辐射测量仪器介绍课件.ppt

1、热电探测器原理介绍热电探测器原理介绍Eppley psp精准光谱日射强度计1. 太阳辐射测量的特点2. 辐射测量准确度低劣的原因3. 气象仪器的性能评判的物理量介绍4. 测量辐射的基本原理介绍5. 热探测器的工作方式6. Eppley psp原理介绍 太阳辐射测量的特点太阳辐射测量的特点l在辐射测量中广泛采用两点假设l1. 辐射的波动性质并不会导致辐射 能的空间分布偏离几何射线所定义的路径l2. 辐射能是不相干的，因此可忽略 干涉效应l与其他物理量的测量相比，辐射度量中所具的准确度水平是最低的，千分之几的的准确度就是世界水平，即使能达到1%的准确度，也要通过采取许多措施和细心的工作，对于一般辐

2、射测量来说，5%的准确度是有代表性的。辐射测量准确度低劣的原因辐射测量准确度低劣的原因l1.测量过程中，从辐射源到接收器周围的所有物体（包括介质）都不停的强弱不等的吸收、散射和发射着辐射能l2.辐射能的分布是多元的，它随波长、位置、方向、时间、偏振等方面都有自己的分布。可比较下，准确度很好的电量测量，只呈时间分布l3.辐射度量学中名称、符号、定义和单位的使用十分混乱。妨碍了科学发展气象仪器的性能可以用如下几个物理量来气象仪器的性能可以用如下几个物理量来描述描述l一惯性（即滞后性）：测量仪器正确表示所测物理属性真值所需的反应时间。l二灵敏度：测量仪器示度在被测要素改变单位物理量时所移动的距离或旋

3、转角度的大小。l三准确度：测量仪器的测值和真值的符合程度。l四精密度：测量仪器对所测物理量的若干独立测定量彼此之间的符合程度。l五分辨率：导致测量系统响应值变化的最小的环境改变量。l六量程：测量仪器的测量范围。测量辐射的方法测量辐射的方法l各种方法基本建立在利用探测器将辐射能转变成其它不同形式的、便于测量的物理量l在太阳辐射测量中，应用最广泛的辐射探测器有热探测器和光电探测器两大类l热探测器利用辐射的热效应，而后者基于光电效应热探测器的工作方式热探测器的工作方式l利用热探测器的黑色涂层吸收入射的辐射能，能将其转换成热能，进而利用由于温度上升而引起的探测器材质参数的规律性变化来测定温升。l从理论

4、上做到无光谱选择性l提高吸收能力，降低热惯性l輻射感測器 (Pyranometer，或稱日射計， Solar meter) ， 可用以量測來自太陽與其它所有來自天空之輻射，其量測之波長範圍較廣，視廠牌不同，常見的有 400 -1100nm， 320-4200 nm 及 280-2800 nm ，其量測的為此波長範圍內的能量，單位為 W/ 。l日射計之主要感測元件為熱電堆 (Thermopile) 或光電池（ Photo Cell ）。熱電堆由特殊之熱偶線堆積製成，藉溫差產生電壓差；準確度高，但非常昂貴； Eppley 公司之Pyranometer 為典型之代表，其量測之波長範圍為 280-28

5、00 nm 。 l由测热方式的不同分类l1.热电偶、热电堆l工作原理：塞贝克温差效应，导体间出现温差产生电动势lEppley总日射表l2.变阻测辐射热器l工作原理：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。l3.热电探测器l工作原理：温度升高极化现象消失l4.量热器l仪器庞大，精度不高已被淘汰热电偶工作原理热电偶工作原理 l1.定义定义:由两种导体组合而成由两种导体组合而成,将温度转化为热电动势的传将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶感器叫做热电偶。l2. 测温原理测温原理 :将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和

6、B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶温度计的标定热电偶温度计的标定 热电偶温度计是以热电势的大小来测量某一物体的温度的，因此热电偶温度计总是由热电偶、电测仪表和连接导线三个部分所组成。其中电测仪表可以采用毫伏计和电位差计，用毫伏计测量热电势虽然很方便，但是它的读数受环境温度和线路的影响较大，测量准确度不高，不宜用于精密测量中。而用电位差计可避免上述原因而产生的误差，因此用电位差计测量热电势的方法在实验室和工业生产中得到广泛的应用。 电位差计测量热电势的工作原理电位差计测量热电势的工

7、作原理l用一个已知的标准电压与被测电势相比较，平衡时二者之差值为零，被测电势就等于已知的标准电压，这种测量法称为零法。 PSP精密辐射传感器精密辐射传感器 lPSP精密辐射传感器是世界气象组织（WMO）一级辐射表，用于测量太阳和天空辐射，适应很宽的波长范围。它由一个组合热电堆电路组成，可以很好的抵抗机械震动和打击。传感器的接收器上有一层Parsons黑漆，底部为一个半球形玻璃顶罩。玻璃半球使用的是WG295玻璃，其对于0.2852.8m 的波长具有非常好的透光性，而且能量传输非常的均一。对于一些特殊的应用，其它的Schott玻璃和Infrasil II石英玻璃也可以使用。lEppley公司的P

