pirgeómetro

Dispositivo que mide la radiación infrarroja.

Ejemplo de pirgeómetro

Un pirgeómetro es un dispositivo que mide la radiación infrarroja (IR) cercana a la superficie , aproximadamente de 4,5 μm a 100 μm en el espectro electromagnético (excluyendo así la radiación solar ).

Mide los cambios de resistencia / voltaje en un material que es sensible a la transferencia neta de energía por radiación que se produce entre él y su entorno (que puede ser de dentro o de fuera). Midiendo también su propia temperatura y haciendo algunas suposiciones sobre la naturaleza de su entorno, puede inferir la temperatura de la atmósfera local con la que está intercambiando radiación.

Dado que el camino libre medio de la radiación IR en la atmósfera es de ~25 metros, este dispositivo normalmente mide el flujo de IR en la capa de 25 metros más cercana.

Componentes del pirgeómetro

Ejemplo de pirgeómetro que muestra los componentes principales.

Un pirgeómetro consta de los siguientes componentes principales:

• Un sensor de termopila sensible a la radiación en un amplio rango de 200 nm a 100 μm
• Una cúpula o ventana de silicona con un revestimiento de filtro solar ciego. Tiene una transmitancia entre 4,5 μm y 50 μm que elimina la radiación solar de onda corta.
• Un sensor de temperatura para medir la temperatura corporal del instrumento.
• Un protector solar para minimizar el calentamiento del instrumento debido a la radiación solar.

Transmitancia típica combinada de ventana y filtro solar para pirgeómetro modelo CGR 4

Medición de la radiación descendente de onda larga.

La atmósfera y el pirgeómetro (de hecho, su superficie sensora) intercambian radiación IR de onda larga. Esto da como resultado un balance neto de radiación según:

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

Donde (en unidades SI ):

• E _net = radiación neta en la superficie del sensor [W/m ² ]
• E _in = radiación de onda larga recibida de la atmósfera [W/m ² ]
• E _out = radiación de onda larga emitida por la superficie del sensor [W/m ² ]

La termopila del pirgeómetro detecta el equilibrio de radiación neto entre el flujo de radiación de onda larga entrante y saliente y lo convierte en un voltaje de acuerdo con la siguiente ecuación.

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

Donde (en unidades SI):

• E _net = radiación neta en la superficie del sensor [W/m ² ]
• U _emf = tensión de salida de la termopila [V]
• S = factor de sensibilidad/calibración del instrumento [V/W/m ² ]

El valor de S se determina durante la calibración del instrumento. La calibración se realiza en la fábrica de producción con un instrumento de referencia rastreable hasta un centro de calibración regional. ^[1]

Para derivar el flujo absoluto de onda larga descendente, se debe tener en cuenta la temperatura del pirgeómetro. Se mide utilizando un sensor de temperatura dentro del instrumento, cerca de las uniones frías de la termopila . Se considera que el pirgeómetro se aproxima a un cuerpo negro . Debido a esto emite radiación de onda larga según:

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

Donde (en unidades SI):

• E _out = radiación de onda larga emitida por la superficie terrestre [W/m ² ]
• σ = Constante de Stefan-Boltzmann [W/(m ² ·K ⁴ )]
• T = Temperatura absoluta del detector pirgeómetro [K]

De los cálculos anteriores se puede derivar la radiación de onda larga entrante. Esto generalmente se hace reordenando las ecuaciones anteriores para obtener la llamada ecuación del pirgeómetro de Albrecht y Cox.

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

Donde todas las variables tienen el mismo significado que antes.

Como resultado, el voltaje detectado y la temperatura del instrumento producen la radiación descendente global total de onda larga.

Uso

Los pirgeómetros se utilizan frecuentemente en meteorología , estudios de climatología . La radiación descendente atmosférica de onda larga es de interés para la investigación de cambios climáticos a largo plazo.

Las señales generalmente se detectan mediante un sistema de registro de datos, capaz de tomar muestras de alta resolución en el rango de milivoltios.

Ver también

• Piranómetro
• Radiómetro

Referencias

1. "Centro de calibración de radiación infrarroja IRC-Davos".