CH668479A5

CH668479A5 - Verfahren zum messen der intensitaet von elektromagnetischer strahlung.

Info

Publication number: CH668479A5
Application number: CH109985A
Authority: CH
Inventors: Karl Albert Krieger
Original assignee: Karl Albert Krieger
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1985-03-12
Publication date: 1988-12-30
Also published as: ATA67985A; DE3409129A1; DE3409129C2; AT390675B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Intensität von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von der Sonne stammender Strahlung, und zum Unterscheiden, ob die Strahlung von einer Strahlungsquelle direkt oder indirekt empfangen wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

In Gebäuden, deren Räume zu Wohn- oder Arbeitszwecken genutzt werden, ist es häufig wünschenswert, die Einstrahlung des Tageslichtes so einzurichten, dass zwar eine ausreichende Beleuchtung, nicht aber eine Blendung der Personen erreicht wird. Daneben soll die eintretende Bestrahlung aber auch so bemessen sein, dass die erwünschte Temperierung der Räume nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere direkte Sonneneinstrahlung kann aber die durch Heiz- oder Klimaanlagen geregelte Temperatur im Raum erheblich beeinflussen. Diese Zusammenhänge sind seit langem bekannt, weshalb z.B. Fenster mit Gardinen versehen werden, welche die direkte Einstrahlung des Sonnenlichtes verhindern, aber trotzdem genügend indirekte Lichtstrahlung bewirken, um eine ausreichende Beleuchtung des Raumes zu erreichen. Neben den Gardinen haben sich in jüngerer Zeit besonders Jalousien oder Jalousetten zur diffusen Reflexion der Direktstrahlung durchgesetzt. Besonders die aus beweglichen Lamellen zusammengesetzten Jalousetten eignen sich zur automatischen Steuerung und Regelung des in den Raum eintretenden Lichtes. Bei starker Lichteinstrahlung werden die Lamellen in den Lichtweg bewegt, um eine Streuung der Sonnenstrahlung zu bewirken. Auch Markisen oder andere Sonnenschutzeinrichtungen können in entsprechender Weise automatisch betätigt werden.

Für eine derartige automatische Steuerung der Abschat-tungs- und/oder Diffusionseinrichtungen, wie Jalousetten, Markisen und dgl., sind Mess-Vorrichtungen erforderlich, welche die in den Raum eintretende Lichtmenge ermitteln.

Herkömmliche Einrichtungen zum Messen der Intensität von z.B. von der Sonne stammender elektromagnetischer Strahlung weisen in der Regel ein lichtempfindliches Bauteil, wie z.B. einen Fotowiderstand, auf, mittels welchem die einfallende Beleuchtungsstärke oder die Leuchtdichte ermittelt wird. Entsprechend den so gemessenen Lichtwerten wird über eine Steuer- und Regelungseinrichtung die Sonnenschutzeinrichtung mehr oder weniger geschlossen oder geöffnet. Auch ist es im Stand der Technik bekannt, das zum Fotowiderstand gelangende Licht mittels eines (meist roten) Filters auf einen bestimmten Wellenlängenbereich einzuengen oder auch den Fotowiderstand selbst so auszuwählen, dass er nur hinsichtlich bestimmter Wellenlängenbereiche (meist des roten Spektralanteiles des Sonnenlichtes) wirksam ist.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Messen der Intensität elektromagnetischer Strahlung haben den wesentlichen Nachteil, dass sie nicht zu unterscheiden vermögen, ob das einfallende Licht direkt oder indirekt in den Raum eingestrahlt wird. Bei gleicher gemessener Beleuchtungsstärke bzw. Leuchtdichte wird unabhängig davon, ob die Strahlung direkt oder indirekt einfällt, die Abschattungs-

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einrichtung in gleicher Weise gesteuert. Dabei bleibt unberücksichtigt, dass sowohl physikalisch als auch physiologisch und psychologisch ein grosser Unterschied darin besteht, ob die Strahlung direkt oder indirekt in den Raum einfällt oder nicht. Auch bei gleichen Lichtmengen, wie sie beispielsweise 5 mit einem herkömmlichen Fotowiderstand gemessen werden, hat die direkte Lichteinstrahlung im Raum eine stärkere Wärmewirkung als die indirekte Strahlung. Diese stärkere Wärmewirkung erstreckt sich nicht nur auf die im Raum angeordneten Gegenstände, wie Möbel u.dgl., und die 10 Raumluft, sondern auch auf die im Raum anwesenden Personen. Der Mensch empfindet die einfallende Direktstrahlung der Sonne - auch bei gleichen Lichtmengen - wesentlich intensiver als indirektes, durch die Wolken gestreutes Licht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 15 ein Verfahren zum Messen der Intensität von z.B. von der Sonne stammender elektromagnetischer Strahlung und zum Unterscheiden, ob die Strahlung von einer Strahlungsquelle direkt oder indirekt empfangen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen. 20

Im Unterschied zum Stand der Technik soll also mittels des durch die Erfindung geschaffenen Verfahrens und der Vorrichtung nicht die einfallende Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte erfasst wreden, sondern unterschieden werden können, ob eine bestimmte Lichtmenge direkt von der Strah- 25 lungsquelle, also z.B. der Sonne, stammt, oder ob sie zuvor beispielsweise in den Wolken gestreut wurde.

Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Temperatur der Aus-senluft gemessen, die durch direkte Bestrahlung bewirkte 30 Temperaturveränderung eines Körpers gemessen und beide Temperaturen verglichen werden.

Die Erfindung macht sich also die Erkenntnis zunutze,

dass ein direkter, elektromagnetischer Strahlung ausgesetzter Körper sich stärker erwärmt als die umgebende Luft. Aus 35 einem Vergleich der Temperatur des direkt von der Strahlungsquelle bestrahlbaren Körpers mit der Temperatur der Aussenluft ergibt sich also ein Mass dafür, ob und wie weit direkte Einstrahlung vorliegt oder nicht. Je mehr direkte Strahlung auf den Körper fällt, um so grösser wird die ermit- 40 telte Temperaturdifferenz sein.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen der Intensität von z.B. von der Sonne stammender elektromagnetischer Strahlung und zum Unterscheiden, ob die Strahlung von einer Strahlungsquelle 45 direkt oder indirekt empfangen wird, weist jeweils mit einem Temperaturfühler versehende Messköpfe auf und zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Messkopf für die zu messende elektromagnetische Strahlung absorbierend ausgebildet ist, dass ein zweiter Messkopf gegenüber der zu mes- so senden elektromagnetischen Strahlung abgeschattet angeordnet ist und mit dem die Vorrichtung umgebenden Luftraum isotherm gehalten ist und dass eine elektronische Auswerteschaltung vorgesehen ist, in welche die Signale der Temperaturfühler eingegeben und verglichen werden. 55

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Messköpfe in einem gemeinsamen Gehäuse thermisch voneinander isoliert angeordnet sind. 60

Der erste für die Messung der direkt einfallenden Strahlung vorgesehene Messkopf ist thermisch so mit der Aussenluft verbunden, dass er sich einerseits bei plötzlich auftretender, direkter Sonneneinstrahlung schnell erwärmt, und andererseits bei plötzlichem Verschwinden der Sonne (hinter 6s z.B. Wolken) schnell abkühlt. Für den ersten Fall ist eine gewisse mässige Isolierung, für den zweiten Fall ist ein guter thermischer Kontakt zur Aussenluft erforderlich. Experimentell hat sich ein Konvektionskontakt zwischen Messkopf und Aussenluft als hierfür geeignet erwiesen.

Der für die Messung der direkt einfallenden Strahlung vorgesehene erste Messkopf kann dabei vorteilhafterweise in Richtung auf die Strahlungsquelle durch eine für elektromagnetische Strahlung durchlässige Scheibe abgdeckt werden. Sind mehrere Strahlungsquellen denkbar, so erfolgt die Abdeckung des Messkopfes in Richtung auf alle möglichen Strahlungsquellen. Die Scheibe wird dabei vorzugsweise so ausgewählt, dass sie nur für besondere Wellenlängenbereiche der elektromagnetischen Strahlung durchlässig ist, so dass die durchgelassene Bestrahlung den Absorbtions-eigenschaften des Messkopf-Körpers anpassbar ist.

Auch ist es möglich, das die Messköpfe aufnehmende Gehäuse mit verstellbaren Blenden zu versehen, mittels welchen einer der Messköpfe abzuschatten ist. Dieser Messkopf wird sodann nicht mehr direkte Strahlung absorbieren können, so dass sich seine Temperatur derjenigen der Umgebungsluft anpassen wird.

Derjenige der beiden Messköpfe, welcher gegenüber der zu messenden elektromagnetischen Strahlung abgeschattet angeordnet ist und welcher mit dem die Vorrichtung umgebenden Luftraum isotherm gehalten ist, wird vorzugsweise in gut wärmeleitenden Kontakt mit der Umgebungsluft gebracht. Hierzu sind in dem die Messköpfe aufnehmenden Gehäuse vorzugsweise Öffnungen vorgesehen, durch welche Luft zu diesem Messkopf eintreten kann. Der andere, für die Messung der direkt einfallenden Strahlung vorgesehene Messkopf wird bei Ausbleiben der Strahlung ebenfalls die Temperatur der Umgebungsluft annehmen.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des die erfindungsgemässe Vorrichtung aufnehmenden Gehäuses;

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie A-A; und

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie B-B.

Fig. 1 zeigt die insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 versehene Vorrichtung, die von einem Gehäuse 104 umfangen wird. Das Gehäuse 104 wird von einem äusseren Luftraum 102 umgeben.

