पायरानोमीटर

पायरानोमीटर (ग्रीक πῦρ (पीवाईआर) 'अग्नि', और ἄνω (एनो) 'ऊपर, आकाश' से) एक्टिनोमीटर का एक प्रकार है जो तलीय सतह पर सौर विकिरण को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। और इसे 0.3 माइक्रोन से 3 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य सीमा के भीतर ऊपर गोलार्ध से सौर विकिरण प्रवाह घनत्व (W/m2) को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

विशिष्ट पाइरानोमीटर को संचालित करने के लिए किसी शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि, हाल के तकनीकी विकास में पाइरानोमीटर में इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग सम्मिलित है, जिसके लिए (कम) बाहरी शक्ति (ऊष्मा प्रवाह संवेदक देखें) की आवश्यकता होती है।

व्याख्या


पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाला सौर विकिरण स्पेक्ट्रम अपनी तरंग दैर्ध्य को लगभग 300 nm से 2800 nm तक बढ़ाता है। उपयोग किए गए पाइरानोमीटर के प्रकार के आधार पर, वर्णक्रमीय संवेदनशीलता की विभिन्न डिग्री के साथ विकिरण माप प्राप्त किया जाएगा।

विकिरण का मापन करने के लिए, परिभाषा के अनुसार यह आवश्यक है कि "बीम" विकिरण की प्रतिक्रिया घटना के कोण के कोज्या के साथ भिन्न हो। यह पूर्ण प्रतिक्रिया सुनिश्चित करता है जब सौर विकिरण संवेदक को लंबवत (सतह पर सामान्य, चरम पर सूर्य, घटना का 0° कोण) रूप से हिट करता है शून्य प्रतिक्रिया जब सूर्य क्षितिज (90° घटना का कोण, 90° जेनिथ कोण) पर, और 0.5 घटना के 60 ° कोण पर होता है। यह इस प्रकार है कि एक पाइरानोमीटर में तथाकथित "दिशात्मक प्रतिक्रिया" या "कोज्या प्रतिक्रिया" होनी चाहिए जो आदर्श कोज्या विशेषता के जितना संभव हो उतना समीप हो।

प्रकार
आईएसओ (ISO) 9060 में दी गई परिभाषाओं के बाद, तीन प्रकार के पाइरानोमीटर को पहचाना जा सकता है और दो अलग-अलग तकनीकों में समूहीकृत किया जा सकता है- थर्मोपाइल प्रौद्योगिकी और सिलिकॉन अर्धचालक प्रौद्योगिकी।

प्रकाश संवेदनशीलता, जिसे 'वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया' के रूप में जाना जाता है, पाइरानोमीटर के प्रकार पर निर्भर करती है। ऊपर दिया गया चित्र सौर विकिरण स्पेक्ट्रम के संबंध में तीन प्रकार के पाइरानोमीटर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं को दर्शाता है। सौर विकिरण स्पेक्ट्रम सूर्य के प्रकाश के स्पेक्ट्रम का प्रतिनिधित्व करता है जो पृथ्वी की सतह पर समुद्र तल पर दोपहर के समय ए.एम. (वायु द्रव्यमान) = 1.5 के साथ पहुंचता है। अक्षांश और ऊंचाई इस स्पेक्ट्रम को प्रभावित करते हैं। स्पेक्ट्रम एयरोसोल और प्रदूषण से भी प्रभावित होता है।

थर्मोपाइल पाइरानोमीटर
थर्मोपाइल पाइरानोमीटर (जिसे थर्मो-इलेक्ट्रिक पाइरानोमीटर भी कहा जाता है) थर्मोपाइल्स पर आधारित एक संवेदक है, जिसे 180 डिग्री के दृश्य कोण से सौर विकिरण प्रवाह घनत्व के व्यापक बैंड को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। थर्मोपाइल पाइरानोमीटर प्रायः 300 से 2800 nm तक बड़े पैमाने पर फ्लैट वर्णक्रमीय संवेदनशीलता (वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ग्राफ देखें) के साथ मापता है। थर्मोपाइल पाइरानोमीटर की प्रथम पीढ़ी में संवेदक का सक्रिय भाग काले और सफेद क्षेत्रों में समान रूप से विभाजित था। विकिरण की गणना काले क्षेत्रों के तापमान, सूर्य के संपर्क में आने वाले, और सफेद क्षेत्रों के तापमान, सूर्य के संपर्क में न आने वाले क्षेत्रों या रंगों में बेहतर कहे जाने वाले अंतर माप से की गई थी।

