Психрометрическая будка.

Психрометрическая будка служит для исключения влияния солнечной радиации и излучения окружающих предметов на показания приборов, установленных в ней, и представляет собой специальную жалюзийную будку. Она имеет четыре двойные стенки, состоящие из двух рядов наклонных деревянных пластинок (жалюзи), не прикасающихся друг с другом. Сквозь такие стенки воздух свободно проникает в будку, солнечные же лучи и осадки проникнуть не могут.

Рис. 2. Размещение метеорологических термометров в психрометрической будке.

Термометры помещаются в специальные устройства, обеспечивающие свободную циркуляцию воздуха. Температуру приземного слоя воздуха принято измерять всегда на высоте 2 м над поверхностью почвы.

Будка ориентируется на площадке так, чтобы ее дверца была обращена на север. Лесенка не должна касаться подставки.

Агрометеорологические посты

При выборе места для агрометеорологического поста придерживаются всех требований, предъявляемых к метеорологической площадке. Основная установка агрометеопоста — будка Селянинова, в которую помещают термометры для измерения температуры воздуха, и осадкомер. Аспирационный психрометр подвешивают на столбе возле будки (рис.3).

Рис. 3. План метеорологической площадки агрометеопоста.

1 — будка Селянинова, 2 — осадкомер, 3 — оголенный участок для почвенных термометров, 4 — снегомерная рейка, 5 — столб для аспирационного психрометра, 6 — ограда 7 — калитка.

Термометры для измерения температуры поверхности почвы и пахотного слоя размещают на оголенном участке. Зимой здесь устанавливают снегомерную рейку. Некоторые метеорологические наблюдения проводят за пределами площадки. Например, высоту снежного покрова, влажность почвы, испарение измеряют на полях колхозов и совхозов, атмосферное давление — в служебных помещениях метеорологических станций.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Актинометрические измерения

Цель работы: Ознакомление с устройством и принципом действия основных актинометрических приборов, используемых для определения интенсивности солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния.

Оборудование: термоэлектрический актинометр Савинова-Янишевского (АТ-50), пиранометр Янишевского (М-80), альбедометр, гальванометр ГСА - 1, гелиограф, балансомер (М - 10).

ОСНОВНЫЕ АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Интенсивность лучистой энергии в практической актинометрии выражается количеством тепла в калориях, поступающего в 1 мин на 1 см² поверхности (кал/см²-мин), в Международной системе единиц СИ — в ваттах на 1 м² (Вт/м²) или в милливаттах на 1 см² (мВт/см²): 1 кал/см²∙мин = 69,8 мВт/см², а 1 мВт/см² = 0.01433кал/см² мин.

Продолжительность солнечного сияния — время, в течение которого земная поверхность освещается прямой солнечной радиацией,— выражается в часах за сутки, а также в процентах от наибольшей величины, т. е. от продолжительности дневного времени в данный период.

Приборы для измерения лучистой энергии

Основными актинометрическими приборами являются: актинометр, пиранометр (альбедометр), балансомер. Все эти приборы основаны на общем принципе. Лучистая энергия, поглощённая чувствительным элементом (обычно зачернённая пластинка), преобразуется в тепловую энергию с последующим преобразованием посредством термопары в электрическую энергию (ЭДС), измеряемую гальванометром. В итоге об интенсивности лучистой энергии судят по величине отклонения стрелки гальванометра.

Приемником термоэлектрических приборов служат термобатареи из спаев двух металлов (рис. 4, 5).

Рис. 4 Схема термоэлектрического приемника	Рис. 5. Схема термозвездочки актинометра.

Разность температур спаев создается в результате различной поглотительной способности спаев или помещения спаев в разные радиационные условия. В первом случае (рис. 4) спай 1 покрывается платиновой чернью или сажей, а спай 2— окисью магния (белый цвет). В результате различного нагревания возникают разности температур спаев, благодаря чему образуется термоток. Его измеряют гальванометром 3. Во втором случае (рис. 5) разность температур спаев достигается путем затенения одних (спай 3) и облучения других (спай 2) солнечной радиацией. Так как разность температур спаев обусловливается приходящей солнечной радиацией, то интенсивность ее будет пропорциональна силе термоэлектрического тока.

Термоэлектрический актинометр АТ - 50 (рис. 6) предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность.

Чувствительность актинометра АТ-50 составляет 8 - 11мВ на 1 кВт/м². Инерция – 25 с. Актинометр рассчитан на работу при температуре окружающего воздуха от – 60 до + 60 °С.

Рис. 6. - Актинометр Савинова-Янишевского АТ-50 1 — крышка; 2, 3 —винты; 4 — ось склонений; 5 —экран; б—рукоятка; 7 —трубка; 8 — ось мира; 9 — сектор широт; 10 — стойка; 11— основание.