8、SP是世界气象组织（WMO）的一级辐射表，设计用于测量全球太阳总辐射。传感器包括一个水平调节装置，一个水平泡和水平调节螺栓以及一个干燥器。传感器的外壳为铸造青铜体，外层为白色珐琅遮蔽盘，传感器的标定可溯源WRR， 含温度补偿曲线 特点特点量化太阳对地面的可变辐射计算太阳辐射通量技术性能参数灵敏度：大约9 V/Wm-2阻抗：大约650欧姆温度依赖性：1% -2040线性：0.5% 02800 Wm-2响应时间：1s（1/e信号）余弦响应：1 070天顶角；3 7080天顶 角机械震动：最大20 gs无损坏标定：半球积分尺寸：直径5.75英寸，高度3.75英寸重量：7磅 Eppley PSP Th

9、e important componentsl Thermopile 热电堆l Transmittance Filter 滤光器l Thermistors 热阻器l Temperature Compensation Circuit 温度补偿线路l Amplification Circuits放大线路Eppley Lab PSP Wiring Schematic The Thermopile热电堆热电堆 l该PSP的热电堆是专为敏感的短波辐射设计。这是涂了黑色漆使其尽量的吸收热辐射，并有一个大约9 v/wm-2 的敏感性。比特斯，克拉克，考克斯和拉金（ 1985年）研究红外反射性能的涂层上使用的

10、辐射探测器（即热电堆上的涂层）涂层上使用eppley PSP的是帕森斯的黑色光漆。结果发现， Nextel的3个月的黑色油漆在近红外区域的反射吸收价值已微不足道。该热电堆的表面是可以考虑成一个理想的黑体。The Transmittance Filters透光滤波器透光滤波器lEppley PSP的透光滤波器是有两个在热电偶上的光学玻璃穹组成。下图显示滤光片的透射率。可以看出，从这个图，透射光谱是非常平滑，并有一个截止波长为300 nm，。在文献资料中，截止上没有界定，桑德斯，Foot， kilsby和西摩（ 1991 ）指出，“clear dome”过滤器（ wg295 ）透过的辐射从0.3-

11、3.0 m的，和这个波长范围内所有的能量。截止波长并是不是关键。The Thermistors and Temperature Compensation电热调节器和温度补偿电热调节器和温度补偿 lThe official Eppley literature states that the Eppley PSP has a temperature dependence of 1 % over the ambient temperature range -20 C to + 40 C. It is worth noting that, for temperatures outside the up

12、per limit, the sensitivity decreases rapidly with increasing temperature. according to graphs supplied with Eppley calibration certificates. Foot, Hignett and Kilsby (1986) state that for a standard Eppley PSP operating below -20 C an error of 1-2 % can occur. http:/solardat.uoregon.edu/DataPlotting

13、Program.htmll精度，标定的绝对精度为34%，标定的相对精度大约为2%。真实的余弦响应背离是由于标定的大绝对误差。l现场使用性能，由于PSP的灵敏度长时间使用后会降低，因此推荐每年都进行一次标定。标定一个辐射传感器的精度标定好的大多数方法是测量来自一个绝对腔体表的直接光束辐射和散射辐射，黑白辐射表需要一个遮蔽盘。直接辐射在地平面以上发生，散射辐射值可以增加获得总辐射的最好评估。 Cosine response of a PSP 谢谢！谢谢！l型号：热电堆型太阳辐射计热电堆型太阳辐射计 品牌：kippzonen 品牌所有产品 本产品最后更新日期: 2007-6-12 产品内容: l主要

14、特点：精密太阳辐射仪是一个世界气象组织的甲级辐射计，它可以用来测量太阳和天空的全辐射和确定波长的辐射。它由一个多点的绕圈的Eppley的电热堆组成，它的接受器涂上了一层黑漆（不吸收任何波长）。机器有一对可拆卸的精确的光滑的光学玻璃. 这两个半球可以协调的传送能量在0.2850.28m之间的辐射。l灵敏度:约为 9 V/Wm-2l阻抗:约为 650 Ohmsl温度依存度:1% （-20 to +40C）（如温度，灵敏度补偿到其他范围，需额外付费）l线形: 0.5%.（从 0 到 2800 Wm-2） l反应时间:1 second (1/e 信号） l余弦反应:1% 从标准 0-70l天顶角;3% 70-80天顶角 l机械震动:在20个重力加速度下没有损坏l标定:半球一体化 l型号: 直径：55 inch, 高：3.5 inches l重量:7 磅