Bau eine kompakte Low-Cost Strahlungsschild für Luft-Temperatur-Sensoren in ökologischer Feldstudien

Zusammenfassung

Mit dem Aufkommen der kleinen, kostengünstigen Umwelt-Sensoren ist es jetzt möglich, Bereitstellung von High-Density-Netzwerke von Sensoren, hyper lokalisierte Temperaturschwankungen zu messen. Hier bieten wir eine detaillierte Methode für das Konstruieren einer kompakten Version von einem zuvor beschriebenen Brauch hergestellt Strahlungsschild für die Verwendung mit preiswerten Thermochrons.

Zusammenfassung

Low-cost Temperatur-Sensoren werden zunehmend von Ökologen Klimaschwankungen zu beurteilen und ändern auf ökologisch relevanten Skalen verwendet. Zwar kostengünstig, wenn nicht mit richtigen solar Strahlungsabschirmung bereitgestellt werden die Beobachtungen von diesen Sensoren aufgezeichnet voreingenommen und ungenau. Hergestellten Strahlungsabschirmungen sind wirksam bei der Minimierung dieses Vorurteil, aber sind teuer im Vergleich zu den Kosten dieser Sensoren. Hier bieten wir eine detaillierte Methode für das Konstruieren einer kompakten Version von eine zuvor beschriebenen benutzerdefinierten fabrizierten Strahlungsschild, die genauer als andere veröffentlichten Abschirmungen Methoden, die versuchen, Schild-Größe oder Bau-Kosten zu minimieren. Die Methode erfordert sehr wenig Material: Wellpappe, Kunststoff-Folien, Aluminium Folie Klebeband und Kabelbinder. Eine 15 cm und zwei 10 cm Quadrate aus Wellpappe Kunststoff werden für jedes Schild verwendet. Nach dem Schneiden, scoring, taping und Heften der Blätter, bilden die 10 cm Quadrate unten zwei Schichten der Sonnenstrahlung zu schützen während der 15 cm im Quadrat die oberste Schicht bildet. Drei Blätter werden mit Kabelbinder zusammengehalten. Dieses kompakte solare Strahlungsschild kann ausgesetzt oder gegen eine Ebene Fläche gestellt werden. Vorsicht ist geboten, um sicherzustellen, dass die Abschirmung ist völlig parallel zum Boden zu verhindern, dass direkten Sonneneinstrahlung aus den Sensor erreicht, führen könnten, dass warme Verzerrungen in der Sonne ausgesetzten Seiten am Morgen und am Nachmittag bezogen auf das Original, größere erhöht Design. Auch so aufgezeichneten Temperaturunterschiede zwischen den kleineren, kompakten Schild und original Design waren klein (meine tagsüber Bias = 0,06 ° C). Baukosten sind weniger als die Hälfte des ursprünglichen Schild Designs und der neuen Design resultiert ein unauffälliger Instrument, das in vielen Bereich Ökologie Einstellungen vorteilhaft sein kann.

Einleitung

Vor dem Hintergrund der anthropogenen globalen Erwärmung, gab es ein wachsendes Interesse an der Aufnahme der Lufttemperatur in einer Vielzahl von Einstellungen zu verstehen und vorherzusagen, dass ökologische Antworten zu Klima^1,2,3ändern. Mit dem Aufkommen von kleinen, kostengünstigen Umweltdaten-Recordern (auch als Datenlogger, Thermochrons oder Hygrochrons bezeichnet), ist es nun möglich, Bereitstellung von High-Density-Netzwerke von Sensoren, hyper lokalisierte Temperaturschwankungen zu messen erhöhen Ökologen Fähigkeit, die Umgebungsbedingungen Umwelt von Organismen und Ökosystemen unter Studie erfahren mehr direkt beobachten. Im Vergleich zu bestehenden, gut kalibrierten und rigoros getestet – aber spärlich verteilte – permanente Wetter Stationen, solche Netzwerke bieten Möglichkeiten zur Bewertung von Klimaschwankungen auf ökologisch relevanten Skalen aber möglicherweise verringern Richtigkeit und Vergleichbarkeit unter Studien bereitgestellt, wenn uneinheitlich oder unpassend.

