Costruzione di uno scudo compatto basso costo radiazione per sensori di temperatura dell'aria negli studi di campo ecologico

Sommario

Con l'avvento dei sensori ambientali piccoli, basso costo, è ora possibile distribuire ad alta densità reti di sensori per misurare la variazione di temperatura localizzato iper. Qui, forniamo una dettagliata metodologia per la costruzione di una versione compatta di uno scudo di radiazione personalizzato-fabbricato descritto in precedenza per l'utilizzo con thermochrons poco costoso.

Abstract

Sensori di temperatura basso costo vengono sempre più utilizzati dagli ecologisti per valutare le variazioni climatiche e modificare su scale ecologicamente rilevanti. Anche se conveniente, se non distribuito con schermatura contro le radiazioni solari corretto, le osservazioni registrate da questi sensori sarà parziale e imprecisa. Prodotti schermanti sono efficaci a minimizzare questo bias, ma sono costosi rispetto al costo di questi sensori. Qui, forniamo una dettagliata metodologia per la costruzione di una versione compatta di uno scudo radiazione fabbricato personalizzato precedentemente descritto, che è più preciso rispetto ad altri metodi di schermatura pubblicati che tentano di minimizzare i costi di costruzione o dimensione di scudo. Il metodo richiede pochissimo materiale: ondulato teli di plastica, nastro adesivo di alluminio stagnola e fascette. Un 15cm e due 10 cm quadrati di plastica ondulata sono utilizzati per ogni scudo. Dopo il taglio, segnando, nastratura e pinzatura dei fogli, i quadrati di 10 cm formino parte inferiore scudo due strati della radiazione solare, mentre il quadrato di 15 cm forma lo strato superiore. I tre fogli sono tenuti insieme con fascette. Questo scudo radiazione solare compatto può essere sospesa, o disposto contro qualsiasi superficie piana. Cura deve essere presa per garantire che lo scudo è completamente parallelo al terreno per evitare la radiazione solare diretta da raggiunge il sensore, causando potenzialmente aumentato caldo biases in siti esposti al sole al mattino e pomeriggio rispetto all'originale, più grande progettazione. Anche così, erano piccole differenze di temperature registrate tra il disegno dello schermo più piccolo, compatto e il design originale (dire diurna bias = 0,06 ° C). Costi di costruzione sono meno della metà del disegno originale di scudo e i nuovi risultati di progettazione in uno strumento meno cospicuo che può essere vantaggioso in molte impostazioni di ecologia di campo.

Introduzione

Alla luce di origine antropica del riscaldamento globale, c'è stato un crescente interesse nella registrazione di temperatura dell'aria in una varietà di impostazioni per capire e prevedere ecologiche risposte ai cambiamenti climatici cambiamento^1,2,3. Con l'avvento dei registratori di dati ambientali piccolo, basso costo (noto anche come data logger, thermochrons o hygrochrons), è ora possibile distribuire ad alta densità reti di sensori per misurare la variazione di temperatura localizzato iper, aumentando capacità degli ecologisti di osservare più direttamente le condizioni ambientali ha avvertite gli organismi e gli ecosistemi in fase di studio. Rispetto all'esistente, rigorosamente testati e ben calibrato — ma scarsamente distribuito — permanente Meteo stazioni, tali opportunità presenti reti per valutare le variazioni climatiche su scale ecologicamente rilevanti ma può ridurre la precisione o la comparabilità tra gli studi se distribuito in modo incoerente o inappropriato.

Sensori di temperatura aria vicina alla superficie in genere richiedono un certo tipo di radiazione solare schermatura per evitare il riscaldamento diretto dell'elemento sensore, che si tradurrebbe in misure erroneamente calde. Modi comuni per limitare la distorsione sensore includono: 1) using caratteristiche ambientali esistenti come alberi per ombreggiatura⁴, 2) bias di correzione e di calibrazione sensore⁵ derivata correzioni basato sulle proprietà termiche dei sensori e 3) l'uso di fabbricati o personalizzato fabbricato scudi^6,7. Molti ricercatori si scelgono di utilizzare scudi fabbricati su ordinazione a causa del basso costo e facile distribuzione e necessità in situazioni dove le condizioni ambientali non forniscono l'ombreggiatura naturale. Tuttavia, una revisione della letteratura ecologica indicato che il progetto di scudi fabbricati su ordinazione varia ampiamente tra studi e disegni individuali raramente sono testati per la precisione. Gli scudi non testati possono essere soggetti a scarsa scelta di materiali e design che determinano un ulteriore riscaldamento delle molecole dell'aria immediatamente circostante il sensore, assorbimento diretto della radiazione solare dal sensore stesso o sia leader a distorsioni medio fino a 3 ° C⁷. D'altra parte, disegni semplici ed economiche^6,7 sono abbastanza efficaci a schermatura sensori (distorsioni di 1 ° C o meno) e sono paragonabili a prodotti schermanti commercialmente manufactured.

