Для измерения интенсивности прямой и рассеянной солнечной радиации и эффективного излучения (а также альбедо, освещенности и пр.) существует много приборов как с визуальными отсчетами, так и с автоматической регистрацией. Ограничимся здесь указанием на общие принципы их построения.
Приборы для измерения прямой солнечной радиации называют пиргелиометрами и актинометрами, для измерения рассеянной радиации — пиранометрами, для измерения эффективного излучения — пиргеометрами, для измерения радиационного баланса — балансомерами. Названия самопишущих приборов оканчиваются на «граф» (актинограф, пиранограф).
Для измерения радиации применяется зачерненная металлическая пластинка, которая по своим поглощательным свойствам практически идентична абсолютно черному телу, т. е. поглощает и превращает в тепло всю падающую на нее радиацию. Во многие приборы входят, кроме того, пластинки с белой или полированной поверхностью, почти полностью отражающие падающую радиацию.
В компенсационном пиргелиометре Ангстрема зачерненная металлическая пластинка выставляется на солнце, а другая такая же пластинка оставляется в тени. Между пластинками возникает разность температур. Эта разность температур передается спаям термоэлемента, приклеенным (с изоляцией) к пластинкам, и тем самым возбуждает термоэлектрический ток. Через затененную пластинку пропускается ток от батареи, пока пластинка не нагреется до той же температуры, до которой нагрелась солнечными лучами первая пластинка; тогда термоэлектрический ток исчезает. По силе пропущенного «компенсирующего» тока можно определить с помощью закона Джоуля—Ленца количество тепла, полученное второй пластинкой. Оно равно количеству тепла, полученному от солнца первой пластинкой. Отсюда можно определить интенсивность солнечной радиации. Есть и другие типы пиргелиометров.
В биметаллическом актинометре Михельсона применяется маленькая и тонкая биметаллическая пластинка, например из меди и платины. Нагреваясь под действием радиации, она изгибается вследствие различия коэффициентов расширения металлов. По величине этого изгиба заключают об интенсивности радиации. Для этого прибор нужно проградуировать путем сравнения с абсолютным пиргелиометром, например Ангстрема, т. е. найти его переводный множитель. Применяя фильтры из цветного стекла, можно измерять интенсивность радиации в различных участках спектра.
В термоэлектрическом актинометре Савинова—Янишевского приемная часть представляет собой тонкий металлический зачерненный диск. К нему через изоляцию приклеены нечетные спаи термобатареи. Четные спаи термобатареи приклеены также через изоляцию к медному кольцу в корпусе прибора. Под влиянием солнечной радиации возникает электрический ток, по силе которого определяют интенсивность радиации. Для этого нужно знать переводный множитель прибора, который определяется путем сравнения с абсолютным пиргелиометром.
В пиранометре приемная часть чаще всего представляет собой батарею термоэлементов, например из манганина и константина, с зачерненными и белыми спаями. Прибор выставляется приемной частью в горизонтальном положении, чтобы воспринимать рассеянную радиацию со всего небесного свода. От прямой солнечной радиации он затенен, а от встречного излучения атмосферы защищен стеклянным колпаком. Под действием рассеянной радиации черные и белые спаи нагреваются неодинаково и возникает термоэлектрический ток, по силе которого определяют интенсивность радиации (опять-таки заранее определив переводный множитель прибора). При измерениях суммарной радиации пиранометр не затеняют от прямых солнечных лучей.
В пиргеометре используется то обстоятельство, что эффективное излучение блестящих (никелированных) металлических пластинок очень мало по сравнению с излучением зачерненных пластинок. Когда прибор выставляют ночью под открытым небом, зачерненные пластинки в нем принимают более низкую температуру, чем блестящие. По этой разности температур (точнее, по силе возбужденного ею термоэлектрического тока или же компенсационным методом, как в пиргелиометре Ангстрема) определяют эффективное излучение черных пластинок, которое отождествляют с эффективным излучением земной поверхности.
Радиационный баланс определяется балансомером, в котором одна зачерненная приемная пластинка направлена вверх, к небу, а другая — вниз, к земной поверхности. Разница в нагревании пластинок позволяет определить величину радиационного баланса. Ночью она равна величине эффективного излучения.
Для автоматической регистрации измерений термоэлектрический ток, возникающий в актинометре, пиранометре, пиргеометре, подают на самопишущий гальванометр (гальванограф). Изменения силы тока, таким образом, записываются на движущейся бумажной ленте. При этом актинометр должен автоматически вращаться так, чтобы его приемная часть следовала за солнцем, а пиранометр должен быть всегда затенен от прямой радиации особой кольцевой защитой.
