화력계

화력계는 약 4.5μm에서 100μm까지의 파장 스펙트럼에서 지표면 근적외선 방사선 스펙트럼을 측정하는 장치다.

그것은 자기 자신과 주변 환경 사이에 발생하는 방사선(내부 또는 외부)에 의한 순 에너지 전달에 민감한 물질의 저항/전압 변화를 측정한다. 또한 자체 온도를 측정하고 주변 환경의 특성에 대해 몇 가지 가정을 함으로써 방사선을 교환하고 있는 국소 대기의 온도를 유추할 수 있다.

이러한 계측기는 일반적으로 스펙트럼(주파수/파장) 측정 기능이 없으며 단일(주파수 분해) 저항/전압 측정을 사용한다. 이들은 약 4.5μm에서 100μm까지 확장되는 적외선 방사선 스펙트럼에 민감하도록 구성돼 주 단파(솔라) 스펙트럼은 제외된다.

대기 중 IR 방사선의 평균 자유 경로가 ~25m이므로 이 장치는 일반적으로 가장 가까운 25m 층에서 IR 유속을 측정한다.

화력계 구성 요소

화력계는 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성된다.

• 200nm ~ 100μm 범위에서 방사선에 민감한 열가소성 센서
• 솔라 블라인드 필터 코팅이 있는 실리콘 돔 또는 윈도우. 태양 단파 방사선을 제거하는 투과율은 4.5μm~50μm이다.
• 계측기의 체온을 측정하는 온도 센서.
• 일사병으로 인한 기기 난방을 최소화하기 위한 선실드.

장파하방사선 측정

대기와 화력계(실제 센서 표면)는 장파 IR 방사선을 교환한다. 이로 인해 다음과 같은 순방사선 잔액이 발생한다.

${\displaystyle \ E_{\mathrm {net}}={\ E_{\mathrm {in}-\ E_{\mathrm {out}}}}}}}$

위치:
${\displaystyle {En\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{t}}_{}}$ ${\$ $$- 센서 표면에서의 순 방사 [W/m²]
${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{i}}_{}}$ ${\$ $$- 대기에서 수신된 장파 방사선 [W/m²]
${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle {o\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{u}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{t}}_{}}$ ${\$ $$- 센서 표면에서 방출되는 장파 복사 [W/m²]

파이로미터의 열가피지는 들어오는 장파 방사선 플럭스와 나가는 장파 방사선 플럭스 사이의 순방사선 균형을 감지하여 아래 방정식에 따라 전압으로 변환한다.

${\displaystyle \ E_{\mathrm {net}}={\frac {\ U_{\mathrm {emf}}}{S}}}}$

위치:
${\displaystyle {En\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{t}}_{}}$ ${\$ $$- 센서 표면에서의 순 방사 [W/m²]
${\displaystyle U_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{em}}_{}}$ ${\$ $$- 열가소성 출력 전압 [V]
${\displaystyle S}$ ${\displaystyle S}$ $$- 계측기의 감도/교정 계수 [V/W/m²]

$S{\displaystyle }$ ${\displaystyle S}$ 값은 계측기 교정 중에 결정된다$$. 교정 작업은 생산 공장에서 지역 교정 센터에 추적 가능한 기준 계측기로 수행된다.^[1]

절대 하향 장파속을 유도하려면 화력계의 온도를 고려해야 한다. 열가소성 물질의 냉접합부 근처에서 기기 내부의 온도 센서를 사용하여 측정한다. 화력계는 대략 검은 몸통으로 간주된다. 이 때문에 다음과 같이 장파 방사선을 방출한다.

${\displaystyle \ E_{\mathrm {out}}={\sigma T^{4}}}$

위치:
${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle {o\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{u}}_{}}$ t ${\$ $$- 지표면에서 방출되는 장파 복사 [W/m²]
${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \sigma }$ $$- Stefan-Boltzmann 상수 [W/(m²·K⁴)]
${\displaystyle T}$ ${\displaystyle T}$ $$- 파이로미터 검출기의 절대 온도[켈빈]

위의 계산에서 들어오는 장파 방사선을 유도할 수 있다. 이것은 보통 알브레히트와 콕스가 소위 피지계 방정식을 산출하기 위해 위의 방정식을 재배열함으로써 이루어진다.

${\displaystyle \ E_{\mathrm {in}}={\frac {U_{\mathrm {emf}}}}}{S}+{\sigma T^{4}}}}}}$

모든 변수가 이전과 동일한 의미를 갖는 경우.

그 결과, 검출된 전압과 계기 온도는 전지구적 장파하방사선 총량을 산출한다.

사용법

화력계는 기상학, 기후학 연구에 자주 사용된다. 대기 중 장파 하방 방사선은 장기 기후 변화에 대한 연구에 관심이 있다.

신호는 일반적으로 밀리볼트 범위에서 고해상도 샘플을 채취할 수 있는 데이터 로깅 시스템을 사용하여 감지된다.

참고 항목

• 파이라노미터
• 방사선계

참조