第一节　太阳辐射及净辐射观测仪器的构造与原理

测定太阳辐射通量的仪器有直接辐射表和天空辐射表等。这类仪器多属热电型，即利用两种不同性质的感应面，由于吸收辐射能不同而产生温差，通过热电堆的作用，热能转换成电能，用灵敏度较高的辐射电流表测定电流值。温差电流与辐射通量成比例。根据辐射电流表上的指示值，经换算求得相应的辐射通量密度，单位为cal／（cm²·min），并换算为W／m²，两者间的换算关系为：1cal／（cm²·min）=697.8W／m²。

一、辐射电流表

1.构造　DFM-1型辐射电流表（图2-1）的测量结构主要由永久磁铁和线圈组成，整个结构装在一个密闭的扇形盒内。顶端有调整指针零点位置的调节螺丝，调整范围不得超过20格刻度，必须在断路时进行。在盒的后侧装有开关旋钮，旋紧开关旋钮就可以切断电路。电流表的指示部分由电流指针、刻度盘、反光镜等组成。刻度盘上有100个刻划，沿着弧形刻划装有一条平面反光镜，用以消除视差。附属温度表测量仪表使用时的温度。电流表有内阻和附加电阻，标记在活动盖板上。在盒下部的正前方，装有“＋”、“1”、“2”三个接线柱，以连接直接辐射表或天空辐射表。

2.原理　辐射电流表与普通电流表的工作原理相同。它的主要部件就是永久磁铁和线圈。线圈用两根青铜丝拉住，悬挂在永久磁铁之间。当电流表接头与辐射表接通后，由于线圈流过的电流产生的磁场和永久磁铁的磁场相互作用，就使线圈偏转。固定在线圈上的指针也随之转动，线圈偏转的角度与通过的电流成正比，因此温差电流与辐射通量成比例，然后根据辐射电流表上的指示值，经换算求得相应的辐射通量密度。

图2-1　辐射电流表

1-永久磁铁；2-线圈；3-电流指针；4-活动盖板；5-开关旋钮；6-零点调节螺丝；7-刻度盘；8-附属温度表

二、直接辐射表

1.构造　DFY-1型直接辐射表（图2-2）由感应部分、进光筒和座架构成。感应部分是由银箔、热电堆和铜环三部分组成。银箔厚2μm，向太阳的一面涂成黑色，作为感应面，它的背面是由36对康铜片和锰铜片组成的热电堆。热电堆的一个接头焊在银箔上，另一个接头焊在外圈铜环上，分别构成热接点和冷接点。整个感应部分置于具有一组光栏的进光筒的末端，通过导线把热点堆的两端与电流表正负极相接。

进光筒是一个铜质圆筒，里面涂黑，外面涂镍，避免光线在筒内反射。为了正确地对准太阳，在进光筒的前后两端有瞄准孔与光屏。当进光筒对准太阳时，光斑落在光屏上。帽盖用来保护感应系统和确定零点位置。进光筒固定在支架上，方位调节螺丝和仰角调节螺丝可使进光筒在水平方向与垂直方向转动，直到瞄准太阳为止。纬度调节螺丝用来调节纬度刻度盘。底座上有确定方位的定位器。

图2-2　太阳直接辐射表

1-感应面；2-光栏；3-进光筒；4-进光筒尾部；5、6-热电堆的正负极；7-帽盖；8-光屏；9-方位调节螺丝；10-仰角调节螺丝；11-纬度刻度盘；12-纬度调节螺丝；13-瞄准孔

2.原理　当银箔向阳面垂直于太阳入射光线时，银箔吸收太阳辐射导致增热，并与周围空气进行热交换，在达到热平衡后，感应面（热端）与空气（冷端）之间产生温差，其温差大小取决于辐照度的大小，此温差使热电堆产生温差电动势，用电流表测量其电流强度，即可计算出垂直于太阳直射光的直接辐射辐照度，其值为：

S=N_s×a_s(W／m²)

式中N_s为订正后的电流表读数，a_s是辐射表的换算因数，表示电流表上每格所相当的太阳直接辐射辐照度数值，单位为W／m²·格。(www.daowen.com)

目前，气象台站使用的DFY-3型和TBS型直接辐射表，是一种能够自动跟踪太阳并连续测量直接辐射的仪器，其观测原理与DFY-1型直接辐射表相同，只是构造和功能上有所区别。

三、天空辐射表

1.构造　DFY-2型天空辐射表（图2-3）由感应部分、座架、遮光板、干燥器和帽盖等组成。仪器的感应元件在半球型玻璃罩内，感应面是由黑（涂炭黑）白（涂氧化镁）相间的薄片组成，它的背面也是由康铜片和锰铜片串联组成的一组热电堆。热电堆的两极通过导线与辐射电流表相接。玻璃罩是为了尽量减少长波辐射的影响以及防风避雨。水准仪指示仪表水平，座架上的三个螺旋用来调整水平。整个感应部分固定在支柱上，并装有干燥器，以保持感应面干燥。螺丝可以夹住遮光板。白色铝盖用来读取零点读数和保护感应部分。

遮光板用来遮住阳光测定漫射辐射。遮光板是一块直径与玻璃罩相等的圆形板，板一侧的圆杆长是板面直径的5.7倍，由感应面中心至遮光板正好构成10°的立体角。

用天空辐射表测定散射辐射时，需用遮光板挡住太阳直射光。该仪器也可测定总辐射和反射辐射，前者只需去掉遮光板，后者为测定地面反射辐射，只需增加一翻转设备即可。

图2-3　天空辐射表

1-感应面；2-热电堆；3-水准仪；4-干燥器；5-螺丝（安装遮光板用）；6-遮光板

2.原理　天空辐射表的测量原理是根据黑白片吸收率的差异，由此产生温差电动势来测定散射辐射，其他原理同直接辐射表一样。

四、净辐射表

净辐射表用来测量在一定高度的水平面上，上下两方向的全辐射的差额。

1.构造　TBB-1型净辐射表主要由感应部分、干燥器等组成。感应部分与其他热电型辐射表基本相同，由两片涂黑的感应面和热电堆组成。由于净辐射表表面感应的是全辐射，因此上下加盖了两个用聚乙烯材料制成的半球形防风薄膜罩，可使不同角度的太阳辐射透过率保持一致。干燥器用以保持感应面的干燥，并使充入防风薄膜罩内的空气保持干燥。橡皮球主要是使薄膜罩保持原有的半圆形，使透过的太阳辐射保持一致。

图2-4　TBB-1型净辐射表

1-半球型；2-核心；3-压盖；4-水平泡；5-表头；6-连接螺母；7-干燥剂窗口；8-表杆；9-进气嘴；10-支座

2.原理　净辐射表的原理与普通的热电型辐射表基本相同。净辐射表的两片感应面，紧贴在绕线型热电堆的上下接点上，当感应部分的两个面接收到不同的辐射量时，使得热电堆上下端产生温差，经过测量热电堆输出的电讯号，再进行换算，就得出净辐射（辐射差额）。当天空投射到感应面上的全辐射大于地面投来的全辐射时，输出为正值，反之为负值。