JPH0476059B2 - - Google Patents

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JPH0476059B2
JPH0476059B2 JP1149884A JP1149884A JPH0476059B2 JP H0476059 B2 JPH0476059 B2 JP H0476059B2 JP 1149884 A JP1149884 A JP 1149884A JP 1149884 A JP1149884 A JP 1149884A JP H0476059 B2 JPH0476059 B2 JP H0476059B2
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JP
Japan
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infrared
sky
mirror
detector
radiation
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Application number
JP1149884A
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English (en)
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JPS60154127A (ja
Inventor
Mutsuo Santo
Atsushi Fujii
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP1149884A priority Critical patent/JPS60154127A/ja
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Publication of JPH0476059B2 publication Critical patent/JPH0476059B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、天空から地表に入射して来る赤外線
領域の放射の量を測定するための天空赤外放射計
に関するものである。
天空の赤外放射の量は、「よく晴れた日は、放
射冷却が起き、よく冷える。」と一般にも言われ
るように、人間生活に密着したものであり、気象
にも大きな影響を及ぼす。また、住宅の屋根や外
壁の表面の温度、及び太陽集熱器のカバーなどの
温度は、直接天空赤外放射の量に影響され、その
住宅の居住性、及び集熱器の性能などが天空赤外
放射の影響を受ける。従来、天空から地表への赤
外放射は、半導体などを用いた赤外センサーや熱
電堆を用いた放射計に各種のフイルターを取付け
た装置を使つて測定されて来た。しかしながら、
赤外センサーは、その検知可能な赤外線の波長範
囲が限られており、また赤外放射に比べ強力な太
陽光が入射した場合誤差を生じる。他方、放射計
に取付けられるフイルターには完全なものが存在
せず不必要な波長の光も少し透過してしまい、ま
た太陽光が入射した時このフイルタが加熱され赤
外線を放射計に向つて再放射し、誤差の原因とな
つていた。このように、天空からの放射を、日射
が存在するもとで、高精度で測定することは非常
に難しかつた。
本発明は、上記に鑑み、強い日射が存在する場
合にでも正確な天空赤外放射の量を測定できる簡
弁な天空赤外放射計を提供しようとするもので、
太陽光を非常に良く透過し、赤外線を良く吸収及
び放射する物質の薄板を基板として作られた高太
陽光反射率低赤外放射率の表面鏡及び高太陽光反
射率高赤外放射率の裏面鏡を用いて作つた赤外線
検知器を、高熱伝導性材料で作られた伝熱板の両
面に取付け、片面を天空に向け他の面を地面に向
け、下方に向けた赤外線検知器の下に検知器に使
用されている裏面鏡と同じ分光特性を持つ鏡を水
平に取付け、上方から入射して来る太陽光を反射
して下向きの赤外線検知器に太陽光が入射するよ
うにして、天空向きの赤外線検知器からの出力と
下向きの赤外線検知器からの出力の差を求めるこ
とにより、天空赤外放射の量と検知部の下方に取
付けた鏡が放射する赤外線の量の差を直接的に測
定できることを、その特徴とするものである。
次に、本発明の実施例を図面を参照しながら以
下に詳細に説明する。第1図は本発明に係る天空
赤外放射計の赤外線検知部の構造図、第2図は天
空赤外放射計の構成図、第3図は天空赤外放射計
の作動原理を説明するための熱回路の模式図であ
る。
まず、天空赤外放射計の構造を説明する。第1
図に示される赤外線検知部に使用される鏡は、太
陽光の透過率が非常に高く、太陽光の吸収率が数
%以下であり、しかも赤外域の波長の光の放射率
が比較的大きく80%以上あり、この放射率が波長