Qui, forniamo una dettagliata metodologia per la costruzione di una radiazione fabbricato personalizzato precedentemente valutati scudo⁷ per l'utilizzo con sensori di temperatura thermochron poco costoso. Il design di scudo è una modifica di uno precedentemente descritto e testato in una foresta di pini Ponderosa aperta la regolazione⁶. Nei recenti test di diversi disegni di scudo personalizzato-fabbricato, questo scudo montane testato ha provocato i pregiudizi più bassi quando accoppiato con piccolo thermochrons⁷, ma ci è sembrato molto ingombrante e troppo appariscente per distribuire nel campo. Il protocollo di progettazione proposto qui riduce le dimensioni dello scudo radiazione del 50%. Questa riduzione di dimensione ha diversi vantaggi: 1) è meno evidente e quindi meno suscettibile alla manomissione, 2) può essere più concretamente utilizzato in una più ampia varietà di impostazioni ecologiche dove lo spazio è limitato (ad es., il più piccolo urbani alberature stradali), 3) it è più preciso di quanto altro pubblicato schermatura metodi che tentano di ridurre al minimo la dimensione di scudo o costruzione costi⁷e 4) è meno costoso rispetto al disegno originale, più grande a causa della riduzione della quantità di materiali da costruzione necessari. Dopo aver descritto i metodi di costruzione, esploriamo l'effetto di riduzione delle dimensioni sulla precisione del sensore rispetto all'originale progetto di scudo utilizzando i risultati di una prova sul campo condotti in condizioni di alta radiazione solare verso il basso.

