SISTEMA PRECISO Y SIMPLE COMO AYUDA PARA LA CALIBRACIÓN DE RADIÓMETROS

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1 SISTEMA PRECISO Y SIMPLE COMO AYUDA PARA LA CALIBRACIÓN DE RADIÓMETROS Nancy López y Ma. Cristina Landini Dirección Nacional de Meteorología del Uruguay ABSTRACT The radiometers calibration require primary or secondary reference instruments, which are very expensive. Besides it is added the cost of the necessary accessory instruments to carry out these calibrations, particularly in some data-acquisition system, that must be a high-precision, due to the low intensity signal emitted by the radiometers. Using a system composed by a milivoltigraf and a selective key with several channels, the measures could be obtained with a very high quality at a reasonable cost. 1. INTRODUCCION Al contar nuestro organismo con escasos recursos financieros para obtener el instrumental de adquisición de datos necesario para las calibraciones de radiómetros, se ha implementado un sistema que permite realizarlas de forma simple, siguiendo las indicaciones de la OMM, y utilizando como patrones, un pirheliómetro de referencia secundario (1) y dos piranómetros de primera clase (2). Este sistema se basa en intercalar entre el radiómetro y un milivoltígrafo, una llave selectora de varios canales que permite la calibración simultánea, rápida y precisa de varios piranómetros. De esta forma se pudieron realizar calibraciones de tres piranómetros a la vez contra uno de primera clase, así como calibrar simultáneamente dos piranómetros de primera clase contra el pirheliómetro de referencia. Debido a la facilidad de implementación, unido a la buena calidad del dato obtenido, creemos interesante demostrar el funcionamiento de este sistema, para que otras instituciones en similares condiciones puedan aprovecharlo. 2. PRESENTACION DEL TEMA Para la calibración de los radiómetros, el Departamento de Instrumental de nuestro organismo cuenta, como patrón nacional, con un pirheliómetro de referencia secundario ngström, acompañado de un miliamperímetro controlado potenciométricamente (1). Como sub-patrones nacionales existen dos piranómetros a termopila de primera clase, modelo PSP (2).

2 Las calibraciones piranométricas se realizan por dos de los métodos establecidos por la OMM (3) : a) La calibración de los sub patrones se realiza mediante comparación con el pirheliómetro de referencia, usando el sol como fuente primaria de radiación, con aditamento sombreador removible (método de la tapada ) (4). b) La calibración de los piranómetros de la red se realiza por comparación directa con un piranómetro de referencia, usando el sol como fuente primaria de radiación (5). Como colector de la señal de salida de los piranómetros durante las calibraciones, sólo se dispone de un milivoltígrafo de un canal. Éste permitiría calibrar a la vez sólo un piranómetro contra el pirheliómetro de referencia, e impediría la calibración de los piranómetros de la red contra un sub-patrón., ya que para esto se requeriría de un milivoltígrafo de dos canales o dos milivoltígrafos funcionando a la vez, para obtener el registro simultáneo de ambos (6). Para subsanar este impedimento, se utilizó un mecanismo conmutador que permite el ingreso de la señal de varios piranómetros a la vez al registrador. 3. DESCRIPCION DEL SISTEMA MILIVOLTIGRAFO Éste es un registrador, basado en la compensación potenciometrica automática, muy rápido (0.6 seg. en toda la escala), de alta precisión y linealidad (mejor a 0.3% a escala total), con un fondo de escala (15 mv) adecuado a los valores a obtener y con una impedancia alta para evitar errores en la diferencia de longitud de los cables CONMUTADOR MANUAL Está formado por una llave selectora de varios canales de entrada y uno de salida. En nuestro caso consta de seis canales de entrada, uno de los cuales es un cero, otro un cortocircuito y en los cuatro restantes se pueden conectar instrumentos de señal eléctrica. La salida puede conectarse a un instrumento capaz de medir o registrar mv. Una conexión entre el cable de masa y la malla evita interferencias en la señal de los instrumentos. La longitud de los cables que salen de cada terminal es idéntica, por lo que no se ve afectada la respuesta de los instrumentos conectados. Este conmutador fue diseñado por el Prof. Victor Piñeyro, Técnico en Meteorología e Instrumental. Está dispuesto en forma de caja de pequeñas dimensiones, fácilmente manejable, para ser usado en las calibraciones de piranómetros. En los canales de entrada se conectan piranómetros, mientras que la salida permanece conectada a un milivoltígrafo. Al conmutar las distintas posiciones de entrada, se obtiene en el milivoltígrafo el registro sucesivo y rápido de la señal de los instrumentos. En la posición de cortocircuito se puede ajustar el cero del registrador.

