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WWK II (Subject) / Strahlungsmessung (Lesson)
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- Strahlungsmessung Wichtigsten Instrumente beruhen auf Wärmewirkung der Strahlung: Prinzipien:- Messung der Erwärmung des Empfängers- Temperaturunterschiedsbestimmung zwischen Empfänger und unbeeinflusstem Referenzobjekt- Vergleich der Wärmewirkung mit einer bekannten elektrischen Heizleistung
- Sonnenscheinautograph → Sonnenscheindauer- Misst die Zeit die die direkte Sonneneinstrahlung 120 W/m² beträgt- Besteht aus Glaskugel, Kugelschale auf der der Sonne abgewandten Seite, genau im Abstand der Brennweite der Kugel- Sonne brennt Streifen auf Registrierpapier → Länge der Brennspuren ergibt Sonnenscheindauer- Nachteile: Geht nicht falls nass, keine internationalen Standarts, hohe Fehleranfälligkeit durch Schmutz etc. auf Glaskugel
- Fotoioden-Prinzip digitale Information mit Schwelle bei 120 W/m²
- Sonnenschein-Fernregistrierer Nutzt Schattenwirkung bei sich drehendem Bügel → Intensität erzeugt rechteckige Spannungsverläufe, die als Sonnenschein interpretiert werdenGlasgehäuse ist geheizt, um Kondenswasser oder Bereifung/Vereisung zu verhindern
- Pyrheliometer → kurzwellige Strahlung- Spektralbereich 300nm-3000nm; Gesichtsfeldwinkel <5°; benötigt unbedingt einen Tracker/Positioner oder manuelle Nachstellung- Empfangsfläche am Boden des Tubus → nur von direkter Sonneneinstrahlung beeinflusst
- Pyranometer - Spektralbereich 300nm-3000nm (lässt nur die wichtigen Wellenlängen durch), Gesichtsfeldwinkel 180°- misst Globalstrahlung (S+D), kurzwellig- doppelter Glasdom (schützt vor Konvektion der Thermosäule), Thermosäule mit schwarzem Gehäuse- schwarze Beschichtung absorbiert Strahlung und wandelt sie in Wärme um → Thermosäule zwischen erwärmter Rezeptoroberfläche und Gehäuse. Gibt Voltsignal durch Temperaturunterschied ab (proportional zur Strahlung)- Aktives Messgerät (benötigt keine externe Energiequelle)- Unterschiedliche Vergleichsstellen der Thermobatterie (üblicherweise 10 bis 100), unterschiedliche Antazhl von Abdeckhauben (z.B. nur eine bei zwei Farben), unterschiedliche Gehäusebauform → Trennung von Stahlungssignal (Kurzwellige Strahlung → Quarzglashauben; langwellige Strahlung Polyethylenhauben oder Siliziumfilter ohne Abdeckung)
- Pyranometer für diffuse Himmelsstrahlung benötigt Abschatter, Schattenring, Schattenball, Schattenscheibe, Schattenbandeigentlich ein ganz normales PyranometerManuelle oder automatische Nachführung (Solar Tracking) → Korrektur angebracht, Wirkung des Schattenrings
- Pyranometer für reflektierte Globalstrahlung - 300nm – 3000nm, 180° Gesichtsfeldwinkel- benötigt Abdeckung für Pyranometerunterseite, ggf. speziellen Schutzschirm- wird „falschrum“ angebracht
- Albedometer - Albedo = Verhältnis von kurzwelliger Reflexstrahlung zu Globalstrahlung- zwei Pyranometer (kurzwellige Strahlungsflussdichte im oberen [am 2m über Grund] und im unteren Halbraum [0-2m über Grund])
- Pyrradiometer/Pyrgeometer → langwellige Strahlung/atmosphärische Gegenstrahlung- Spektralbereich >3 bis 50 Mykrometer (5000 und 50.000 ?)- Gesichtsfeldwinkel 180°- Siliziumfenster, gegen Sonnenstrahlung abgeblendet, ebene Sensoroberfläche → macht sich zunutze, dass jeder Körper über dem Nullpunkt Strahlung abgibt (Stefan-Boltzmann-Gesetz)- Achtung: Auch innere Temperatur des Sensors muss gemessen werden, da der auch strahlt
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- PAR-Radiometer → PAR- Photosynthetisch aktive Strahlung → Licht im Bereich um 400 nm (blau) und 700 nm (rot) → Variation abhängig von Pflanzen und ihren Umweltbedingungen. Wichtig, dass es optimal erfassbar ist.- Erfasst genau den gewünschten Bereich (rot & blau, ansteigend zu rot) / LUX erfasst den Grünen Bereich → Absorption des PAR-Sensors technisch bedingt, entspricht nicht der einer Pflanze!- PAR in Mykromol pro sekunde pro Quadratmeter ausgedrückt → diese physikalische Einheit entspricht der Photosynthese-Sensitivität
- UV-Radiometer → UV - Teil des elektromagnetischen Strahlungsspektrums- Radiometer filtert UV-Strahlung heraus (Fluoreszensstoffe) und wandelt sie in Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts um → Thermobatterie oder Photoioden messen diese- Wichtige Anwendungen: Höhe der Ozonschicht, UV-Belastung von Menschen, Pflanzen und Tieren, UV-Beständigkeit
- Nettostrahlungssensor Hat alle 4 Pyranometer/Pyrgeometer (zu messender Bereich wird durch Abdeckung und absorbierendes Material „herausgefiltert“ und mit Thermobatterie/-säule quantifiziertGrundsatz: kurz- und langwellie Strahlung ist schwer direkt messbar → meistens Temperaturmessung und Thermosäulen
- Strahlungsbilanzmesser (kombiniert aus Pyranometern und Pyrgeometern):- Pyranometer zur Messung der Globalstrahlung G; Pyrgeometer zur Messung der Atmosphärischen Gegenstrahlung A (oben); Pyranometer zur Messung der Reflexstrahlung R, Ryrgeometer zur Messung der langwelligen Ausstrahlung der Erdoberfläche (unten)- geschwärzte Alubleche abgedeckt durch Kunststoffhaben- nach oben und unten exponiert → Gesamtstrahlung aus oberem + unterem Halbraum- Wärme an Thermosäule gemessen- Spannungsabfrage mit Eichkonstante, aber obere und untere Thermosäulen verfügen über kaum gleiche Eichfaktoren (im kurz- und langwelligen Bereich) → direkte Messung der Strahlungsbilanz wenig sinnvoll, besser Einzelkomponenten erfassen und Zusammensetzen
- Thermosäule Bauelement, das thermische in elektrische Energie umwandelt.
- Strahlung an der EOF 50% Licht, 40% Infrarot, 10% UV (v.a. UVA)
- Welche Sensoren messen Aufwärts und Abwärts gerichtete Strahlung? Abwärts gerichtete Strahlung (von oben nach unten) wird von Pyranometer und Pyrgeometer gemessen;aufwärts gerichtete (von unten nach oben) von Pyranometer und Pyrgeometer, aber mit Sonnenschutz bzw. Abdeckung für Sensorunterseite