Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretek modul Környezetgazdálkodás Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖK MSC

Hőmérséklet mérés II. Párolgásmérés 12. előadás 23.-24. lecke

Termoelektromos hőmérők. Hőmérő elhelyezése Termoelektromos hőmérők. Hőmérő elhelyezése. Az infrahőmérő bemutatása 23. lecke

Termoelektromos hőmérők Két különböző fémszál érintkezésekor feszültség keletkezik. Ha a szabadon maradt végeket is összeérintjük, s nem egy, hanem kettő érintkezési pontot hozunk létre - hőmérsékleti eltéréssel a két pont között, - akkor a körben feszültséget mérhetünk (Seebeck hatás). A mért termofeszültség hőmérsékletfüggő. A két érintkezési pont a meleg és a hidegpont. A hidegpont állandó hőmérsékletű. Az így kialakított egység neve termoelem, vagy hőelem. A termoelemek vas- és konstantán-, illetve réz- és konstantánból kerülnek összeállításra (legtöbbször). Széles intervallumban használható (-200 - 1700 °C).

81. ábra A termoelem felépítésének vázlatos rajza metal.elte.hu/~phexp/doc/hot/j2s8s1

A léghőmérséklet mérésének helye A léghőmérséklet mérése a talaj felszíne feletti 1,80-2 m-es magasságban történik. A hőmérőt védeni kell a közvetlen sugárzástól. A hagyományos meteorológiai állomásokon erre szolgál(t) a Stevenson-féle hőmérőház. Ez egy dupla falú, kívül-belül fehérre festett, zsaluzattal ellátott, az ajtajával észak felé néző házikó, fém állványra helyezve. Lépcsőről lehet megközelíteni a benne elhelyezett műszereket. A hőmérőház berendezése szabványos. Általában kettő található belőle; az egyikben az író-műszerek, míg a másikban a közvetlen leolvasásra várók vannak.

82. ábra Hőmérő házak Pozsonyban www.dmc.fmph.uniba.sk/public_html/db/foto.html

83. ábra A hagyományos műszerek és az automata szenzora (párhuzamos mérés) Keszthelyen

A hőmérőházban a léghőmérséklet mérés pontatlansága szélcsendes időben, erős besugárzásnál elérheti a 0,5°C-ot; ennyivel melegebb hőmérsékletet mérhetünk, mint amekkora a tényleges léghőmérséklet. A hőmérőház telepítésénél fontos, hogy a reprezentativitás nemcsak a közvetlen környékére vonatkozzék. Napjainkban az automata állomások terjedésével a sugárzásvédelmet már kisebb méretű ernyőkkel oldjuk meg. A fehér szín és a szaluzott felület itt is megmaradt. Az ernyők mérete azonban sokkal kisebb, s más a benne elhelyezett hőmérő működési alapelve is.

84. ábra Sugárzásvédelem az automaták szenzorainál

85. ábra A Vaisala HMP 35 D típusú kombinált szenzor (Keszthely)

A hőmérséklet és a légnedvesség mérését együttesen oldjuk meg ún A hőmérséklet és a légnedvesség mérését együttesen oldjuk meg ún. kombinált szenzorral. Hazánkban hálózatosan használt hőmérő a Vaisala gyártmányú platina ellenállás hőmérő. A típusa: Pt 100-as. A hőmérő mérési pontossága: 0,2°C. Nem kontakt hőmérők – infrahőmérő. A testek hőmérsékleti sugárzásának mérésén alapuló hőmérő, mégpedig az infravörös sugárzási tartományban. A legtöbb infrahőmérő mérési sávját a 8-14 μm tartományban kell keresnünk. Vannak keskenyebb sávot lefedők is (10-12,5 μm).

A spontán emisszió az elemi részecskék Brown mozgásának következménye A spontán emisszió az elemi részecskék Brown mozgásának következménye. Minél intenzívebb a részecske mozgás, annál magasabb a kisugárzott energia és ezzel a test hőmérséklete is. Kizárólag felszínhőmérséklet meghatározására alkalmasak az infrahőmérők. A műszer detektora a beérkező adott tartományban lévő sugárzást elektronikus jellé alakítja, amely az elektronikus rendszer segítségével hőmérsékletként jelenik meg. Két típusa van: kvantum detektor, vagy fotodióda hődetektor.

