Mga pamamaraan ng pagsukat ng solar radiation gamit ang pyrheliometer at pyranometer

Alam nating lahat na ang buhay ay napapanatili sa mundo dahil sa araw habang nagbibigay ito ng sapat na enerhiya ng init upang mapanatili ang init ng lupa. Ang enerhiya na ito ay inihatid ng araw sa anyo ng Electromagnetic radiation na karaniwang tinatawag na solar radiation. Ang ilan sa radiation ay kapaki-pakinabang sa mga tao habang ang isa pang radiation ay nakakasama sa lahat ng buhay.

Upang maabot ang solar radiation sa ibabaw ng lupa dapat itong dumaan sa himpapawid kung saan ito hinihigop, nakakalat, nakalarawan, at naililipat na nagreresulta sa pagbawas ng lakas ng pagkilos ng bagay pagkilos ng bagay. Ang pagbawas na ito ay napakahalaga dahil ang higit sa 30% pagkawala ay nangyayari sa isang maaraw na araw at sa isang maulap na araw umakyat ito ng hanggang 90%. Kaya't ang maximum na radiation na umaabot sa ibabaw ng mundo sa pamamagitan ng himpapawid ay hindi kailanman magiging mas mataas sa 80%.

Napakahalaga ng pagsukat ng solar flux, dahil ito ang batayan ng buhay sa mundo at ginagamit sa pagbuo ng maraming produkto kung nauugnay ito sa electronics, pananim, gamot, kosmetiko, atbp. Sa tutorial na ito, malalaman natin ang tungkol sa solar radiation at ang pagsukat at malalaman din ang tungkol sa dalawang pinakatanyag na instrumento sa pagsukat ng enerhiya ng solar- Pyrheliometer at Pyranometer.

Radyasyon ng Beam at Radyasyon ng Diffuse

Ang radiation na nakikita natin sa ibabaw ay kapwa direktang radiation at hindi direktang radiation ng araw. Ang radiation na nagmula nang direkta mula sa araw ay direktang radiation at ito ay tinatawag na radiation radiation. Ang nakakalat at nakalantad na radiation na ipinapadala sa ibabaw ng daigdig mula sa lahat ng direksyon (makikita mula sa mga molekula, maliit na butil, katawan ng hayop, atbp.) Ay hindi direktang radiation at tinatawag itong diffuse radiation. At ang kabuuan ng pareho, ang sinag at nagkakalat na radiation, ay tinukoy bilang pandaigdigang radiation o kabuuang radiation.

Ito ay mahalaga upang makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng sinag radiation at kalat radiation dahil ang radiation radiation ay maaaring puro habang ang diffuse radiation ay hindi. Maraming mga instrumento sa pagsukat ng solar radiation na ginagamit upang masukat ang radiation ng sinag at nagkakalat na radiation.

Ngayon tingnan natin ang spectrum ng electromagnetic radiation sa diagram sa ibaba.

Sa buong spectrum, isinasaalang-alang lamang namin ang mga haba ng daluyong mula sa UV rays hanggang IR rays upang makalkula ang solar flux, dahil ang karamihan sa mga high-frequency na alon mula sa araw ay hindi maabot ang ibabaw at ang low-frequency radiation pagkatapos ng IR ay hindi maaasahan. Kaya't ang solar radiation o pagkilos ng bagay ay karaniwang sinusukat form UV ray sa IR ray at ang mga instrumento ay dinisenyo din tulad nito.

Ang mga instrumento sa pagsukat ng radiation ng Solar ay may dalawang uri:

1. Pyrheliometer
2. Pyranometer

Bago pumunta sa pagtatrabaho ng mga instrumento na ito kailangan mong maunawaan ang isang pares ng mga konsepto na ginagamit habang nagdidisenyo ng mga aparato. Ngayon tingnan natin ang mga konseptong iyon.

Radiation ng Itim na katawan

Ang isang itim na katawan ay karaniwang sumisipsip ng lahat ng mga radiasyon nang hindi naglalabas ng anumang bagay sa himpapawid at mas malinis ang itim na katawan na mas perpekto ang pagsipsip. Ang katotohanan ay, walang perpektong itim na katawan na naroroon hanggang ngayon kaya't madalas kaming tumira para sa pangalawa sa pinakamabuti. Matapos makuha ng itim na katawan ang radiation ay nag-iinit dahil ang radiation mismo ay enerhiya at pagkatapos ng pagsipsip, ang mga atomo sa katawan ay lumabas. Ang itim na ito ay ginagamit bilang pangunahing sangkap sa mga instrumento sa pagsukat ng radiation ng araw. Sa tapat ng itim na katawan, ang isang puting katawan ay sumasalamin sa lahat ng radiation na nahuhulog dito pabalik sa himpapawid kaya't mas magiging komportable tayo sa pagsusuot ng mga puting damit sa panahon ng tag-init.