Oberflächennahen Luft-Temperatur-Sensoren erfordern in der Regel irgendeine Art von Sonnenstrahlung Abschirmung zur Vermeidung direkten Beheizung des Sensorelements, die fälschlicherweise warm Messungen führen würden. Gemeinsame Wege, Sensor Voreingenommenheit zu begrenzen sind: (1) mit bestehenden ökologischen Funktionen wie Bäume für Schattierung⁴, 2) Bias Korrektur und Sensor-Kalibrierung⁵ , die Korrekturen abgeleitet basierend auf die thermischen Eigenschaften der Sensoren und (3) die Verwendung von hergestellt oder benutzerdefinierte fabriziert schirmt^6,7. Viele Forscher entscheiden, verwenden benutzerdefinierte gefertigte Schilde durch die kostengünstige und einfache Implementierung und die Notwendigkeit in Situationen wo Umweltbedingungen keine natürliche Beschattung vorsehen. Eine Überprüfung der ökologischen Literatur zeigte jedoch, dass das Design des benutzerdefinierten gefertigte Schilde unter Studien unterschiedlich und individuelle Designs sind selten auf ihre Richtigkeit geprüft. Ungetestete Schilde sind anfällig für schlechte Wahl von Material und Design, die zusätzliche Erwärmung der Luftmoleküle, die unmittelbar umgebenden Sensor, direkte Absorption der Sonnenstrahlung durch den Sensor selbst oder sowohl führende, durchschnittliche Neigungen von bis zu 3 ° verursachen C⁷. Auf der anderen Seite, einfache und kostengünstige Konstruktionen^6,7 sind sehr effektiv bei der Abschirmung Sensoren (Vorurteile von 1 ° C oder weniger) und kommerziell hergestellten Strahlungsabschirmungen vergleichbar sind.

Hier bieten wir eine detaillierte Methode für das Konstruieren einer zuvor ausgewerteten benutzerdefinierte fabrizierten Strahlung Schild⁷ für den Einsatz mit preiswerten Thermochron Temperatursensoren. Das Schild-Design ist eine Abwandlung eines zuvor beschrieben und in einer offenen Ponderosa Pine Wald Einstellung⁶getestet. In den letzten Tests von mehreren Custom-fabrizierten Schild Designs dieser montane getestet Schild führten die niedrigste Verzerrungen, wenn gepaart mit kleinen Thermochrons⁷, aber wir fanden es umständlich und zu auffällig im Bereich bereitstellen. Das hier vorgeschlagene Design-Protokoll reduziert die Abmessungen der das Strahlungsschild um 50 %. Solch eine Verkleinerung hat mehrere Vorteile: (1) Es ist weniger auffällig und daher weniger anfällig für Manipulationen, (2) es mehr praktisch einsetzbar in eine noch breitere Palette von ökologischen Einstellungen wo Raum begrenzt ist (z. B. auf kleineren städtischen Straßenbäume), It (3) ist genauer als andere Abschirmung Methoden, die versuchen veröffentlicht, Schild Größe oder Bau Kosten⁷und 4 zu minimieren) Es ist weniger teuer als das original, größere Design aufgrund der reduzierten Anzahl von Baustoffen erforderlich. Nach der Beschreibung der Bauweisen, erkunden wir die Wirkung der Zerkleinerung auf Genauigkeit des Sensors im Vergleich zu dem original Schild-Design mit Ergebnissen aus einem Feldversuch unter hohen abwärts Sonnenstrahlung Bedingungen durchgeführt.