A kvantum detektor közvetlenül nyeli el a beeső fotonokat, amelyek elektromos jelet alkotnak a detektor kimeneti egységén. A hődetektor a sugárzás mennyiségétől függően felmelegszik, amely aztán a termoelemmel analóg feszültség változást eredményez a detektor kimeneti egységén. A két detektor gyorsasága lényegesen eltérő: a hődetektor lassabb a hőtehetetlensége következtében (ez azonban még így is a másodperc törtrészének felel meg). A kvantumdetektort képalkotó berendezéseknél használják.

Infrahőmérő alkalmazása (fizikai alap). Párolgásmérés 24. lecke

A távérzékelés alapegyenlete A távérzékelés alapegyenletét a Stefan-Boltzmann törvény jelenti, mely szerint bármely test sugárzás emissziója a test hőmérséketének negyedik hatványával arányos: ahol ε: emissziós tényező σ: Stefan-Boltzmann állandó T: hőmérséklet E: energia kisugárzás, vagy emisszió A mérés pontosságát a megfelelő emissziós tényező alkalmazás determinálja.

3. táblázat Néhány test emissziós tényezője Fekete test 1 Víz, hó 0,99 Emberi bőr 0,98 Nedves homok 0,94-0,98 Gránit 0,81 Alumínium 0,04 Növények 0,96-0,98 A növények esetén elég nagy a bizonytalanság. A rosszul választott emisszió növeli a mérési hibát, mely az ifrahőmérőknél elég magas (1°C)..

86. ábra RAYTEK PM típusú infrahőmérő

Az infrahőmérők előnyei Az infrahőmérők bevezetése rendkívüli előnyökkel járt. Nem pontszerű mintavételt jelent, nagy területről egyidejű „hőtérkép” készíthető vele. Integrált hőmérsékletet eredményez. Mozgó tárgyak mérésére is alkalmas Növényeknél roncsolás - érintés nélküli mérést tesz lehetővé Rendkívül gyors, ezért többszöri ismétlést tesz lehetővé Veszélyes anyagok hőmérséklete megközelítés nélkül is mérhetővé vált Igen magas hőmérsékleteket is tud mérni (3000°C-ig)

A felszínhőmérséklet egyik gyakorlati alkalmazási lehetősége az öntözési időpont előrejelzése a korábbiaktól teljesen eltérő módon. A növényhőmérséklet elegendő víz jelenlétében a léghőmérséklet közelében, vagy inkább alatta van. Vízhiánynál „melegszik” a növény, s a két hőmérséklet eltérése jelzi az öntözési igényt. A növény- és léghőmérsékleti differencia önmagában nem elégséges mutató, a többi környezeti tényező alakulását is figyelni szükséges. Az előbbiek együtt adják a vízstressz-indexet. Egy kritikus érték felett kell öntöznünk. Kukoricára vonatkozó megfigyeléseket tartalmaz a példánk 2003-ra.

87. ábra A vízstressz-index alakulása öntözve (PÖ) és anélkül (PC) 2003 száraz nyarán Keszthelyen. A kritikus határérték 2,5 volt.

Párolgásmérés A szabad vízfelszín párolgása az evaporáció, melynek mérése az OMSZ megfigyelési rendszerének, nemzetközi analógia alapján, az egyik feladata. Erre szolgálnak a párolgásmérő kádak, melyek különböző méretű vízzel telt edények. Elhelyezésük alapján lehetnek: földbe süllyesztettek, vagy felszín felettiek. Emellett betűkkel jelöljük az eltérő űrtartalmú edényzetet. A műszerkertben helyezzük el a kádakat, szigorú standard szerint.

88. ábra Két földbe süllyesztett párolgásmérő kád Keszthelyen „U” típusú kád „G” típusú kád

A legelterjedtebb típust a WMO javaslata alapján szinte mindenütt megtaláljuk (Európa, Amerika); s ez az „A” típusú kád. A talaj felett rácsra helyezzük el. A felülete kb. 1 m2, a vízmélysége 70 cm. Szélmérő és vízhőmérséklet-mérő szenzor szokott hozzá kapcsolódni. A mérés alapelve a vízoszlop magasság változásának meghatározása, s két egymást követő napon mért érték különbsége éppen az elpárologtatott víz mennyiségével lesz azonos. Csapadékmérés nélkül nem alkalmazható.

89. ábra Az „A” kád és kiegészítői Keszthelyen

Köszönöm figyelmüket!