V spojitosti so slnečným žiarením sa pre účely meteorologických a bioklimatologických meraní a v rámci výskumnej praxe rozlišujú tri skupiny meraní:

– meranie dĺžky slnečného svitu (slnkomer – heliograf)

– meranie intenzity žiarenia – aktinometrické merania

– meranie intenzity slnečného žiarenia špecifického spektra žiarenia – fotometrické merania

1.Meranie dĺžky trvania slnečného svitu

Na meranie dĺžky slnečného svitu sa využíva prístroj nazývaný heliograf. Najznámejší a v praxi najviac využívaný je Campbell – Stokesov heliograf. Heliograf využíva tepelný účinok slnečných lúčov sústredených pomocou sklenenej gule (pôsobí ako spojitá šošovka), ktorý sa prejavuje vypálením stopy na papierovú registračnú pásku. Pri výskyte oblakov je stopa vypálená koncentrovanými lúčmi prerušená. Na registračnej páske sa nachádza časová stupnica po polhodinách, z ktorej sa podľa vypálenej stopy priamo odčíta dĺžka trvania slnečného svitu v hodinách.

V priebehu roka vznikajú zmeny uhla medzi slnkom a stanovišťom v súvislosti so striedaním ročných období. Na základe týchto zmien sa používajú do heliografu tri druhy špeciálnych teplocitlivých pások: letná – najdlhšia a najviac zakrivená, prechodná (jar, jeseň) – stredne dlhá, zimná – najkratšia.

2. Aktinometrické merania – merania intenzity žiarenia

Základnou jednotkou pre vyjadrovanie okamžitej intenzity tokov energie je W.m^-2 (staršia jednotka, niekedy ešte  používaná jednotka je cal. cm-2.deň-1 = 697,7 W.m-2).

Pri meraní intenzity slnečného žiarenia sa využívajú nasledovné fyzikálne princípy:

Princíp bimetalu: začiernený bimetalový pásik, zlisovaný z dvoch kovov rôznych tepelných rozťažností sa vplyvom absorpcie žiarenia prehýna a toto prehnutie sa prenáša buď na ručičku zapisovacieho zariadenia, alebo spúšťa elektrický kontakt zapisovacieho zariadenia.

Termoelektrický princíp: meranie napätia termoelektrického článku. Termoelektrické napätie vzniká vplyvom  dopadajúcej radiácie (energie) na plochy s rozdielnou absorpčnou  schopnosťou (najčastejšie bielo-čierna alebo kovovo  lesklá-čierna) alebo začiernenou citlivou plochou a teplotou prostredia (reprezentovanou obvykle teplotou telesa prístroja) alebo konečne medzi dvomi rovnakými začiernenými vodorovnými  plochami (bilancomermi). Dopadajúce slnečné žiarenie ohrieva čierne a biele plochy rozdielne, pričom teplotný rozdiel vyvoláva elektrické napätie, ktoré je mierou intenzity slnečného žiarenia.

Princíp destilácie kvapaliny: pri niektorých prístrojoch slúži ako miera množstvo kvapaliny (vody, alkoholu, éteru) predestilovanej pôsobením slnečných lúčov.  Podľa množstva predestilovanej kvapaliny sa určuje súhrnná hodnota priameho, difúzneho a odrazeného žiarenia. Tento princíp sa však v súčasnosti už prakticky nevyužíva.

Fotoelektrický princíp (fotodióda – polovodič): meranie intenzity žiarenia na základe fotoelektrického javu. Pre pochopenie tohto javu je potrebné sa pozrieť na princíp fungovania polovodičovej fotodiódy. Fotón dopadajúci na fotodiódu, predá nesenú energiu elektrónu (elektrónu polovodičovej fotodiódy). Elektrón túto energiu prevezme, čím sa stane elektricky vodivým. Takýto voľný elektrón sa stáva vodivým, čím znižuje elektrický odpor polovodiča, ktorý sa tým stáva vodivým. Čím je intenzita žiarenia vyššia tým je vodivosť polovodiča vyššia a na základe toho sa meria intenzita slnečného žiarenia. Výhodou tohto princípu je cena, nevýhodou je že nedokáže bez dodatočných korekcií merať celé spektrum viditeľného žiarenia. Aj napriek tomu je tento princíp veľmi často využívaný.