により大きく変化しない材料を鏡の基板として作
られることが望ましい。この鏡は、太陽光透過率
が非常に高い低鉄含有ガラスの厚さ0.1〜0.2mmの
板を基板とし、アルミニウム等の白色で高反射率
であり耐候性を持つ金属を蒸着し、さらに耐候性
保護膜を蒸着したものを使用する。この鏡を裏面
鏡として使用した場合の赤外域の光の分光吸収率
の変化を少なくするために、ガラスの表面にテフ
ロンやアクリル等の高耐候性合成樹脂の数μm〜
数10μmの厚さの膜を付着させることが有効であ
る。この表面鏡と裏面鏡の太陽光反射率は、いず
れも90%以上、望ましくは95%以上であり、しか
も両者の太陽光反射率の差は、数%以下、望まし
くは2%以下であり、また両者の赤外放射率の差
が数10%以上なければならない。第1図において
符号1及び3により示される部分は高太陽光反射
率低赤外放射率の表面鏡であり、付号2及び4に
より示される部分は高太陽光反射率高赤外放射率
の裏面鏡である。それぞれの鏡の下には、銅、ア
ルミニウム等の高熱伝導性金属で作られた0.5〜
2mm程度の厚さの温度均一化板5を取付け、それ
ぞれの鏡の表面の温度が一様となるようにする。
隣合う表面鏡1と裏面鏡2の間に数対〜数10対の
熱電対列を取付け、表面鏡と裏面鏡の間にできる
温度差を電圧の形で出力する。同時に、表面鏡3
と裏面鏡4の間にも熱電対列を取付け、それらの
間の温度差を電圧の形で出力する。温度均一化板
の下に低熱伝導性で材質が安定なゴム又は合成樹
脂で作られた低熱伝導板6を取付け、これを銅、
アルミニウム等の高熱伝導性金属で作られた伝熱
板7に取付ける。低熱伝導板の厚さは、温度均一
化板と伝熱板の間の熱伝達係数が数100W/m2
程度になるように設計することが望ましく、ま
た、伝熱板の厚さは、その表面上に温度差がほと
んどつかない程度とすることが望ましい。伝熱板
の周辺部は、太陽光を吸収することにより局所的
に加熱されることを防ぐために白色塗装を行うこ
とが望ましい。この赤外線検知部を水平に設置
し、その下方に第2図に符号8で示される大面積
の太陽光反射鏡を水平に取付ける。太陽光反射鏡
は赤外線検知部に使用されたものと同じ裏面鏡を
使用し、下方に向いた赤外線検知器から太陽光反
射鏡への形態係数が0.95以上となるように太陽光
反射鏡の面積と形状を決定することが望ましい。
但し、太陽光反射板の太陽光反射率及び赤外放射
率が、赤外線検知部に使用される裏面鏡のそれら
から大きく変化しない場合には、太陽光反射板の
ガラスの厚さを増し1mm程度とすることは、天空
放射計の精度にはほとんど影響しない。太陽光反
射鏡の表面温度を一様にするため、銅、アルミニ
ウム等の金属で作られた高熱伝導板9を太陽光反
射鏡の下に密着して取付ける。高熱伝導板の下面
及び側面は、下方から入射して来る地面により反
射された太陽光の吸収を避けるため白色塗装を行
う。また、太陽光反射鏡の温度を測定するための
熱電対、抵抗温度計等の温度センサーを、太陽光
反射鏡の裏面に取付ける。
次に、本発明に係る天空赤外放射計の作動原理
を第3図を用いて説明する。天空を、仮想的に、
放射率1温度Ts〔K〕の黒体であるとする。天空
赤外放射計の周囲の空気の温度をTa〔K〕とし、
伝熱板の温度をT7〔K〕とする。また、赤外線検
知部の表面鏡の太陽光吸収率をα1、赤外放射率を
ε1とし、裏面鏡の太陽光吸収率をα2、赤外放射率
をε2とする。表面鏡1の温度をT7+ΔT1〔K〕、
表面鏡2の温度をT7+ΔT2〔K〕、表面鏡3の温
度をT7+ΔT3〔K〕、裏面鏡4の温度をT7+ΔT4
〔K〕とする。太陽光反射鏡の太陽光反射率をρn
赤外放射率をεn、温度をTn〔K〕とする。検知部
の鏡から伝熱板への熱伝達係数をh〔W/m2K〕
とし、鏡から周囲の空気への熱伝達係数をha
〔W/m2K〕とする。さらに、天空から入射して
来る太陽光の強さをIs〔W/m2〕とする。hの値
が充分大きい場合それぞれのΔTはT7に比べ充分
に小さく、検知部の鏡1,2,3、及び4につい
ての熱収支の等式が、微少な項を無視して、それ
ぞれ次のように与えられる。
hΔT1=Isα1+σε1(Ts 4−T7 4−4T7 3ΔT1
)+ha(Ta−T7−ΔT1)……(1) hΔT2=Isα2+σε2(Ts 4−T7 4−4T7 3ΔT2
)+ha(Ta−T7−ΔT2)……(2) hΔT3=Isρnα1+σε1〔(1−εn)Ts 4+εnTn 4
T7 4−4T7 3ΔT3〕+ha(Ta−T7−ΔT3)……(3) hΔT4=Isρnα2+σε2〔(1−εn)Ts 4+εnTn 4
T7 4−4T7 3ΔT4〕+ha(Ta−T7−ΔT4)……(4) ここでσはステフアン・ボルツマン定数であり、
それぞれの式の左辺はそれぞれの鏡から伝熱板に
伝わる熱、右辺第1項は鏡が吸収する太陽光の
量、右辺第2項は鏡における熱放射による熱の授
受、右辺第3項は鏡と周囲の空気との熱の授受を
表わしている。天空に向けた赤外線検知器の出力