Thermocouple

Ang thermocouple ay isang simpleng aparato na itinayo gamit ang dalawang conductor na gawa sa iba't ibang materyal tulad ng ipinakita sa pigura.

Dito nakakonekta ang dalawang wires upang bumuo ng isang loop na may dalawang mga kantong at ang mga junction na ito ay itinalaga bilang 'A' & 'B'. Ngayon ang isang kandila ay dinala malapit sa kantong 'A' habang ang kantong 'B' ay naiwang nag-iisa. Sa pagkakaroon ng kandila na mayroong junction sa 'A' ang temperatura nito ay tumataas nang malaki habang ang kantong B ay nananatiling malamig sa temperatura ng kuwarto. Dahil sa pagkakaiba-iba ng temperatura na ito, isang boltahe (potensyal na pagkakaiba) ay lilitaw sa mga junction ayon sa ' Seebeck effect'. Dahil ang circuit ay sarado isang kasalukuyang 'Ako' dumadaloy sa pamamagitan ng circuit tulad ng ipinakita sa figure at upang masukat ang kasalukuyang ito ay ikonekta namin ang isang ammeter sa serye. Mahalagang tandaan na ang lakas ng kasalukuyang 'I' sa loop ay direktang proporsyonal sa pagkakaiba-iba ng temperaturasa mga junction, kaya't ang mas mataas na mga pagkakaiba sa temperatura ay nagreresulta sa isang mas mataas na lakas ng kasalukuyang. Kaya sa pamamagitan ng pagkuha ng pagbabasa ng ammeter, maaari nating kalkulahin ang pagkakaiba sa temperatura sa mga junction.

Ngayon pagkatapos na masakop ang mga pangunahing kaalaman, tingnan natin ang pagtatayo at pagtatrabaho ng mga instrumento sa pagsukat ng solar radiation.

Paggawa at Konstruksiyon ng Pyrheliometer

Ang Pyrheliometer ay isang aparato na ginagamit para sa pagsukat ng direktang sinag ng radiation sa normal na saklaw. Ang panlabas na istraktura nito ay mukhang isang mahabang tubo na nagpapalabas ng imahe ng isang teleskopyo at kailangan nating ituro ang lens sa araw upang masukat ang ningning. Malalaman natin dito ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng Pyrheliometer at ang konstruksyon nito.

Upang maunawaan ang pangunahing istraktura ng Pyrheliometer, tingnan ang diagram na ipinakita sa ibaba.

Narito ang lens ay itinuro patungo sa araw at ang radiation ay dumadaan sa lens, tubo at sa dulo ay nahuhulog sa itim na bagay na naroroon sa ilalim. Ngayon kung muling susunurin namin ang buong panloob na istraktura at circuit sa isang mas simpleng pamamaraan na magmumukha ito sa ibaba.

Sa circuit, makikita na ang itim na katawan ay sumisipsip ng radiation na bumabagsak mula sa lens at tulad ng tinalakay nang mas maaga ang isang perpektong itim na katawan na ganap na sumisipsip ng anumang radiation na nahuhulog dito, kaya't ang radiation na nahuhulog sa tubo ay nasipsip ng itim na bagay. Sa sandaling makuha ng radiation ang mga atomo sa katawan ay nasasabik dahil sa pagtaas ng temperatura ng buong katawan. Ang pagtaas ng temperatura na ito ay mararanasan din ng thermocouple junction 'A'. Ngayon sa kantong 'A' ng thermocouple sa mataas na temperatura at junction 'B' sa mababang temperatura, isang kasalukuyang daloy ang nagaganap sa loop nito tulad ng tinalakay sa nagtatrabaho prinsipyo ng thermocouple. Ang kasalukuyang nasa loop ay dadaloy din sa pamamagitan ng galvanometer na kung saan ay nasa serye at dahil doon ay sanhi ng paglihis dito. Itoang paglihis ay proporsyonal sa kasalukuyang, na kung saan ay proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa mga junction.

Paghiwalay ∝ Kasalukuyang nasa loop ∝ Pagkakaiba ng temperatura sa mga junction.

