, одним из которых является термоэлектрический актинометр М-3.

В относительных приборах измеряемая величина преобразуется в другую физическую величину, измерение которой не представляет трудностей - например, в электрический ток. В отличие от абсолютных, относительные приборы требуют предварительной градуировки. Их достоинством является оперативность процесса измерения. Принцип действия термоэлектрического актинометра основан на поглощении прямой солнечной радиации зачерненным диском, соединенным с нечетными спаями термобатареи. Четные спаи термобатареи соединены с медным кольцом, находящимся в тени. Медное кольцо имеет температуру окружающего воздуха, а черный диск нагрет до несколько большей температуры, так как на него падает прямая солнечная радиация. Легко показать, что разность температур спаев термобатареи определяется значением прямой солнечной радиации. С другой стороны, термобатарея преобразует эту разность температур в электрический ток, измеряемый гальванометром. Таким образом, ток находится в прямой зависимости от прямой солнечной радиации.

Устройство термоэлектрического актинометра показано на рис. 2.

Приемником радиации служит диск из серебряной фольги (1), зачерненный со стороны, обращаемой к солнцу. С другой стороны диска через изолирующую прокладку приклеены нечетные спаи термобатареи (3), состоящей из 52 элементов, соединенных последовательно. Четные спаи термобатареи подклеены через изолирующую прокладку к медному кольцу (2). Элементы термобатареи состоят из манганиновых и константановых полосок, изолирующие прокладки сделаны из папиросной бумаги, пропитанной шеллаком. Выводы термобатареи соединены проводами с гальванометром. Вся эта конструкция помещена в металлический кожух (5) - цилиндр, внутри которого вставлены последовательно сужающиеся диафрагмы (4). Благодаря им световой поток падает только на зачерненный диск (1).

б)

Рис. 2. Термоэлектрический актинометр М-3 (АТ-50).

1 - зачерненный диск, 2 - медное кольцо, 3 - термобатарея, 4 - последовательно сужающиеся диафрагмы, 5 - металлический цилиндр (корпус), 6 - отверстие в диске для наведения актинометра на солнце.

Для нацеливания актинометра на солнце предусмотрено отверстие в ободке трубы (6) и точка на корпусе прибора. При точной наводке световой луч, пройдя через отверстие (4), должен попасть в точку.

Установка актинометра осуществляется поворотом винтов штатива, на котором закреплен сам актинометр. Иногда для автоматического поворота актинометра при движении солнца по небу применяется гелиостат (см.ниже).

Градуировка актинометра проводится вместе с гальванометром или без него. Во втором случае в паспорте прибора указывается величина его чувствительности, т.е. изменение ЭДС термобатареи при единичном изменении (на 1 кВт/м²) потока радиации. В первом случае обычно указывают переводной множитель актинометра – k , зная который можно по показаниям гальванометра определить величину прямой солнечной радиации по формуле:

(1)

где – показания гальванометра в делениях при измерении, – показания гальванометра при закрытой крышке (место нуля), k – переводной множитель, имеющий размерность кВт/м²·дел.

Легко понять, что переводной множитель зависит от типа применяемого гальванометра – при замене гальванометра другим переводной множитель изменяется. Поэтому в актинометрических измерениях используют гальванометры стандартного типа ГСА-1м.

Переводной множитель актинометра зависит также от температуры прибора. Эта зависимость обусловлена двумя причинами – во-первых, от температуры зависит чувствительность гальванометра, во-вторых, изменяется теплоотдача дисков, к которым приклеены спаи термобатареи. Обычно первая причина является определяющей. Поэтому при градуировке актинометра без гальванометра чувствительность его сообщается без учета температурной зависимости. При измерении радиации – разумеется, с помощью гальванометра – вводится поправка на температуру, определяемая по специальной таблице.