Gemäss Fig. 2 sind im Gehäuse 104 zwei Messköpfe 41,51 angeordnet, welche mittels einer thermisch isolierenden Scheibe 31 voneinander getrennt sind. Der erste Messkopf 41 ist so ausgebildet, dass er die zu messende elektromagnetische Strahlung absorbiert. Seine Oberfläche ist also beispielsweise geschwärzt. Weiterhin ist der erste Messkopf 41 so angeordnet, dass er möglichst gut gegen den den Messkopf 51 umgebenden Luftraum wärmeisoliert ist, so dass sich seine Temperatur schnell je nach der einfallenden Direktstrahlung ändern kann. Die von der zu berücksichtigenden Strahlungsquelle einfallende Strahlung muss also direkten Zugang zum Messkopf 41 haben, so dass sich auf dem Lichtweg zwischen Messkopf 41 und Strahlungsquelle keinerlei Hindernisse befinden dürfen, es sei denn die eine indirekte Strahlung verursachenden Objekte, wie Wolken.

Der zweite Messkopf 51 ist hingegen gegenüber der zu vermessenden Strahlungsquelle abgeschattet und gegenüber der Umgebungsluft 102 nicht thermisch isoliert, sondern steht vielmehr in gut wärmeleitendem Kontakt zu dieser. Hierzu sind Öffnungen 33 im Gehäuse 104 vorgesehen, durch welche die Luft aus dem umgebenden Luftraum 102 in das Gehäuse 104 eintreten kann. Diese Umgebungsluft gelangt dabei auch in Kontakt zum ersten Messkopf 41. Mittels der verschiebbaren Blenden 21,22 und 23 können die beiden

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Messköpfe 41 und 51 entsprechend allen möglichen Einstrahlungsbedingungen so positioniert werden, dass der erste Msskopf 41 direkt bestrahlt wird, während der zweite Messkopf 51 gegenüber der Strahlungsquelle (oder den Strahlungsquellen) abgeschattet ist.

Beide Messköpfe 41 und 51 sind jeweils mit einem Temperaturfühler 42,52 versehen, welche die Körpertemperatur der Messköpfe 41,51 ermitteln und in eine elektronische Steuerung (nicht gezeigt) eingeben. Aus der durch die Temperaturfühler 42 und 52 ermittelten Temperaturdifferenz zwischen den Messköpfen 41 und 51 lässt sich bestimmen, ob und wie weit eine direkte Einstrahlung erfolgt. Hat der Messkopf 41 gegenüber dem Messkopf 51 eine erhöhte Temperatur, so liegt direkte Einstrahlung vor. Dementsprechend s wird die von der Steuerung beaufschlagte Sonnenschutzvorrichtung zur Abschattung des Raumes und zur Streuung des eingestrahlten Lichtes bewegt.

Gemäss den Fig. 2 und 3 sind in der Rückwand 12 des Gehäuses 104 Öffnungen 14 vorgesehen, mit denen die Vor-10 richtung an einer Wand befestigbar ist.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

668479 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Messen der Intensität von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von der Sonne stammender Strahlung, und zum Unterscheiden, ob die Strahlung von einer Strahlungsquelle direkt oder indirekt empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Umgebungsluft gemessen wird, dass die durch direkte Bestrahlung bewirkte Temperaturveränderung eines Körpers gemessen wird, und dass beide Temperaturen verglichen werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 mit zumindest zwei, jeweils mit einem Temperaturfühler versehenen Messköpfen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Messkopf (41) für die zu messende elektromagnetische Strahlung absorbierend ausgebildet ist, dass ein zweiter Messkopf (51) gegenüber der zu messenden elektromagnetischen Strahlung abgeschattet angeordnet ist und mit dem die Vorrichtung (100) umgebenden Luftraum (102) kon-vektiv isotherm gehalten ist und dass eine elektronische Auswerteschaltung vorgesehen ist, in welche die Signale der Temperaturfühler (42,52) eingegeben und verglichen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Messköpfe (41, 51) thermisch voneinander isoliert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Messköpfe (41,51) in einem gemeinsamen Gehäuse (104) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messkopf (41) in Richtung auf die Bestrahlungsquelle(n) durch eine für elektromagnetische Strahlung durchlässige Scheibe gedeckt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe für ausgewählte Wellenlängenbereiche durchlässig ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (104) mit verstellbaren Blenden (21,22,23) zur wahlweisen Abschattung von zumindest einem Messkopf (41,51) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Messköpfe (41,51) kugelförmig ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Messköpfe(41,51) kegelförmig ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Messköpfe (41,51) zylinderförmig ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Messköpfe (41,51) parabolisch, elipsoid oder hyperbolisch geformt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Messköpfe (41,51) die Oberfläche vergrössernde Einbuchtungen zur besseren konvektiven Wärmeaufnahme und -abgabe aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen der Temperaturfühler (42,52) ein auf Temperaturänderungen bezüglich seiner elektrischen Eigenschaften reagierendes Bauteil vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen der Temperaturfühler (42,52) ein auf Temperaturänderungen mit einer Druck- und/oder Volumenänderung reagierendes Bauteil vorgesehen ist, wobei die Druck- und/oder Volumenänderung in ein elektrisches Signal gewandelt wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Windstärken-Messein-richtung vorgesehen ist, welche bei Überschreiten einer vorgebbaren Windstärke eine vor zumindest einen der Messköpfe (41,51) bewegbare Schutzscheibe beaufschlagt.