Protokoll

1. Bau das Strahlungsschild

1. Mit einem Messer, schneiden Sie die gewellten Kunststoffplatten in Quadrate (Abbildung 1A). Für jedes Schild werden eine 15 cm im Quadrat und zwei 10 cm Quadrate benötigt werden.
2. Kürzungen für die oberste Schicht der kleinen Strahlungsschild (Abbildung 1 b; linkes Bild):
   1. Messen Sie auf dem Platz 15 cm 4 cm von einer Kante zu und zeichnen Sie eine Linie mit einem Bleistift. Verwenden Sie ein Lineal als Leitfaden, um entlang der Linie der Gäste. (Hierin bedeutet "scoring" mit einem Messer einen Schnitt zu machen, der durch nur eine Schicht aus Kunststoff Wellblech, anstatt das gesamte Blatt geht.) Fortan wird dieser Rand des Platzes als "oben" (Abbildung 1 b; linkes Bild) bezeichnet werden.
   2. Messen Sie 3,8 cm von den Rändern, die senkrecht zur Linie 4 cm. Verwenden Sie ein Lineal als Leitfaden, um von unten bis zur Zeile 4 cm (Abb. 1 b; linkes Bild) zu erzielen.
   3. Zeichnen Sie eine Linie aus beiden Ecken über der 4 cm-Linie bis zur Kreuzung der Linien 4 cm und 3,8 cm. Schneiden Sie entlang dieser Linie (Abb. 1 b; linkes Bild).
3. Für die mittleren und unteren Schichten des kleinen Strahlungsschild schneidet (Abb. 1 b, Mitte und rechts Bilder):
   1. Mit einem Lineal zeichnen Sie ein 6 cm Quadrat in der Mitte jedes Quadrat von 10 cm (Abbildung 1 b, Mitte und rechts Bilder).
   2. Gäste rund um die 6 cm im Quadrat, und aus jeder Ecke des quadratischen an den äußeren Ecken des quadratischen 10 cm 6 cm (Abbildung 1 b, Mitte und rechts Bilder).
4. Verwenden Sie Alu-Folie Klebeband vollständig bedecken die erzielte Seite des Platzes 15 cm und eines der Quadrate von 10 cm und der UN-erzielte Seite von der anderen 10 cm im Quadrat.
5. Mit einem 1/4" Bohrer, Bohren Sie Löcher wie in Abbildung 1, in jeder dieser Ebenen Schild dargestellt.
6. Befestigen Sie einen Temperatursensor an der Unterseite des 10 cm Platz, die ist mit Klebeband auf der bewerteten Seite und hat die zwei Bohrungen in der Mitte, durch das Ausführen des Kabelbinders durch die Öse des Sensorgehäuses (oder seiner Halterung) und durch die Löcher in die 10 cm-sq Uare (Abbildung 1).
7. Falten die Blätter.
   1. Falten Sie das 15 cm Blatt entlang der erzielten Linien. Druck kann erforderlich sein, für den Fall, dass das Band macht die Seiten dicht und schwer zu Falten.
   2. Stecken Sie die kleinen dreieckigen Klappen auf der Innenseite der größere hintere Klappe. Wenn dies richtig gemacht haben, sind nur versiegelte Seiten von oben sichtbar. Die Schnittkante der hinteren Klappe sollte bündig mit der gefalteten Seiten sein.
   3. Verwenden Sie eine weitere Schicht von Alu-Klebeband um den gefalteten Seiten, um die hintere Klappe zu sichern. Die hinteren klappen könnte auch zusammen mit einem Heavy-Duty Hefter für zusätzliche Festigkeit geheftet werden.
   4. Nehmen Sie die 10 cm Blätter und auseinanderziehen Sie die Seiten entlang der diagonalen Linie erzielte. Mit einem Heavy-Duty Hefter, Heften Sie die eingeklemmten Seiten zusammen (Abb. 1E). Das Endprodukt wird eine Quadrat-Schale Form aufweisen.
8. Binden die Blätter zusammen mit Kabelbinder 20 cm.
   1. Beginnend mit der 10 cm Blech mit Klebeband auf der experimentellen Seite, mit drei Löchern legen Sie die versiegelte Seite nach unten. Fädeln Sie einen Kabelbinder durch die linke hintere Bohrung der beiden 10 cm Blätter. Lassen Sie 2 cm vertikalen Abstand zwischen die beiden Blätter Umströmung der Temperaturfühler sicherzustellen. Wiederholen Sie diesen Schritt für das Loch hinten rechts (Abb. 1E, Mitte und rechts Bilder).
   2. Nehmen Sie das Blatt 15 cm und übergeben Sie einen Kabelbinder durch die beiden Löcher der Side-by-Side, in der hinteren linken (Abbildung 1E; linkes Bild). Die 10 cm Blätter, so dass auch 2 cm Platz zwischen 15 cm Blatt und dem oberen Rand der oberen 10 cm Blatt zuordnen Sie dieser Krawatte. Wiederholen Sie diesen Schritt für die zwei Side-by-Side-Löcher in der hinten rechts (Abb. 1E; linkes Bild).
   3. Zu guter Letzt durchlaufen Sie ein Kabelbinder alle drei Löcher an der Vorderseite der Blätter (dargestellt durch den Pfeil; Abbildung 1E). Ziehen Sie den Kabelbinder, sicherzustellen, dass der Raum auch zwischen allen drei Blätter (Abb. 1F) ist.
9. Zusätzliche Bohrungen in das hintere Ende des montierten Endproduktes zur Erleichterung der Montage, wo benötigt. Überall dort, wo das Schild angebracht ist, sicherzustellen Sie, dass die drei Blätter parallel zum Boden zu legen.