सभी थर्मोपाइल प्रौद्योगिकी में, विकिरण सूर्य के संपर्क वाले क्षेत्र के तापमान और छाया क्षेत्र के तापमान के बीच अंतर के समानुपाती होता है।

डिजाइन
उचित दिशात्मक और वर्णक्रमीय विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, निम्नलिखित मुख्य घटकों के साथ थर्मोपाइल पाइरानोमीटर का निर्माण किया जाता है-
 * काली परत के साथ थर्मोपाइल संवेदक। यह सभी सौर विकिरण को अवशोषित करता है, इसमें 300 से 50,000 नैनोमीटर क्षेत्र को समाविष्ट करने वाला फ्लैट स्पेक्ट्रम होता है, और इसकी लगभग पूर्ण कोज्या प्रतिक्रिया होती है।
 * कांच का गुंबद। यह 180 डिग्री क्षेत्र के दृश्य को संरक्षित करते हुए वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया को 300 से 2,800 नैनोमीटर (2,800 nm से ऊपर के भाग को काटकर) तक सीमित करता है। यह थर्मोपाइल संवेदक को संवहन से भी बचाता है। बहुत से, लेकिन सभी नहीं, प्रथम श्रेणी और माध्यमिक मानक पाइरानोमीटर (थर्मोपाइल पाइरानोमीटर का आईएसओ 9060 वर्गीकरण देखें) में अतिरिक्त "विकिरण आवरण" के रूप में एक दूसरा कांच गुंबद सम्मिलित है, जिसके परिणामस्वरूप संवेदक और आंतरिक गुंबद के बीच एक ही निर्माता द्वारा कुछ एकल गुंबद मॉडल की तुलना में बेहतर तापीय संतुलन होता है। इन स्थितियों में, एक दूसरे गुंबद के होने का प्रभाव, उपकरण प्रतिसंतुलन में भारी कमी है। वर्ग ए, एकल गुंबद मॉडल, कम शून्य-प्रतिसंतुलन (+/- 1 W/m2) के साथ उपलब्ध हैं।

आधुनिक थर्मोपाइल पाइरानोमीटर में थर्मोपाइल के सक्रिय (गर्म) जंक्शन काली परत की सतह के नीचे स्थित होते हैं और काली परत से अवशोषित विकिरण द्वारा गरम होते हैं। थर्मोपाइल के निष्क्रिय (ठंडे) जंक्शन सौर विकिरण से पूरी तरह से सुरक्षित हैं और पाइरानोमीटर ढाँचें के साथ तापीय संपर्क में हैं, जो ऊष्माशोषी के रूप में कार्य करता है। यह छाया में तापमान को मापते समय पीलेपन या क्षय से किसी भी परिवर्तन को रोकता है, इस प्रकार सौर विकिरण के माप को क्षीण करता है।

काली परत सतह और उपकरण ढाँचें के बीच तापमान अंतर के अनुपात में थर्मोपाइल छोटा वोल्टेज उत्पन्न करता है। यह 10 μV (माइक्रोवोल्ट) प्रति W/m2 के क्रम का है, इसलिए धूप वाले दिन आउटपुट लगभग 10 mV (मिलीवोल्ट) होगा। प्रत्येक पाइरानोमीटर में एक अद्वितीय संवेदनशीलता होती है, जब तक कि अन्यथा संकेत अनुसंशोधन के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स से सुसज्जित न हो।

उपयोग


थर्मोपाइल पाइरानोमीटर प्रायः मौसम विज्ञान, जलवायु विज्ञान, जलवायु परिवर्तन अनुसंधान, अभियांत्रिकी भौतिकी के निर्माण, फोटोवोल्टिक प्रणालियों और फोटोवोल्टिक बिजली स्टेशनों की निगरानी में उपयोग किया जाता है।

वे प्रायः मौसम विज्ञान केंद्रों में क्षैतिज रूप से स्थापित होते हैं।

सौर ऊर्जा उद्योग, 2017 मानक, IEC 61724-1:2017 में परिभाषित किया है कि सौर ऊर्जा संयंत्र के आकार और श्रेणी के आधार पर किस प्रकार के पाइरानोमीटर का उपयोग किया जाना चाहिए। यह मानदंड प्रदर्शन अनुपात गणना में सटीकता बढ़ाने के लिए क्षैतिज रूप से थर्मोपाइल पाइरानोमीटर (जीएचआई (GHI), वैश्विक क्षैतिज विकिरण) स्थापित करने और पीवी (PV) मॉड्यूल (पीओए (POA), सरणी के समतल) के समतल पर फोटोवोल्टिक पाइरानोमीटर स्थापित करने की सलाह देता है।

