Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Двойной пиранометр используется для измерения интенсивности излучения при длине волн 300—3000 нм, для нахождения поглощающей способности земной поверхности – альбедо, а также для определения коротковолнового радиационного баланса. Действие прибора основано на измерении разницы температур между белыми и черными поверхностями, которое обеспечивается специальным куполом, предотвращающим воздействие на показания двойного пиранометра температуры окружающей среды. Предусмотрена система крепления, отвечающая за точное горизонтирование. Прибор работает при температуре от -40 до +60 °C, погрешность прибора составляет не более ±3% от полученного значения.

Название состоит из греческих слов pyr – «огонь» и hellos – «Солнце», и слова «метр». Этот прибор предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации, которая падает на перпендикулярную поверхность относительно солнечных лучей. Исследования основаны на количестве тепла, полученного и поглощенного абсолютно черным телом.

Существуют компенсационный пиргелиометр Ангстрема, водоструйный прибор Ч. Аббота, пиргелиометр Виолля, пиргелиометры профессора Хвольсона, изотермический пиргелиометр.

Компенсационный пиргелиометр Ангстрема создан геофизиком Кнутом Юханом Ангстремом. Приемная часть представляет собой две одинаковые очень тонкие манганиновые пластинки, которые сверху зачерняются. Одна пластина нагревается под действием солнечных лучей, другая нагревается электрическим током от постороннего источника и в обязательном порядке защищается от воздействия солнечных лучей. В случае равенства температур двух пластинок термопара, установленная к пластинкам, не дает ток вследствие их полной компенсации. Исследования показывают, что количество тепла, которое выделяется в результате полной компенсации тока во второй пластинке, соответствует количеству тепла, которое получается первой пластинкой от солнечной радиации.

Водоструйный пиргелиометр Ч. Аббота, в который были внесены конструктивные поправки В. М. Шульгиным, создан на основе двух одинаковых трубок, в которые помещаются зачерненные изнутри камеры, омываемые потоками воды. Одна открывается для получения радиации, вторая затеняется и подвергается обогреву током, сила которого должна контролировать и уравнивать температуру потоков воды, выходящих из обеих камер. Контроль при этом осуществляется при помощи термоэлементов. Интенсивность радиации определяется относительно выделяемого в камере количества тепла и площади приемного отверстия камеры.

Показания водоструйного пиргелиометра отличаются на 3,5% в большую сторону от пиргелиометра Ангстрема.

Пиргелиометр Виолля, также называемый актинометром, представляет собой сочетание медного полированного и никелированного снаружи шара и установленного в него концентричного шара меньшего диаметра, который изнутри зачерняется. Пространство между шарами заполняется водой или льдом, оснащается специальным термометром, определяющим температуру помещенной воды или льда. В шары помещаются три трубки таким образом, чтобы они проходили через оба шара. Две трубки представляют собой продолжение друг друга, на их концах устанавливаются диски. Третья трубка выполняет функцию включения в прибор актинометрического термометра. Пиргелиометр устанавливается на подставку и треногу, которые обеспечивают способность прибора производить вращение относительно горизонтальной и вертикальной осей. Это позволяет тени от одного диска правильно и концентрично покрывать больший диск. Солнечные лучи при прохождении сквозь отверстие, расположенное в центре диска, внутрь пиргелиометра попадают на шарик, покрытый сажей, актинометрического термометра, находящегося в центре прибора. В течение 5—6 мин производятся исследования, которые характеризуются последовательными отсчетами термометра в конце каждой минуты. Исследования начинаются с того, что отверстие в диске открыто и направлено в сторону Солнца, солнечные лучи нагревают термометр, и эта часть занимает 2—3 мин. Далее отверстие диска необходимо закрыть, и отслеживается понижение температуры от передачи тепла лучеиспусканием, производимым от термометра к стенкам внутреннего шара. Измерения, производимые каждую минуту, позволяют определить истинное увеличение температуры актинометрического термометра, полученного вследствие воздействия солнечных лучей в единицу времени. Абсолютное количество тепла, полученное термометром в минуту, находится благодаря установленной теплоемкости термометра и потери тепла по его трубке. Количество тепла, полученное в период измерений в минуту на см поверхности, перпендикулярной к солнечному лучу, определяется относительно поверхности отверстия, пропускающего солнечные лучи в пиргелиометр.

Пиргелиометр Хвольсона состоит из двух медных, зачерненных сверху пластинок, которые последовательно нагреваются Солнцем. Температурная разница исследуется при помощи припаивания к серединам пластинок двух проволок, медной и нейзильберной, которые в месте спая образуют термоэлемент. Проволоки присоединяются к гальванометру, отклонения стрелки которого пропорциональны разнице температур обеих пластинок. Медные пластинки поддерживают специальный штатив, предназначенный для фиксирования прибора параллактически. Устройство оснащается двумя легкими экранами, состоящими из трех алюминиевых пластинок, которые позволяют поочередно воздействовать на медные пластины солнечными лучами. Находятся теплоемкость медных пластинок, размер их поверхностей, разница температур в результате нагревания одной пластины в течение заданного времени, количество тепла, полученного нагреваемой пластиной. Значения, полученные при помощи гальванометра, переводятся при помощи отдельного опыта в разницу температур двух пластинок. Конструкция прибора довольно сложна, измерительный процесс должен осуществляться очень осторожно, что делает его недоступным для всех наблюдателей. Пиргелиометр Хвольсона не относится к нормальным приборам, способным производить сопоставления с доступными актинометрами.

Хвольсоном был разработан еще один вариант пиргелиометра, используемый для нахождения относительных измерений, который основан на разности температур двух тел, при этом одно подвергается нагреванию Солнцем, другое должно быть расположено в тени. В качестве тел принимаются термометры с направленными кверху спиральными резервуарами, которые установлены в латунные коробочки, которые заполняются медной жидкостью (коробочки в верхней части необходимо зачернить). Термометры фиксируются к медным полосам, которые при помощи зубчаток и боковых кремальеров передвигаются в направлении вверх и вниз. Прибор обеспечивается передвижной лупой, при помощи которой необходимо произвести отсчет термометров. Также предусмотрены тройные алюминиевые экраны, способные вращаться на стержнях. Коробочки затеняются или на них воздействуют солнечные лучи. Пиргелиометр фиксируется на подставке, которая создана для установления зачерненных поверхностей коробочек в положении, перпендикулярном действующим на них лучам Солнца. Интенсивность солнечного лучеиспускания определяется при помощи разности температур обоих термометров в результате воздействия солнечными лучами на один термометр и при затенении другого термометра через одинаковые интервалы времени.