Principe de fonctionnement d’un pyranomètre à thermopile

Principe de fonctionnement d’un pyranomètre à thermopilePhoto d'article
Publié: mardi 13 janvier 2015 Comment fonctionne un pyranomètre? En tant qu’experts en mesure de rayonnement solaire, nous recevons souvent cette question et nous sommes ravis d’y répondre en détail. Nous fabriquons des pyranomètres depuis 1924 et avons fait évolué leur principe de fonctionnement pour obtenir les meilleurs capteurs aujourd’hui.

Histoire des pyranomètres à thermopile

Depuis 1913, Kipp & Zonen fabrique, pour la mesure du rayonnement thermique et de la lumière, une thermopile rapide et sensible (composée de plusieurs thermocouples) et conçue par le Dr Moll de l'Université d'Utrecht. Cependant, ce n’est qu’à l’occasion d'une conférence météorologiques à Utrecht en 1923 que le Dr Moll a attiré l'attention des scientifiques à cette thermopile. Professeur L. Gorczynski de l'Institut météorologique polonais a décidé de construire un pyrhéliomètre et un pyranomètre utilisant des thermopiles Moll-Gorczynski modifiées.

En raison des caractéristiques de la thermopile les instruments étaient petits, légers, produits à faible coût, et délivrant un signal de sortie en tension continue ne nécessitant pas de systèmes d'alimentation ou de commande électrique externe. Ces prototypes seront révélés fructueux et Kipp & Zonen est devenu le fabricant de ces instruments en 1924.

Comment fonctionnent les pyranomètres à thermopile

Le principe de détection thermoélectrique est utilisé, de sorte que le rayonnement incident est presque complètement absorbé par une surface noire horizontale, sur une plage de longueurs d'onde très large. L'augmentation de température est mesurée par l'intermédiaire de thermocouples connectés en série ou en série-parallèle pour effectuer une thermopile.

Les jonctions actives (à chaud) sont situés sous la surface du récepteur noir et sont chauffées par le rayonnement absorbé dans le revêtement noir. Les jonctions passives (à froid) de la thermopile sont en contact thermique avec le boîtier du pyranomètre, qui sert de dissipateur de chaleur. Plus récemment, les pyranomètres ont été équipés d’éléments Peltier, de performance supérieure. Ceci  est aussi thermoélectrique, mais les métaux diffèrent d'un thermocouple / thermopile qui sont remplacés par des semi-conducteurs dissemblables.

Il est nécessaire de protéger le revêtement du détecteur noir contre les influences extérieures qui peuvent affecter la mesure; comme la pluie, la saleté et le vent. Presque tous les pyranomètres utilisent un verre de qualité optique pour leurs dômes hémisphériques simples ou doubles.

Selon le verre, la transmission s’étend de 300 nm (ou inférieure) à environ 3000 nm. Les double-dômes donnent une meilleure stabilité dans des conditions changeantes dynamiquement car ils insolent mieux la surface du capteur des effets environnementaux tels que le vent et les fluctuations rapides de température.

La forme du dôme, et l'indice de réfraction du matériau, améliore la réponse du capteur lorsque le soleil est bas sur l'horizon, en «courbant» le faisceau de rayonnement entrant. Le meilleure pyranomètre disponible, notre modèle CMP 22, utilise des dômes Quartz pour une réponse spectrale plus large. L'indice de réfraction plus élevé améliore encore la réponse directionnelle et assure une meilleure conductivité thermique et d'autres avantages de performance.

Les pyranomètres passifs à thermopile ou Peltier tels que notre série CMP ne nécessitent pas d'alimentation électrique. Le détecteur génère une petite tension proportionnelle à la différence de température entre la surface absorbante noire et le boîtier de l'appareil. C’est de l'ordre de 10 mV (microvolts) par W / m2, donc sur une journée ensoleillée, la sortie sera autour de 10 mV (millivolts). Chaque pyranomètre a une sensibilité particulière, définie au cours du processus d'étalonnage, qui est utilisé pour convertir le signal de sortie en microvolts en un éclairement global en W / m2.

Notre gamme de pyranomètres intelligents SMP possèdent les mêmes détecteurs que les modèles équivalents CMP, mais ils nécessitent une alimentation externe pour l'amélioration du traitement numérique et de la performance signal.

Pour maintenir les performances, le recalibrage est recommandé habituellement tous les deux ans, et un connecteur de haute qualité imperméable à l'eau pour le câble de signal simplifie grandement le processus.

Partager cette page