Západočeská pobočka

Meteorologická měření

Zadání:

Zjistit hodnoty základních meteorologických veličin před, v průběhu a po zatmění.

Úvod do problematiky:

Mezi běžná meteorologická pozorování patří sledování stavu oblečnosti, teploty, tlaku a povětrnostních podmínek (směr a síla větru). Navíc se během zatmění Slunce výrazně mění intenzita osvětlení.

Veličiny, které se mění s časem pomalu stačí zaznamenat před začátkem úkazu a po jeho skončení. Pouze pokud dojde k  výraznější změně v průběhu pozorování, je třeba zaznamenat i tuto změnu. Tímto způsobem zaznamenáme povětrnostní podmínky, stav oblačnosti a tlak.


Cíl experimentu:

1. Tlak

Zatmění nevyvolá výraznější změny v tlaku, navíc čidla pro měření tlaku jsou nedostupná. Průběh tlaku během zatmění se proto nebude měřit, pouze se odečtou hodnoty na začátku a konci pozorování.


2. Teplota

K daleko výraznějším změnám dochází v průběhu teploty. Je proto vhodné tento průběh zaznamenat. K tomuto účelu může posloužit termograf. Zajistit dostatečný počet termografů ale zřejmě nebude možné, proto bude vhodnější (i z hlediska archivace a zpracování dat) použít pro měření počítač s vhodným čidlem a AD převodníkem. Jako nejvhodnější čidlo se jeví Pt 100, které je lineární a v průmyslových aplikacích nejrozšířenější. Jeho cena byla v roce 1996 100 Kč.

Čidlo je připojeno na AD převodník, který převede analogový signál na číslo. Jako převodník lze použít několik zařízení:

  • Převodník ADAM firmy Advantech. Jedná se o profesionální zapojení s kompenzací odporu přívodních vodičů (čtyřvodičové připojení čidla). Získané výsledky by byly po kalibraci převodníku kalibrátorem velmi přesné (ą0.1°C). Nevýhodou je, že převodník používá pro komunikaci s PC rozhraní RS 485, které běžné PC nepodporují. Bylo by tedy nutné přidat do PC komunikační kartu (pouze pro stolní PC), nebo převodník úrovní RS 485-RS 232 (pro laptopy i stolní PC), který je též dodáván firmou Advantech. Jde o profesionální, velmi přesné a spolehlivé řešení, které je tím pádem značně finančně náročné (cca 9000 Kč). Několik převodníků je ochotna zapůjčit firma Easy Control Plzeň, ale vybavení pro všechny skupiny není zajištěno.
  • Použít vstup LINE IN zvukové karty. Toto řešení předpokládá multimediální vybavení počítače - tj. přítomnost zvukové karty. Za čidlo se přidá vhodný převodník odpor - napětí (zesilovač, odpor se zdrojem apod.) a zvuková karta bude vzorkovat vstupní napětí. Přesnost měření je dána přesností kalibrace, kterou provedeme těsně před měřením. Výhodou tohoto řešení je, že většina počítačů je vybavena zvukovou kartou. Navíc většina zvukových karet podporuje stereo. Tím pádem získáme dva nezávislé vstupní kanály. Na jednom kanálu může probíhat měření teploty, druhý bude měřit osvětlení.
  • Vlastní převodník napojený na paralelní port PC. Jedná se o jednoduché zapojení integrovaného obvodu MDAC 08. Toto řešení by bylo použito pouze v krajním případě, neboť převod je pouze 8-mi bitový a získaná přesnost je nevyhovující.
Při pokusném zaznamenávání teplot bylo zjištěno, že teplota značně fluktuuje. Pro částečné potlačení těchto fluktuací se ukázalo jako vhodné řešení vzorkovat teplotu častěji a zanášet pak její průměr (např. měřit teplotu každou sekundu a ukládat minutové průměry).

3. Intenzita osvětlení

Sledování intenzity osvětlení je téměř redundantní experiment, neboť by ji bylo možné určit z obrazu snímaného videokamerou (teoreticky). Realizace experimentu je však nenáročná a proto je vhodné provádět nezávislé měření intenzity osvětlení.

Jako čidlo se použije fotoodpor (např. WK 650 60) jehož cena je zanedbatelná (v r. 1990 asi 10 Kč). Za čidlo připojíme podobně jako u předchozího experimentu převodník odpor - napětí a výstup přivedeme na AD převodník. Jako AD převodník lze použít vstup LINE IN zvukové karty nebo vlastní zapojení s  IO MDAC 08. Převodník ADAM použít nelze, neboť ten je navržen speciálně pro čidlo Pt 100.

Přesnost měření pak závisí na přesnosti kalibrace a vlastnostech obvodu pro převod odpor - napětí. Obdobně jako u  sledování teploty je vhodnější vzorkovat intenzitu osvětlení častěji a ukládat průměrné hodnoty.

Sledování teploty a intenzity osvětlení se vzájemně doplňují, neboť intenzita osvětlení sleduje změny ve "fázi" Slunce přímo, kdežto teplota až s jistým zpožděním. Teoreticky je tedy možné z této vzájemné závislosti usuzovat na vlastnosti atmosféry.



Autor článku: Antonín Dědoch
Aktualizace: 9. 10. 2007

© 2006-2019 Západočeská pobočka České astronomické společnosti