は(ΔT1−ΔT2)に対応し、下方に向けた赤外線
検知器の出力は(ΔT3−ΔT4)に対応する。これ
ら二つの赤外線検知器の出力の差に対応する量は
(1)式+(4)式−(2)式−(3)式により与えられる。
〔(ΔT1−ΔT2)−(ΔT3−ΔT4)〕(h+ha)=
σ(ε1−ε2)εn(TS 4−Tn 4) +Is(1−ρn)(α1−α2)−4σT7 3〔ε1
ΔT1+ΔT3)−ε2(ΔT2+ΔT4)〕……(5) 上式の右辺第1項は、天空放射の量に線型に依存
し、仮想的な天空温度Tsの4乗と太陽光反射板
の温度Tnの4乗の差となる。右辺第2項は、太
陽光を吸収することによる補正項であるが、ρn
0.95、|α1−α2|0.02であるため微少項となり
完全に無視できるようになる。また、右辺第3項
は、hを充分な大きさにした場合それぞれのΔT
の絶対値が微少量となり、第1項に比べ無視でき
る量となる。上式の左辺のhaの値は主に風速等に
より少し変化するが、ha≪hとなるように低熱伝
導板を設計した場合、haの変化を無視できるよう
になる。なお、ブロア等により強制的に赤外線検
知部に一定の強さの風を吹付けることによりha
値を一定にすることができ、精度を向上させるこ
とが可能である。このようにして、天空に向けた
赤外線検知器と下方に向けた赤外線検知器の出力
の差から天空赤外放射の量σTs 4を知ることがで
きる。
以上詳述したように、本発明に係る天空赤外放
射計によれば、赤外線の検知器を、太陽光反射率
が1に近く、赤外線の放射率のみが大きく異な
り、放射率の赤外域での波長による変化の少ない
二種類の鏡を使用して作り、さらにこの検知器を
天空と地面に向け、地面に向けた検知器の下方に
太陽光の反射率が1に近く赤外放射率の大きな鏡
を取付けることにより、上方からの太陽光を反射
し地面に向けた検知器に太陽光を入射させる構造
となつているため、二つの赤外線検知器の差を測
ることにより太陽光の影響による誤差を無視で
き、従来装置で必要のあつた日射量による誤差の
補正の必要がなくなり、しかも、天空赤外放射の
スペクトル分布に拘わらず正確な天空赤外放射の
量を測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る天空赤外放射計の赤外線
検知部の構造図、第2図は天空赤外放射計の構成
図、第3図は作動原理を説明するための天空赤外
放射計の熱回路の模式図である。 1……表面鏡、2……裏面鏡、3……表面鏡、
4……裏面鏡、5……温度均一化板、6……低熱
伝導板、7……伝熱板、8……太陽光反射板、9
……高熱伝導板、10……赤外線検知部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 太陽放射の波長領域の光の高透過体であり、
    赤外域の光の高吸収高放射体である物質の薄板を
    基材として作つた高太陽光反射率低赤外放射率の
    表面鏡及び高太陽光反射率高赤外放射率の裏面鏡
    を用いて作成した赤外線検知器を、高熱伝導性物
    質で作られた伝熱板の両面に取付け、片方の赤外
    線検知器を天空に向け他方を地面に向けた検知部
    の下方に、検知器の裏面鏡と同じ光学特性を持つ
    大面積の鏡を取付け、上方から入射する太陽光を
    反射して下向きの赤外線検知器に太陽光が入射す
    るようにし、天空に向けた赤外線検知器の出力と
    下方に向けた赤外線検知器の出力の差を求めるこ
    とにより、太陽光が赤外線検知器に入射すること
    による誤差を補正し、天空からの赤外放射の量と
    検知部の下方に取付けた鏡からの赤外放射の量の
    差を直接検出することができるようにしたことを
    特徴とする天空赤外放射計。
JP1149884A 1984-01-24 1984-01-24 天空赤外放射計 Granted JPS60154127A (ja)

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JP1149884A JPS60154127A (ja) 1984-01-24 1984-01-24 天空赤外放射計

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JPS60154127A JPS60154127A (ja) 1985-08-13
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CN102253430B (zh) * 2011-04-27 2012-10-10 南京英恩特环境技术有限公司 光热型电测日照计

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JPS60154127A (ja) 1985-08-13

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