Abbildung 1: Schritt für Schritt Anweisungen, eine kleine Strahlungsschirm zu konstruieren. (A) 15 cm und 10 cm Quadrate sind die großen Plastikplane aus Wellpappe ausgeschnitten. (B) die 15-cm-Platten werden dann geschnitten und erzielte, und 10 cm Blätter werden gewertet, um verbiegen des Schildes, die richtige Form zu ermöglichen. (C) Bohrungen sind auf jedem Blatt. (D) des Sensors ist eines der 10 cm Blätter gebunden. (E) das Schild ist mit mehreren Kabelbindern montiert. (F) das letzte Schild ist zur Installation bereit. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Ergebnisse

Repräsentative Ergebnisse mit Thermochrons ausgestattet mit dem neuen, kleineren Schild Design, das größere Schild Originaldesign und Thermochrons mit keine Strahlungsschild Abbildung 2 und Abbildung 3entnehmen. Diese Daten wurden an einem vollständig ausgesetzt ländlichen Ort in der Nähe von Raleigh, NC (35.728 ° N, 78.680 ° W), und wurden angebracht, um eine gut kalibrierten permanente Wetterstation, ausgesta...

Diskussion

Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Luft Temperaturmessungen hängen die Verwendung von einer entsprechenden solar Schild, der den Sensor aus der direkten und reflektierten Sonnenstrahlung schützt. Hier beschreiben wir den Bau des Schildes, das mehr kompakt in der Größe, weniger teuer, oder schneller zu konstruieren als ähnliche, zuvor beschriebenen Geräte⁶, ohne Einbußen bei der Genauigkeit. 94 % der erfassten Temperaturen für die Thermochrons ausgestattet mit kleiner Schild waren innerhalb v...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Mehrzweck-Aluminiumfolienband	Nashua	1087671	48 mm Breite
8" Kabelbinder	DTOL	GEN86371	NA
Wellpappe Kunststoffplatte	Autobahn Verkehr Versorgung	hts18X24COROW	Weißes Blatt 18"L x 24"W, 5er-Pack
Standard Universalmesser	NA	NA	NA
Standard Schere	NA	NA	NA
Schwerlast-Heftgerät	Swingline	552277715	NA