प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर - सिलिकॉन फोटोडायोड
आईएसओ 9060 में फोटोइलेक्ट्रिक पाइरानोमीटर के रूप में भी जाना जाता है, फोटोडायोड-आधारित पाइरानोमीटर 400 nm और 1100 nm के बीच सौर स्पेक्ट्रम के भाग का पता लगा सकता है। फोटोडायोड प्रकाश विद्युत प्रभाव के कारण उपरोक्त सौर स्पेक्ट्रम आवृत्तियों को उच्च गति से वर्तमान में परिवर्तित करता है। रूपांतरण तापमान से प्रभावित होता है और तापमान (लगभग 0,1% • °C) में वृद्धि से उत्पन्न धारा में वृद्धि होती है

डिजाइन
फोटोडायोड-आधारित पाइरानोमीटर ढाँचा गुंबद, फोटोडायोड और विसारक या प्रकाशिक निःस्यंदक से बना होता है। फोटोडायोड का सतह क्षेत्र छोटा होता है और संवेदक के रूप में कार्य करता है। फोटोडायोड द्वारा उत्पन्न विद्युत धारा विकिरण के समानुपाती होती है एक आउटपुट परिपथ, जैसे कि ट्रांसप्रतिबाधा एम्पलीफायर, वोल्टेज उत्पन्न करता है जो सीधे प्रकाश विद्युत् धारा के लिए आनुपातिक होता है। आउटपुट प्रायः मिलिवोल्ट्स के क्रम पर होता है, थर्मोपाइल-प्रकार के पाइरानोमीटर के समान परिमाण का क्रम है।

उपयोग
फोटोडायोड-आधारित पाइरानोमीटर लागू किए जाते हैं जहां दृश्यमान सौर स्पेक्ट्रम के विकिरण की मात्रा, या यूवी (UV), आईआर (IR) या पीएआर (PAR) (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण) जैसे कुछ भागों की गणना की जानी चाहिए। यह विशिष्ट वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं वाले डायोड का उपयोग करके किया जाता है। फ़ोटोडायोड-आधारित पाइरानोमीटर, फ़ोटोग्राफ़ी, सिनेमा और प्रकाश तकनीक में उपयोग किए जाने वाले लक्समीटर के मूल हैं। कभी-कभी उन्हें प्रकाश वोल्टीय प्रणाली के मॉड्यूल के समीप भी स्थापित किया जाता है।

प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर - प्रकाश वोल्टीय सेल
प्रकाश वोल्टीय प्रणालियों के प्रसार के साथ-साथ 2000 के दशक के आसपास निर्मित, प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर फोटोडियोड पाइरानोमीटर का विकास है। इसने सेल और प्रकाश वोल्टीय मॉड्यूल की शक्ति को मापते समय एकल संदर्भ प्रकाश वोल्टीय सेल की आवश्यकता का उत्तर दिया। विशेष रूप से, प्रत्येक सेल और मॉड्यूल का परीक्षण उनके संबंधित निर्माताओं द्वारा फ्लैश टेस्ट के माध्यम से किया जाता है, और थर्मोपाइल पाइरानोमीटर में प्रतिक्रिया की पर्याप्त गति नहीं होती है और न ही सेल की समान वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया होती है। शक्ति को मापते समय यह स्पष्ट असंतुलन पैदा करेगा, जिसकी मात्रा निर्धारित करने की आवश्यकता होगी। तकनीकी दस्तावेजों में, इस पाइरानोमीटर को "संदर्भ सेल" के रूप में भी जाना जाता है।

संवेदक का सक्रिय भाग प्रकाश वोल्टीय सेल से बना होता है जो शॉर्ट-सर्किट स्थिति में काम करता है। इस प्रकार, उत्पन्न धारा 350 nm और 1150 nm के बीच की सीमा में सेल को हिट करने वाले सौर विकिरण के सीधे आनुपातिक है। जब उल्लिखित सीमा में चमकदार विकिरण द्वारा निवेश किया जाता है, तो यह प्रकाश वोल्टीय प्रभाव के परिणामस्वरूप विद्युत उत्पन्न करता है। इसकी संवेदनशीलता सपाट नहीं है, लेकिन यह सिलिकॉन प्रकाश वोल्टीय सेल के समान है। वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ग्राफ़ देखें।



