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精确简单地测量太阳辐射

 发布时间:2022-02-16 点击量:377

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为了帮助测量太阳辐射的环境研究人员改善他们的测量并简化他们的生活,坎贝尔科学公司和远地点仪器公司合作开发了太阳辐射传感器。这种传感器结合了黑体热电堆吡喃计和低端硅光电池吡喃计的特点。这CS320数字热电堆吡喃计提供高精度,同时保持与硅光电池设计的成本竞争力。

为什么太阳辐射很重要

获得太阳辐射的精确测量值对环境研究人员来说很重要,因为它会对他们对自然世界的理解产生重大影响。这种理解对于与该研究的各种利益相关者沟通通常是至关重要的。

例如,高估或低估太阳辐射会影响科学家开发的作物水分胁迫模型中的估计蒸散量,而种植者在经营业务时会使用这些模型。过高的估计可能会导致作物需水过多,耗尽稀缺或昂贵的资源。低估可能导致作物压力过大,不能正常生长。这两种情况都可能导致产量或作物质量下降,从而影响种植者的利润并影响我们的全球粮食来源。

精确度和天空条件

你知道吗,你的日射表的准确度可能会受到当前天空状况的显著影响?许多日射表使用硅光电池元件,对太阳光谱进行二次采样,而不是直接测量整个光谱。这种技术在晴天效果很好,因为传感器是在晴空条件下校准的,因此可以准确预测太阳总辐射。

不幸的是,这种技术在多云或阴天条件下也会导致错误。正如你在下图中看到的,多云的天气会导致太阳光谱的变化。硅电池探测器不能很好地解释多云天空下太阳光谱的变化,因为这种变化大部分发生在亚采样范围之外。

clear sky versus cloudy sky spectrum graph

单击图形查看更大的图像。数据来源由远地点仪器公司科学家马克·布隆奎斯特提供。

一些测量点可能很少有晴朗的天空,由阴天条件引起的误差可能高达硅电池传感器对短波辐射的15%的高估。上图显示了一个实例,当用硅电池传感器测量时,阴天的光谱变化导致高估约10%。

由科学家为科学家设计

因为我们意识到环境研究人员并不仅仅是天气研究人员,我们设计了CS320来测量进入的太阳辐射,并在所有天气条件下运行——不仅仅是晴朗的天空。CS320使用对太阳辐射全光谱敏感的黑体热电堆传感元件。该传感器的内部电路将毫伏输出转换为太阳能值,该值已使用可追溯到瑞士达沃斯世界辐射基准的二级标准皮拉计进行了单独校准。虽然今天销售的是低成本的硅电池吡喃计,但它们的精度规格无法与CS320在所有天空条件下的精度相比。

为了说明准确性的差异,下图显示了连续几天太阳辐射的测量样本。首先是晴朗的晴天;第二天是阴天。在清晰的条件下,硅电池吡喃计的测量结果优于黑体传感器;然而,在阴天有相当大的误差。CS320在相同的连续几天测量太阳辐射,并显示出在阴天条件下测量精度的显著提高。

Silicon-Cell Output Comparison

单击图形查看更大的图像。数据来源由远地点仪器公司科学家马克·布隆奎斯特提供。

CS320 Output Comparison

数据来源由远地点仪器公司科学家马克·布隆奎斯特提供。

此外,CS320的一些设计特点有助于传感器全年持续进行良好的测量。CS320的圆顶形头部设计为自动清洁,无需维护。该传感器还有一个内置加热器,通过SDI-12命令进行控制。这种低功率加热器使扩散器没有露水、霜、雪和冰。

易于实施、操作和维护

CS320数字热电堆吡喃计的各种特性旨在简化您的太阳辐射测量应用,同时以合理的价格为您提供一留的性能。

CS320的数字接口(SDI-12)简化了传感器到任何当前坎贝尔科学数据记录器的编程和接线。由于模数转换器位于传感器内部,因此校准系数也在传感器内部进行编程。这样就不需要为使用的每个CS320传感器更改数据记录器程序。此外,使用可拆卸电缆,您可以在CS320传感器送来校准时快速更换。

数字CS320传感器提供除太阳辐射测量以外的有用数据。测量板上的内置温度传感器为温度校正提供参考,并允许改进加热器控制。此外,每个传感器都有一个嵌入式三维倾斜传感器,允许它报告x、y和z坐标的方向。这决定了传感器的高度以及传感器是否移动。这个诊断工具很重要,因为日射表必须保持水平才能产生精确的全球太阳辐射数据。

结论

CS320的设计旨在改善硅电池太阳辐射测量仪的全球太阳辐射测量,但保持相同的成本。这款数字热电堆吡喃计适用于从环境研究到农业再到大型中尺度天气网络(中网)的各种应用。如果您对CS320有任何疑问,请联系我们。

分析源于:campbell