Protocollo

1. costruzione dello scudo radiazione

1. Utilizzando un taglierino, tagliare i fogli di plastica ondulati in quadrati (Figura 1A). Un quadrato di 15 cm e due quadrati di 10 cm saranno necessari per ogni scudo.
2. Tagli per lo strato superiore dello scudo radiazione piccolo (Figura 1B; immagine a sinistra):
   1. Sulla Piazza di 15 cm, misura 4 cm da uno spigolo e tracciare una linea con una matita. Utilizzare un regolo come una guida per Punteggio ottenuto lungo la linea. (Qui, "segnare" significa utilizzando un coltello per fare un taglio che passa attraverso un solo strato di foglio di plastica ondulata, anziché l'intero foglio). D'ora in poi questo bordo del quadrato verrà essere denominato il "top" (Figura 1B; immagine a sinistra).
   2. Misura 3,8 cm dai bordi che sono perpendicolari alla linea di 4 cm. Utilizzare un regolo come una guida per Punteggio ottenuto dalla parte inferiore fino alla linea di 4 cm (Figura 1B; immagine a sinistra).
   3. Disegnare una linea da entrambi gli angoli sopra la linea di 4 cm per la giunzione delle linee 4 e 3,8 cm. Tagli seguendo questa linea (Figura 1B; immagine a sinistra).
3. Tagli per gli strati medio e inferiore dello scudo radiazione piccolo (Figura 1B; medio e immagini a destra):
   1. Utilizzando un righello, disegnare un quadrato di 6 cm al centro di ogni quadrato di 10 cm (Figura 1B; medio e immagini a destra).
   2. Punteggio ottenuto tutto intorno alla Piazza di 6 cm e da ogni angolo del 6 cm quadrati agli angoli esterni di 10 cm quadrati (Figura 1B; medio e immagini a destra).
4. Utilizzare nastro di lamina di alluminio per coprire completamente il lato del quadrato di 15 cm e una delle piazze più 10 cm e un-lato di Piazza di 10 cm.
5. Eseguire fori utilizzando un trapano 1/4" di bit, come illustrato nella Figura 1, in ciascuno degli strati scudo.
6. Collegare un sensore di temperatura sotto i 10 cm quadrati, che è registrato sul lato ha ottenuto e presenta i due fori praticati nel mezzo, eseguendo la fascetta attraverso l'occhiello dell'alloggiamento del sensore (o il suo dispositivo di montaggio) e attraverso i fori in 10cm sq uare (Figura 1).
7. Piegare i fogli.
   1. Piegare il foglio 15cm lungo le linee ha ottenute. Pressione può essere necessaria nel caso in cui il nastro rende i lati stretti e difficili da piegare.
   2. Infilare le piccole falde triangolari sulla parte interna del lembo posteriore più grande. Quando questo è fatto correttamente, solo nastrati lati sono visibili dall'alto. Bordo di taglio del lembo posteriore deve essere allineato con i lati piegati.
   3. Utilizzare un altro strato di nastro di alluminio per proteggere i lati piegati al lembo posteriore. I lembi posteriori potrebbero anche essere graffettati insieme, con una pinzatrice per impieghi gravosi, per resistenza aggiunta.
   4. Prendere i fogli di 10cm e afferrare i lati insieme lungo la diagonale segnata linea. Utilizzando una pinzatrice per impieghi gravosi, pinzare il pizzicato i lati insieme (Figura 1E). Il prodotto finale avrà una forma di ciotola quadrato.
8. Legando i fogli insieme con fascette di 20 cm.
   1. Inizio con il foglio di 10 cm nastro adesivo sul lato informative, con tre fori, posizionare il lato nastrato. Infilare una fascetta per cavi attraverso il foro posteriore sinistra di entrambi i fogli di 10 cm. Lasciare la spaziatura verticale di 2 cm tra i due fogli per garantire il flusso d'aria attorno al sensore di temperatura. Ripetere questo passaggio per il foro posteriore destro (Figura 1E; medio e immagini a destra).
   2. Prendete il foglio di 15 cm e passare una fascetta attraverso i due fori di side-by-side, nella parte posteriore sinistra (Figura 1E; immagine a sinistra). Collegare questa cravatta per i fogli di 10 cm, anche lasciando 2 cm di spazio tra il foglio di 15 cm e la parte superiore del foglio superiore 10 cm. Ripetere questo passaggio per i due fori di side-by-side nella parte posteriore destra (Figura 1E; immagine a sinistra).
   3. Infine, passare una fascetta attraverso tutti i tre fori nella parte anteriore le lenzuola (indicate dalla freccia; Figura 1E). Stringere la fascetta ferma-cavo, garantendo che lo spazio è anche tra tutti i tre fogli (Figura 1F).
9. Praticare fori aggiuntivi nel back-end del prodotto assemblato finale per facilitare il montaggio, dove necessario. Ovunque lo scudo è montato, è necessario assicurarsi che i tre fogli posare paralleli al suolo.

Figura 1: istruzioni dettagliate per costruire uno scudo piccolo radiazione. (A) 15 cm e 10 cm quadrati sono tagliati fuori dal grande foglio di plastica ondulata. (B) i 15 cm fogli vengono poi tagliati e segnati, e i fogli di 10 cm sono segnati per consentire piegatura dello scudo alla forma corretta. (C) i fori su ogni foglio. (D) il sensore è legato a uno dei fogli di 10 cm. (E) lo scudo è assemblato utilizzando diverse fascette. (F) lo scudo finale è pronto per l'installazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Risultati

Risultati rappresentativi utilizzando thermochrons equipaggiato con il nuovo, più piccolo scudo progettazione, il disegno originale più grande scudo e il thermochrons senza scudo radiazione sono mostrati in Figura 2 e Figura 3. Questi dati sono stati registrati in una posizione rurale completamente esposta vicino a Raleigh, NC (35.728 ° N, 78.680 ° W) ed erano apposto su una stazione meteorologica permanente be...

Discussione

La precisione e la ripetibilità delle misure di temperatura aria dipendono dall'uso di un appropriato scudo solare che protegge il sensore dalla radiazione solare diretta e riflessa. Qui descriviamo la costruzione di tali uno scudo che è più compatto nelle dimensioni, meno costoso, o più veloce per la costruzione di dispositivi simili, precedentemente descritti⁶, senza sacrificare la precisione. 94% delle temperature registrate per il thermochrons con lo scudo più piccolo erano entro 1,0 ° C perfo...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Nastro multiuso in foglio	di alluminio Nashua	1087671	48 mm di larghezza
8" fascette	DTOL	GEN86371	NA
Foglio di plastica ondulato	Highway Traffic supply	hts18X24COROW	Foglio bianco 18"L x 24"W, confezione da 5
Coltello multiuso standard	NA	NA	NA Forbici
standard	NA	NA	NA
Graffatrice per uso prolungato	Swingline	552277715	NA