डिजाइन
प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर अनिवार्य रूप से निम्नलिखित भागों से जुड़ा हुआ है- फोटोडायोड और प्रकाश वोल्टीय सेल जैसे सिलिकॉन संवेदक तापमान के कार्य में आउटपुट को बदलते हैं। अधिक हाल के मॉडलों में, इलेक्ट्रॉनिक्स तापमान के साथ संकेत की भरपाई करते हैं, इसलिए सौर विकिरण के मानों से तापमान के प्रभाव को हटाते हैं। कई मॉडलों के अंदर, स्थिति में संकेत के प्रवर्धन और अनुकूलन के लिए एक बोर्ड होता है।
 * फिक्सिंग स्टाफ के साथ धातु का कंटेनर
 * छोटा प्रकाश वोल्टीय सेल
 * संकेत अनुकूलन इलेक्ट्रॉनिक्स

उपयोग
प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर का उपयोग सौर अनुरूपक में और प्रकाश वोल्टीय मॉड्यूल प्रभावी शक्ति और प्रणाली प्रदर्शन की गणना के लिए प्रकाश वोल्टीय प्रणाली के साथ किया जाता है। क्योंकि प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया प्रकाश वोल्टीय मॉड्यूल के समान होती है, इसका उपयोग प्रकाश वोल्टीय प्रणालियों में खराबी के प्रारंभिक निदान के लिए भी किया जा सकता है।

संदर्भ पीवी सेल या सौर विकिरण संवेदक में बाहरी इनपुट हो सकते हैं जो मॉड्यूल तापमान संवेदक, परिवेश तापमान संवेदक और पवन गति संवेदक के संबंध को सुनिश्चित करते हैं, केवल मोडबस आरटीयू (RTU) आउटपुट के साथ डेटालॉगर से सीधे जुड़े होते हैं। ये डेटा सौर पीवी संयंत्रों की निगरानी के लिए उपयुक्त हैं।

मानकीकरण और अनुसंशोधन
थर्मोपाइल-प्रकार और प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर दोनों ही मानकों के अनुसार निर्मित होते हैं।

थर्मोपाइल पाइरानोमीटर
थर्मोपाइल पाइरानोमीटर आईएसओ 9060 मानक का पालन करते हैं, जिसे विश्व मौसम विज्ञान संगठन (डब्लूएमओ) द्वारा भी अपनाया जाता है। यह मानक तीन वर्गों में विभेद करता है।

आईएसओ 9060 का नवीनतम संस्करण, 2018 से निम्नलिखित वर्गीकरण का उपयोग करता है- सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के लिए वर्ग ए, इसके बाद वर्ग बी और वर्ग सी, जबकि 1990 के पुराने आईएसओ 9060 मानक में अस्पष्ट शब्दों का उपयोग "द्वितीयक मानक", "प्रथम श्रेणी" और "द्वितीय श्रेणी" के रूप में किया गया था।

संवेदक में गुणों की एक निश्चित संख्या के कारण वर्गों में अंतर होता है- प्रतिक्रिया समय, तापीय प्रतिसंतुलन, तापमान निर्भरता, दिशात्मक त्रुटि, गैर-स्थिरता, गैर-रैखिकता, वर्णक्रमीय चयनात्मकता और अभिनति प्रतिक्रिया। इन सभी को आईएसओ 9060 में परिभाषित किया गया है। संवेदक को एक निश्चित श्रेणी में वर्गीकृत करने के लिए, इन गुणों के लिए सभी न्यूनतम आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता होती है।

