精確簡單地測量太陽輻射

為了幫助測量太陽輻射的環(huán)境研究人員改善他們的測量并簡化他們的生活，坎貝爾科學(xué)公司和遠(yuǎn)地點(diǎn)儀器公司合作開發(fā)了太陽輻射傳感器。這種傳感器結(jié)合了黑體熱電堆吡喃計和低端硅光電池吡喃計的特點(diǎn)。這CS320數(shù)字熱電堆吡喃計提供高精度，同時保持與硅光電池設(shè)計的成本競爭力。

為什么太陽輻射很重要

獲得太陽輻射的精確測量值對環(huán)境研究人員來說很重要，因?yàn)樗鼤λ麄儗ψ匀皇澜绲睦斫猱a(chǎn)生重大影響。這種理解對于與該研究的各種利益相關(guān)者溝通通常是至關(guān)重要的。

例如，高估或低估太陽輻射會影響科學(xué)家開發(fā)的作物水分脅迫模型中的估計蒸散量，而種植者在經(jīng)營業(yè)務(wù)時會使用這些模型。過高的估計可能會導(dǎo)致作物需水過多，耗盡稀缺或昂貴的資源。低估可能導(dǎo)致作物壓力過大，不能正常生長。這兩種情況都可能導(dǎo)致產(chǎn)量或作物質(zhì)量下降，從而影響種植者的利潤并影響我們的全球糧食來源。

精確度和天空條件

你知道嗎，你的日射表的準(zhǔn)確度可能會受到當(dāng)前天空狀況的顯著影響？許多日射表使用硅光電池元件，對太陽光譜進(jìn)行二次采樣，而不是直接測量整個光譜。這種技術(shù)在晴天效果很好，因?yàn)閭鞲衅魇窃谇缈諚l件下校準(zhǔn)的，因此可以準(zhǔn)確預(yù)測太陽總輻射。

不幸的是，這種技術(shù)在多云或陰天條件下也會導(dǎo)致錯誤。正如你在下圖中看到的，多云的天氣會導(dǎo)致太陽光譜的變化。硅電池探測器不能很好地解釋多云天空下太陽光譜的變化，因?yàn)檫@種變化大部分發(fā)生在亞采樣范圍之外。

一些測量點(diǎn)可能很少有晴朗的天空，由陰天條件引起的誤差可能高達(dá)硅電池傳感器對短波輻射的15%的高估。上圖顯示了一個實(shí)例，當(dāng)用硅電池傳感器測量時，陰天的光譜變化導(dǎo)致高估約10%。

由科學(xué)家為科學(xué)家設(shè)計

因?yàn)槲覀円庾R到環(huán)境研究人員并不僅僅是天氣研究人員，我們設(shè)計了CS320來測量進(jìn)入的太陽輻射，并在所有天氣條件下運(yùn)行——不僅僅是晴朗的天空。CS320使用對太陽輻射全光譜敏感的黑體熱電堆傳感元件。該傳感器的內(nèi)部電路將毫伏輸出轉(zhuǎn)換為太陽能值，該值已使用可追溯到瑞士達(dá)沃斯世界輻射基準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)皮拉計進(jìn)行了單獨(dú)校準(zhǔn)。雖然今天銷售的是低成本的硅電池吡喃計，但它們的精度規(guī)格無法與CS320在所有天空條件下的精度相比。

為了說明準(zhǔn)確性的差異，下圖顯示了連續(xù)幾天太陽輻射的測量樣本。首先是晴朗的晴天；第二天是陰天。在清晰的條件下，硅電池吡喃計的測量結(jié)果優(yōu)于黑體傳感器；然而，在陰天有相當(dāng)大的誤差。CS320在相同的連續(xù)幾天測量太陽輻射，并顯示出在陰天條件下測量精度的顯著提高。

此外，CS320的一些設(shè)計特點(diǎn)有助于傳感器全年持續(xù)進(jìn)行良好的測量。CS320的圓頂形頭部設(shè)計為自動清潔，無需維護(hù)。該傳感器還有一個內(nèi)置加熱器，通過SDI-12命令進(jìn)行控制。這種低功率加熱器使擴(kuò)散器沒有露水、霜、雪和冰。

易于實(shí)施、操作和維護(hù)

CS320數(shù)字熱電堆吡喃計的各種特性旨在簡化您的太陽輻射測量應(yīng)用，同時以合理的價格為您提供一留的性能。

CS320的數(shù)字接口(SDI-12)簡化了傳感器到任何當(dāng)前坎貝爾科學(xué)數(shù)據(jù)記錄器的編程和接線。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器位于傳感器內(nèi)部，因此校準(zhǔn)系數(shù)也在傳感器內(nèi)部進(jìn)行編程。這樣就不需要為使用的每個CS320傳感器更改數(shù)據(jù)記錄器程序。此外，使用可拆卸電纜，您可以在CS320傳感器送來校準(zhǔn)時快速更換。

數(shù)字CS320傳感器提供除太陽輻射測量以外的有用數(shù)據(jù)。測量板上的內(nèi)置溫度傳感器為溫度校正提供參考，并允許改進(jìn)加熱器控制。此外，每個傳感器都有一個嵌入式三維傾斜傳感器，允許它報告x、y和z坐標(biāo)的方向。這決定了傳感器的高度以及傳感器是否移動。這個診斷工具很重要，因?yàn)槿丈浔肀仨毐３炙讲拍墚a(chǎn)生精確的全球太陽輻射數(shù)據(jù)。

結(jié)論

CS320的設(shè)計旨在改善硅電池太陽輻射測量儀的全球太陽輻射測量，但保持相同的成本。這款數(shù)字熱電堆吡喃計適用于從環(huán)境研究到農(nóng)業(yè)再到大型中尺度天氣網(wǎng)絡(luò)(中網(wǎng))的各種應(yīng)用。如果您對CS320有任何疑問，請聯(lián)系我們。

分析源于：campbell