Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretek modul

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

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

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

4. 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).

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

6. 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.

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

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

9. 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.

10. 84. ábra Sugárzásvédelem az automaták szenzorainál

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

12. 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).

13. 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.

14. A kvantum detektor közvetlenül nyeli el a beeső fotonokat, amelyek elektromos jelet alkotnak a detektor kimeneti egységén. • Ahődetektor 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.

15. Infrahőmérő alkalmazása (fizikai alap). Párolgásmérés 24. lecke

16. 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.

17. 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 • Növények0,96-0,98 A növények esetén elég nagy a bizonytalanság. A rosszul választott emisszió növeli a mérési hibát, mely az ifrahőmérőknél elég magas (1°C)..

18. 86. ábra RAYTEK PM típusú infrahőmérő

19. 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)

20. 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.

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

22. 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.

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

24. 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.

25. 89. ábra Az „A” kád és kiegészítői Keszthelyen

26. Köszönöm figyelmüket!