आईएसओ 9060:2018 में सम्मिलित दो उप-वर्गीकरण 'तीव्र प्रतिक्रिया' और 'वर्णक्रमीय रूप से सपाट' हैं। वे संवेदक को और अलग करने और वर्गीकृत करने में सहायता करते हैं। 'तीव्र प्रतिक्रिया' वर्गीकरण प्राप्त करने के लिए, 95% रीडिंग के लिए प्रतिक्रिया समय 0.5 सेकंड से कम होना चाहिए; जबकि 'वर्णक्रमीय रूप से सपाट' 0,35 से 1,5 माइक्रोन वर्णक्रमीय श्रेणी में 3% से कम की वर्णक्रमीय चयनात्मकता वाले संवेदक पर लागू हो सकता है। जबकि अधिकांश वर्ग ए पाइरानोमीटर 'वर्णक्रमीय रूप से सपाट' हैं, 'तीव्र प्रतिक्रिया' उप-वर्गीकरण में संवेदक बहुत दुर्लभ हैं। अधिकांश वर्ग ए पाइरानोमीटर में 5 सेकंड या उससे अधिक का प्रतिक्रिया समय होता है।

अनुसंशोधन प्रायः विश्व रेडियोमेट्रिक संदर्भ (WRR) को निरपेक्ष संदर्भ के रूप में किया जाता है। इसका रखरखाव दावोस, स्विट्जरलैंड में पीएमओडी (PMOD) द्वारा किया जाता है। विश्व रेडियोमीट्रिक संदर्भ के अलावा, आईएसओ-कैल उत्तरी अमेरिका जैसी निजी प्रयोगशालाएं हैं जिन्होंने इन अद्वितीय अनुसंशोधनों के लिए मान्यता प्राप्त की है। वर्ग ए पाइरानोमीटर के लिए, ASTM G167, ISO 9847 या ISO 9846 के बाद अनुसंशोधन किया जाता है। वर्ग B और वर्ग C पाइरानोमीटर प्रायः एएसटीएम E824 (ASTM E824) और आईएसओ 9847 (ISO 9847) के अनुसार अनुसंशोधन किए जाते हैं।

प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर
प्राथमिक संदर्भ नमूनों के लिए IEC 60904-4 के तहत और द्वितीयक संदर्भ नमूनों के लिए IEC 60904-2 के तहत और बिक्री के लिए अभिप्रेत उपकरणों के लिए प्रकाश वोल्टीय पाइरानोमीटर मानकीकृत और अनुसंशोधन किए जाते हैं।

दोनों मानकों में, उनकी संबंधित पता लगाने की क्षमता प्राथमिक मानक के साथ प्रारम्भ होती है जिसे विश्व रेडियोमेट्रिक संदर्भ द्वारा कैविटी रेडियोमीटर के समूह के रूप में जाना जाता है।

संकेत अनुकूलन
इन पाइरानोमीटरों का प्राकृतिक उत्पादन मान प्रायः दसियों मिलीवोल्ट (mV) से अधिक नहीं होता है। इसे एक "कमजोर" संकेत माना जाता है, और इस तरह, बल्कि विद्युत चुम्बकीय अंतःक्षेपों के लिए कमजोर होता है, विशेष रूप से जहां केबल पूर्ण रूप से दूरी पर चलता है या प्रकाश वोल्टीय प्रणाली में स्थित होता है। इस प्रकार, ये संवेदक प्रायः संकेत अनुकूलन इलेक्ट्रॉनिक्स से लैस होते हैं, जो 4-20 mA या 0-1 V का आउटपुट देते हैं।

एक अन्य समाधान ध्वनियों के प्रति अधिक प्रतिरक्षा का तात्पर्य है, जैसे RS-485 पर मोडबस, मध्यम-बड़े पैमाने के प्रकाश वोल्टीय पावर स्टेशनों, या SDI-12 आउटपुट के विशिष्ट विद्युत चुम्बकीय अंतःक्षेप वाले वातावरण के लिए उपयुक्त, जहां संवेदक कम बिजली वाले मौसम स्टेशन का भाग हैं। लैस इलेक्ट्रॉनिक्स प्रायः प्रणाली के एससीएडीए (SCADA) में आसान एकीकरण के लिए सहमत होते हैं।

अतिरिक्त जानकारी संवेदक के इलेक्ट्रॉनिक्स में भी संग्रहीत की जा सकती है, जैसे अनुसंशोधन इतिहास, क्रम संख्या।

यह भी देखें

 * एक्टिनोमीटर
 * फोटोडायोड
 * ऊष्मा प्रवाह संवेदक
 * नेट रेडियोमीटर
 * पाइरोजोमीटर
 * पायरेलियोमीटर
 * रेडियोमीटर
 * सूर्य का प्रकाश
 * सौर स्थिरांक
 * सूर्य पथ

बाहरी संबंध

 * Meteo-Technology instrumentation website