Osłona czujników temperatury powinna posiadać następujące cechy:
1. Osłona przyrządu przed promieniowaniem słonecznym (bezpośrednim, rozproszonym i odbitym ) o każdej porze dnia, zwłaszcza o wschodzie i zachodzie słońca.
2. Wykluczenie oddziaływania na przyrząd pomiarowy nagrzanych, zewnętrznych powierzchni osłony
3. Wykluczenie oddziaływania na przyrząd innych zewnętrznych źródeł ciepła (np promieniowania z pobliskich domów, urządzeń rurociągów, podłoża, gruntu).
4. Umożliwienie swobodnej wymiany powietrza między przestrzenią wewnętrzną osłony a otoczeniem, zapewniającej utrzymanie czujnika pomiarowego w równowadze termicznej z powietrzem
5. Osłona przyrządu przed opadami.
W służbach meteorologicznych od wielu dziesięcioleci w użyciu znajduje się standardowa osłona żaluzjowa (klatka meteorologiczna). Tego typu osłona dobrze spełnia warunki 1, 3 i 5 natomiast warunki 2 i 4 tylko częściowo.
Tradycyjna, drewniana osłona żaluzjowa ma dużą masę, która sprawia, że temperatura samej klatki nadążą z pewną zwłoką za zmianami temperatury otaczającego powietrza. Z badań międzynarodowych wynika, że przy prędkości wiatru wiatru ok. 2.5m/s zwłoka w dostosowaniu temperatury przestrzeni wewnętrznej klatki do warunków zewnętrznych wynosi 5 min. Przy gorszych warunkach wentylacji klatki zwłoka ta dochodzi prawdopodobnie do 15 min. Zależy ona również od rodzaju materiału, z którego zbudowana jest klatka.
Lepsze właściwości wykazują klatki z tworzyw sztucznych.Do pięciu cech dobrej osłony radiacyjnej termometrów należałoby zatem dodać szóstą: termiczną bezwładność osłony wraz z bezwładnością przyrządów powinna być tak mała, aby zwłoka obserwowanej temperatury w stosunku do temperatury rzeczywistej była mała.
Bezwładność termiczna klatki jest więc jedną z przyczyn zaniżania krótkookresowych ekstremów dodatnich temperatury powietrza i podobnie zawyżania ekstremów ujemnych. Również nieznaczna degradacja zewnętrznej powierzchni klatki, która ma odbijać promieniowanie słoneczne może wywołać znaczące dla klimatologii różnice temperatur. Innym zjawiskiem niepożądanym jest mikroklimat w samej osłonie. Jak wynika z badań w standardowej osłonie żaluzjowej, przy słabej wentylacji, mogą występować pionowe gradienty temperatury powietrza, a w dniach o większym natężeniu promieniowania słonecznego może się wytworzyć pionowy gradient w kierunku źródła promieniowania.Skuteczność pomiaru temperatury powietrza zwiększa się wraz ze wzrostem prędkości wiatru.
Jak wynika z eksperymentów, temperatury zmierzone w dobrze zaprojektowanej i mało skutecznej osłonie mogą się różnić nawet o 3c. Ponadto tradycyjne osłony żaluzjowe, które zaprojektowano tak aby pomieściły kilka szklanych termometrów cieczowych i innych urządzeń pomiarowych, dla nowej techniki pomiarowej (czujniki elektryczne) są niepotrzebnie duże. Są również kosztowne w budowie i utrzymaniu.
Z powodów omówionych wyżej należałoby dążyć do zastosowania osłon mniejszych o lepszych właściwościach dynamicznych i ekonomicznie korzystniejszych.
Pomijając nowe typy osłon żaluzjowych (cylindryczna osłona izraelska, francuska osłona SOCRIMA oraz sześcienna osłona służby holenderskiej), w których uzyskano pewne polepszenie właściwości (zwłaszcza zmniejszenie bezwładności) standardowej, żaluzjowej osłony drewnianej, dla termorezystorów mogłyby być brane pod uwagę indywidualne osłony cylindryczne lub osłony kanapkowe (wielowarstwowe).
Indywidualna osłona DTR13 Vaisala.
Wiele prac rozwojowych prowadzonych w różnych krajach dało w efekcie konstrukcje o właściwościach lepszych od właściwości dużych osłon żaluzjowych.
Indywidualne osłony wentylowane rozwiązują jeden z najbardziej kłopotliwych problemów występujących na stacjach o długich okresach pracy - rejestrację rzetelnych danych temperatury w warunkach bezwietrznej pogody lub przy bardzo małym przepływie powietrza. W wyniku stałego przepływu powietrza wokół czujnika, problem takie jak wolna reakcja na zmianę temperatury i wolny powrót do wartości wyjściowej, są znacznie zredukowane.
Osłona wentylowana RM Young
Bardzo dobre właściwości ma osłona DTR13 firmy Vaisala.
Okazuje się, że temperatura wnętrza tradycyjnej osłony drewnianej w miesiącach letnich i jesiennych była zawsze wyższa od temperatury we wnętrzu osłony DTR13, co wynika głównie z większej masy osłony drewnianej oraz możliwości jej nagrzania promieniowaniem słonecznym w ciągu dnia i powolnym stygnięciem w godzinach późniejszych. Wyniki te jednoznacznie przemawiają na korzyść osłony DTR 13.
Wnioski
- Obecnie brak jest idealnych osłon radiacyjnych, chociaż
niektóre osłony indywidualne mają właściwości do takich zbliżone.
- Standardowe klatki meteorologiczne
mogą faktycznie zawyżać temperaturę powietrza w sprzyjających warunkach.- Nie wprowadza się nowych osłon do IMGW głownie ze względu na ciągłość serii danych.
- Równoczesna zmiana tradycyjnych osłon żaluzjowych na osłony indywidualne i wprowadzanie termometrów elektrycznych może doprowadzić do skokowych zmian w ciągłości danych klimatologicznych, np. z redukcją temperatur dobowych
o 0,7c, co co jest wartością istotną w każdych badaniach klimatologicznych.
Także pomimo niedoskonałości pomiarowych standardowej klatki meteo, osłony nie zostaną ( przynajmniej na razie) wymienione na lepsze (a takie już istnieją) z uwagi na ciągłość serii danych.
Źródło:
Podstawy Telemetrycznego Miernictwa Meteorologicznego, Kazimierz Różdżyński 2004.
Książka ma już prawie 10 lat. Być może od tego czasu coś się zmieniło w kwestii nowoczesnych osłon.
Autor
Wątek: Trszokę o osłonach radiacyjnych (Przeczytany 8755 razy)