3 4. METODOS EMPLEADOS PARA LA CALIBRACION DE PIRANOMETROS 4.1. POR COMPARACION CON PIRHELIOMETRO ESTANDAR En el método tradicional de la tapada usando un milivoltígrafo, se realizan lecturas con el pirheliómetro, mientras simultáneamente se deja registrar el piranómetro, un cierto lapso destapado, otro sombreado y otro destapado. En el momento de cada lectura del pirheliómetro, se realiza una marca en el registro del piranómetro. Con la caja conmutadora es posible calibrar simultáneamente dos piranómetros, realizando una conmutación de uno a otro en el momento de la lectura pirheliométrica. Esto permite obtener la lectura de ambos en el momento de la conmutación y es más fácil hacer coincidir dicho momento con el de la lectura del patrón, por la rapidez de respuesta de la llave selectora y del milivoltígrafo. (Fig. 1). Fig. 1: Registro de dos piranómetros durante su calibración por comparación con el pirheliómetro patrón, por el método de la tapada. a) y c): intervalo en que los piranómetros 1 y 2 permanecen sin sombrear. b) intervalo en que dichos piranómetros están sombreados.

4 4.2. POR COMPARACION CON PIRANOMETRO DE REFERENCIA Al calibrar los piranómetros por comparación, normalmente se deja registrar ambos, el testigo y el patrón simultáneamente por un lapso largo de tiempo o en series más cortas, dependiendo de la estabilidad de las condiciones del cielo. Cuando se dispone de milivoltígrafos, se utiliza un registrador de doble canal o dos registradores funcionando paralelamente. Con la caja conmutadora se pudieron calibrar tres piranómetros contra el sub-patrón simultáneamente. Como la conmutación es muy rápida, con una velocidad del papel del registrador de 20 mm por minuto, se puede realizar una serie de 20 secuencias en unos 20 minutos (Fig. 2), repitiéndola varias veces en el día. Se entiende por secuencia, el registro de los tres piranómetros a calibrar, el del sub-patrón y el cero alternadamente). (Fig. 3) Fig. 2.: Registro de tres piranómetros y el de referencia durante una serie de calibración.

5 Fig. 3: Registro de tres secuencias dentro de la serie de calibración mostrada en la Fig. 2. 1, 2 y 3: piranómetros a calibrar, 4: piranómetro de referencia, 5: indicación del cero del milivoltígrafo. 5. VENTAJAS QUE OFRECE EL SISTEMA En la calibración de piranómetros se puede trabajar con más de uno a la vez. Las lecturas del registro son hechas a posteriori, lo que permite una mayor rapidez de calibración que con una lectura directa, y por lo tanto un mejor aprovechamiento de las horas de sol, así como también invalidar las secuencias en que se observa un registro irregular por variación de la radiación. Además las lecturas pueden revisarse en cualquier momento ya que quedan registradas, lo que permite corregir posibles errores. La velocidad en que se realiza cada secuencia es comparativamente mayor que en una lectura directa, lo que permite obtener una buena cantidad de lecturas en la serie, con radiación solar estable. Por otro lado al permanecer expuestos al sol simultáneamente los piranómetros, la señal ingresada al milivoltígrafo mediante la caja conmutadora es directa, por lo que no se necesita considerar el tiempo de respuesta del instrumento al conmutar de uno a otro. Además de las ventajas ya expuestas, en la calibración piranométrica contra un pirheliómetro patrón, se logra una mejor sincronización entre las lecturas del piranómetro y del pirheliómetro, ya que la marca eléctrica producida por el conmutador es más exacta y rápida que la registrada por la mano del operador. 6. CONCLUSIONES Evidentemente existen instrumentos mucho más sofisticados, rápidos y precisos que el usado por nosotros, pero cuando las condiciones económicas son limitantes, creemos que mediante el uso de la caja conmutadora y un registrador, se pueden realizar calibraciones de una buena calidad, a un costo razonable y con las ventajas mencionadas. En nuestro país las condiciones atmosféricas son rápidamente cambiantes. Por lo que una mayor velocidad de las calibración permite obtener series de una buena cantidad de datos en poco tiempo, con una buena estabilidad en la radiación solar durante las mismas, lo que mejora el dato final.

6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1 - World Meteorological Organization Nº 557: Meteorological Aspects of the Utilization of Solar Radiation as an Energy Source. Technical Note Nº 172, Chap. 7, p Ginebra, Suiza (1981) 2 - World Meteorological Organization Nº 557: Meteorological Aspects of the Utilization of Solar Radiation as an Energy Source. Technical Note Nº 172, Chap. 7, p Ginebra, Suiza (1981) 3 - World Meteorological Organization N º 8: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observations. Chap. 9, p Ginebra, Suiza (1983) 4 - World Meteorological Organization Nº 8: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observations. Chap. 9, p , Ginebra, Suiza (1983) 5 - World Meteorological Organization Nº 8 : Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observations. Chap. 9, p Ginebra, Suiza (1983) 6 - World Meteorological Organization Nº 557: Meteorological Aspects of the Utilization of Solar Radiation as an Energy Source. Technical Note Nº 172, Chap. 7, p Ginebra, Suiza (1981)