Már lassan egy éve tervezem az alapszintű időjárás állomásom bővítését további szenzorokkal. Tavaly áprilisban vásároltam Ebayen Bulgáriából két darab infrahőmérőt. Az infrahőmérő lényege, hogy érintés nélkül is képes a céltárgy hőmérsékletének mérésére - ismerős lehet az infra lázmérő, amely a homlokra vagy fülbe irányítva viszonylag pontosan és gyorsan méri a test hőmérsékletét. A működési elve leegyszerűsítve azon alapul, hogy minden anyag infravörös sugárzást bocsájt ki, ami egyenesen arányos az anyag hőmérsékletével. De mire jó ez időjárás észlelésben?
Egy ilyen infra hőmérőt az ég fele fordítva megmérhetjük annak "hőmérsékletét", pontosabban az infravörös kibocsájtását. Amennyiben az égbolt felhős, ez a sugárzás magasabb lesz (a felhő "melegebb"), amennyiben az égbolt tiszta, az IR kibocsájtás alacsonyabb, az égbolt "hidegebb". Ezt tudva, egy ilyen szenzor segítségével megállapíthatjuk, hogy az égbolt felhős, részben felhős, vagy tiszta - mindezt akár éjjel is. Ugyanakkor fontos a környezeti hőmérséklet is, mert amennyiben a talajközelben például hideg, -20 fok van és az égbolton is -20 fok körüli értéket mérünk, az azt jelenti, hogy nagy valószínűséggel az égbolt (hó)felhős, míg ugyanez a -20 fokos égbolt hőmérséklet egy nyári 30 fokos melegben tiszta égboltot jelent. Éppen ezért a felhőzet megállapításához a környezeti hőmérséklet és az égbolt hőmérséklet különbségét (deltáját) használjuk. Minél nagyobb ez a delta, annál tisztább az égbolt.
Ezt az elméletet a tavaly beszerzett MLX90614 típusú szenzorral le is ellenőriztem, már "csak" a projekt készre szerelése, bedobozolása volt hátra, ám, amint ez lenni szokott, ez bizonyult a legnagyobb feladatnak, ezért folyamatosan halasztottam - mostanáig.

Néhány gyakorlati probléma:

• A szenzor látószöge. Az általánosan elterjedt látószög 70-90 fok, ami egy normál felhasználáshoz tökéletes, esetünkben azonban túl nagy, könnyen beleérhetnek környezeti tárgyak, épületek, fák, stb, ami torzíthatja a mérést. Nekem az volt a tervem, hogy két darab 10 fokos látószögű szenzorral fogok mérni két különböző irányba (így kizárva, hogy esetleg az ég csak egy kicsiny darabja felhős). A tervem azonban részben meghiúsult, ugyanis a tesztek során az egyik szenzorom valahol elkallódott, így végül csak egyetlen 10 fokos IR szenzor került beüzemelésre.
• A szenzor elhelyezése. A szenzort természetéből adódóan nem tehetjük burkolat alá, mert ha az még egy tökéletesen átlátszó üveg is, az égbolt helyett a burkolat hőmérsékletét fogjuk mérni, tehát ha pontos mérést szeretnénk, muszáj a szabad ég alatt üzemeltetni. Ekkor azonban gond lehet a rácsöpögő eső vagy a kicsapódó harmat, ebben az esetben ugyanis ezeknek a vízcseppeknek fogjuk mérni a hőmérsékletét, nem az égboltnak. Az eső problémáját úgy oldottam meg, hogy -amint a fenti képen látszik - a szenzordobozt a háztető alá helyeztem, és elfordítottam olyan szögben, hogy jól lássa az eget. Így eső csak extrém körülmények között eshet rá, a harmatra azonban nincs megoldásom - nyáron meglátjuk, mekkora a probléma. Ami még segítség lehet, hogy a 10 fokos látószögű szenzor háza egy keskeny és magas henger, így viszonylag nehezebben jut bele a víz. Az IR szenzort egyéb szenzorokkal együtt egy műanyag dobozba szereltem, ennek a fedelébe lyukat fúrtam, ahol kidugtam az éghőmérőt, és körülötte forró szilikont húztam, hogy a dobozba lehetőség szerint ne kerülhessen víz.

Tesztelés alatt:
A fekete henger az IR hőmérő (itt még nincs körbeszilikonozva), az alatta levő lyuk mögött az UV szenzor

Ugyanebbe a dobozba került az éghőmérő mellé egy UV szenzor is (szintén még egy tavalyi Ebay-es vásár), ami igen egyszerűen működik: a beérkező UV fény intenzitását méri mW/cm²-ben egy viszonylag széles tartományban (UV-A + UV-B). Az UV index kiszámításához azonban külön kellene mérni az UV fényt 3 különböző hullámhosszon, és azok súlyozott összege adja az UV indexet. Ez azért van így, mert az UV-A és UV-B sugárzás nem egyformán káros, minél rövidebb az UV hullámhossza, annál károsabb a bőrre (és a szemre), ezért nem lehet egy ilyen egyszerű "széles sávú" UV szenzorral UV indexet mérni. Az általam mért UV intenzitás azonban nagy valószínűséggel egyenesen arányos az aktuális UV index-el is, ezt majd nyáron kitapasztalom, hogyan lehet közelítőleg átalakítani az én értékemet a "hivatalos" UV indexre. Az UV szenzornál az egyetlen nehézséget az jelentette, hogy milyen anyagot tegyek eléje - nem szerettem volna ezt is kitenni az időjárás viszontagságainak. Végigpróbáltam különféle átlátszó fóliákat, vékony üveglapot, műanyagokat, de többé-kevésbbé mindenik szűrte (gátolta) az UV fényt, ami általába véve szerencsés (ezért nem égünk le az ablak mögött), de most negatívan befolyásolta a mérést. Végül egy darab kristálytiszta akril lett a nyerő, ami alig 5%-ot szűr az UV-n, ezt könnyen tudom kompenzálni a mérés során. Remélem, hogy a napsütés hatására nem megy idő előtt tönkre a szerkezet.
A dobozba szerelt harmadik érzékelő egy egyszerű fényérzékeny ellenállás (LDR), amivel az aktuális napfény intenzitást mérem, ilyenem már korábban is volt, csak máshol volt elhelyezve. Szintén ide került, egy külön kis dobozba a légnyomás és páratartalom érzékelőm, az alábbi képen látszik, nem túl szakszerűen egy kábelkötegelővel rögzítve. Ez utóbbi elhelyezése azonban nem volt szerencsés, ugyanis napsütésben a dobozka felmelegszik, és emiatt hamis relatív páratartalom adatokat küld. Amint az időjárás engedi, át fogom helyezni egy napfénytől teljesen védett helyre. Alább néhány grafikon az elmúlt héten rögzített adatokról, amelyet a felhőérzékelő és az UV szenzor mért:

Minél tisztább az idő, annál nagyobb a delta értéke.

Az elmúlt 1 hét UV sugárzása