В термоэлектрическом актинометре Савинова—Янишевского приемная часть представляет собой трубку, в колпаке которой находится приемник радиации, выполненный в виде диска диаметром 11 мм из серебряной фольги, зачерненной со стороны, обращенной к Солнцу. К нему через изоляцию приклеены нечетные активные спаи термобатареи. Четные пассивные спаи термобатареи приклеены также через изоляцию к медному кольцу в корпусе прибора. Под влиянием солнечной радиации возникает электрический ток, по силе которого определяют интенсивность радиации.

Возникающий термоэлектрический ток, пропорциональный разности активных и пассивных спаев, измеряется гальванометром (рис. 7).

Рекомендации по проведению изменений:

1. Установить прибор для наблюдений с ориентацией стрелки на север.

2. Ослабить винт 2 и установить широту Воронежа на секторе широт.

3. Ослабить винт 3 и вращением рукоятки 6 нацелить измерительную трубку 7 на Солнце. Далее вращением рукоятки вести трубку за Солнцем.

Ось 8 и рукоятка 6 ориентированы по оси мира, и поэтому вращением рукоятки 6 можно вести трубку за Солнцем.

4. Подсоединить гальванометр к актинометру.

5. Определить место нуля на гальванометре, для чего надеть на трубку 7 актинометра крышку 1 и через 25сек взять отсчет на гальванометре.

6. Снять крышку с трубки и произвести отсчеты (2 -3) по шкале гальванометра с интервалом в 10—15 с (N₁, N₂, N₃) и температуру по гальванометру. После наблюдений прибор закрывают крышкой футляра.

7. Внести поправки и вычислить исправленный отсчет по шкале гальванометра: Nисп = Nср + ΔN + N0 + Nt (1)

где Nср - средний отсчет, ΔN - шкаловая поправка, N0 - место нуля, Nt - поправка на температуру гальванометра.

Поправки берутся из поверочного свидетельства.

8. Определить интенсивность прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность определяется:

S = a Nисп, (2)

где а – переводной множитель (из поверочного свидетельства).

Стрелочный актинометрический гальванометр ГСА - 1 (рис. 7).

Рис. 7. Стрелочный актинометрический гальванометр ГСА - 1

Значение интенсивности прямой радиации измеренной актинометром определяют по шкале гальванометра, для чего число делений шкалы при помощи коэффициента переводят в калории на см2 в мин или в Вт/м2. Коэффициент берется из специальной таблицы, прилагаемой к прибору. Для получения более правильного измерения по гальванометру делают от 3 до 5 отсчетов с интервалом между ними в 20-25 секунд (закрывая на это время трубу актинометра крышкой). Отсчеты проводятся с точностью до 0,1 деления.

Для измерения интенсивности суммарной и рассеянной солнечной радиации служит пиранометр Янишевского М-80 (рис. 8). Чувствительность головки пиранометра составляет 10-16 мВ на 1кВт/м². Инерция – 40с. Пиранометр рассчитан на работу при температуре воздуха от – 60 до + 60°С. Основной частью прибора является пиранометрическая головка 1, в которой находится приёмник радиации в виде пластинки с чёрными и белыми полями наподобие шахматной доски. Для защиты от ветра и осадков над приемником закреплен полусферический стеклянный колпак. С обратной стороны пластинки к чёрным и белым полям приклеены спаи термобатареи. Чёрные и белые поля по-разному поглощают поступающую лучистую энергию, и соответственно этому, чёрные поля приобретают более высокую температуру, чем белые. В результате, между чёрными и белыми спаями термобатареи образуется электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная интенсивности радиации. ЭДС измеряется гальванометром.

Рис. 8. Пиранометр Янишевского М-80М: 1- головка М-115М; 2 – стопорная пружина; 3 – шарнир затенителя; 4 – установочный винт; 5- основание; 6 – шарнир откидного штатива; 7 - уровень; 8 – винт; 9 – стойка с осушителем внутри.

Установка. Пиранометрическая головка устанавливается горизонтально по уровню с помощью винтов 4. К Солнцу пиранометр поворачивают всегда одной и той же стороной, отмеченной номером на головке. Для поворота головки пиранометра номером к Солнцу винт 4 слегка ослабляют и в таком положении закрепляют.

Для измерения рассеянной солнечной радиации исключают прямую солнечную радиацию затенением термоприёмника. Затенитель - это диск диаметром 85 мм, укреплённый на стержне длиной 485 мм так, что образуемый диском телесный угол составляет 10°.

Суммарную радиацию измеряют при незатенённом приёмнике радиации. При затенении приемника пиранометра теневым экраном измеряется рассеянная радиация.

Для определения нулевого положения стрелки гальванометра, а также для защиты стеклянного колпака от повреждения головку пиранометра закрывают металлической крышкой.