Ngayon susubukan naming i-nullify ang paglihis na ito sa galvanometer sa tulong ng circuit. Ang kumpletong proseso para sa pagpapawalang bisa ng paglihis ay ipinapaliwanag sa bawat hakbang sa ibaba.

• Una, isara ang switch sa circuit para sa pagsisimula ng kasalukuyang daloy.
• Ang kasalukuyang dumadaloy tulad ng,

Baterya -> Lumipat -> Metal conductor -> Ammeter -> Variable resistor -> Baterya.

• Sa kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng Metal conductor ang temperatura nito ay tumataas sa isang tiyak na degree.
• Ang pagiging nakikipag-ugnay sa conductor ng Metal ang temperatura ng junction 'B' ay tumataas din. Binabawasan nito ang pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng kantong 'A' at kantong 'B'.
• Dahil sa pagbawas ng pagkakaiba sa temperatura, ang kasalukuyang daloy ng thermocouple ay bumababa din.
• Dahil ang paglihis ay proporsyonal sa kasalukuyan ang paglihis ng galvanometer ay bumababa din.
• Sa buod, maaari nating sabihin- Ang paglihis sa galvanometer ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pag-aayos ng rheostat upang mabago ang kasalukuyang sa conductor ng Metal.

Patuloy na ayusin ang rheostat hanggang sa tuluyang mawala ang paglihis ng galvanometer. Kapag nangyari ito maaari kaming makakuha ng boltahe at kasalukuyang mga pagbasa mula sa metro at gumawa ng isang simpleng pagkalkula upang matukoy ang init na hinihigop ng itim na katawan. Ang kinakalkula na halagang ito ay maaaring magamit upang matukoy ang radiation, dahil ang init na nabuo ng itim na katawan ay direktang proporsyonal sa radiation. Ang halaga ng radiation na ito ay walang iba kundi ang direktang sinag ng solar radiation na nais nating sukatin mula sa simula. At sa pamamagitan nito, maaari nating tapusin ang pagtatrabaho ng Pyrheliometer.

Paggawa at Konstruksiyon ng Pyranometer

Ang Pyranometer ay isang aparato na maaaring magamit upang masukat ang parehong radiation ng sinag at nagkakalat na radiation. Sa madaling salita, ginagamit ito upang masukat ang kabuuang hemispherical radiation (beam plus diffuse sa isang pahalang na ibabaw). Malalaman dito ang tungkol sa prinsipyo ng pagtatrabaho ng Pyranometer at ang pagtatayo nito.

Ang aparato ay mukhang isang platito ng UFO na kung saan ay ang pinakamahusay na hugis na angkop para sa layunin nito. Ang aparatong ito ay mas tanyag kaysa sa iba at karamihan sa data ng mapagkukunang solar sa panahong ito ay sinusukat gamit ito. Maaari mong makita ang orihinal na larawan at panloob na istraktura ng Pyranometer sa ibaba.

Nyawang

Dito ang radiation mula sa nakapaligid na kapaligiran ay dumadaan sa salamin ng simboryo at nahuhulog sa itim na nakatayo sa gitna ng instrumento. Tulad ng dati, ang temperatura ng katawan ay tumataas matapos ang pagsipsip ng lahat ng radiation at ang pagtaas na ito ay mararanasan din ng tanikala ng Thermocouple o Thermocouple module na direktang nasa ilalim ng itim. Kaya't ang isang panig ng modyul ay maiinit at ang isa ay magiging malamig dahil sa heat sink. Ang module ng thermocouple ay bumubuo ng isang boltahe at makikita ito sa mga output terminal. Ang boltahe na ito na natanggap sa mga output terminal ay direktang proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura ayon sa prinsipyo ng isang thermocouple.

Dahil alam natin na ang pagkakaiba ng temperatura ay nauugnay sa radiation na hinihigop ng itim na katawan, masasabi nating ang output boltahe ay linear na proporsyonal sa radiation.

Katulad ng nakaraang pagkalkula, ang halaga ng kabuuang radiation ay maaaring madaling makuha mula sa halagang ito ng boltahe. Sa pamamagitan din ng paggamit ng lilim at pagsunod sa parehong pamamaraan, maaari rin tayong makakuha ng nagkakalat na radiation. Sa kabuuang radiation at nagkakalat na halaga ng radiation, maaari ring makalkula ang halaga ng radiation ng sinag. Samakatuwid maaari nating kalkulahin ang parehong nagkakalat na solar radiation at kabuuang radiation gamit ang Pyranometer.