Aktinometrické prístroje a metódy merania ďalej môžeme deliť:

a) z hľadiska spektrálnej citlivosti:

– na meranie krátkovlnných radiačných tokov (citlivosť 300 –  3000 nm)

– na meranie dlhovlnných radiačných tokov (infračervené spektrum)

– na meranie celkovej radiačnej bilancie (celé spektrum  vlnových dĺžok)

b) z hľadiska spôsobu kalibrácie:

– absolútne prístroje, ktoré umožňujú merať intenzitu radiácie pomocou rôznych modelov absolútne čierneho telesa alebo kompenzačných metód priamo bez porovnania s inými prístrojmi,

– relatívne prístroje vyžadujú kalibráciu podľa absolútnych prístrojov.

3. Fotometrické merania – meranie intenzity žiarenia špecifického spektra 

Fotometrické merania využívame vtedy, keď nás zaujíma konkrétne spektrum žiarenia. V bioklimatológií je to najčastejšie meranie intenzity fotosynteticky aktívneho žiarenia tzv. PAR žiarenie (fotosysnteticky aktívna časť spektra žiarenia). Dôvody prečo boli uvedené v kapitole ,,význam merania žiarenia,,.

Tieto merania sú najčastejšie vykonávané špeciálnymi, filtrami opatrenými pyranometrami pracujúcimi na princípe fotodiódy (fotoelektrický princíp). Filtre umiestnené pred fotodiódu, zabezpečia odlúčenie nežiadúcich vlnových dĺžok žiarenia, a tým fotodióda reaguje iba na ,,výsek,, požadovaného spektra žiarenia.

Prístroje na meranie žiarenia

Prístrojov, ktoré sa využívajú alebo využívali na meranie intenzity žiarenia je naozaj mnoho. Rozlišujú sa nielen podľa toho, aký druh žiarenia merajú, aký princíp merania využívajú ale napríklad aj podľa toho, ako je orientovaná citlivá plocha snímača vzhľadom k dopadajúcej radiácii.

Meranie krátkovlnného slnečného žiarenia:

1. Prístroje na meranie priameho slnečného žiarenia

Aktinometre sú relatívne prístroje na meranie priameho slnečného žiarenia na kolmo orientovanú plochu.

Pyrheliometre sú absolútne prístroje merajúce priame slnečné žiarenie na kolmo orientovanú plochu.

2. Prístroje na meranie globálneho žiarenia

Pyranometre sú určené na meranie globálneho žiarenia

3. Prístroje na meranie difúzneho žiarenia (difúzometre)

Difúzometre sú jednoducho upravené pyranometre (osadené tienidlom) a tým dokážeme merať rozptýlené (difúzne) krátkovlnné žiarenie. Viď obrázok.

4. Prístroje na meranie odrazeného slnečného žiarenia

Albedometrom nazývame prístroj umožňujúci meranie odrazeného  žiarenia (a spravidla tiež globálneho žiarenia).Univerzálny termoelektrický pyranometer  umožňuje merať všetky tri zložky krátkovlnnej radiačnej bilancie (priame na vodorovnú plochu,  difúzne a odrazené).

Meranie dlhovlnného  žiarenia

Pyrgeometer slúži na meranie žiarenia s dlhou vlnovou dĺžkou. Ide o infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou 4,5 až 100 μm. Jeho konštrukcia sa skladá z termočlánku, z kremíkovej kupoly, z teplotného snímača a zo slnečnej clony. Termočlánok zabezpečuje prevod infračerveného žiarenia na elektrický signál. Kremíková kupola slúži ako filter pre žiarenie s krátkou vlnovou dĺžkou. Slnečná clona zabraňuje ohrievaniu prístroja od priameho slnečného žiarenia. Pyrgeometer sa využíva najmä v  meteorologickom výskume na pozorovanie zmeny klimatických podmienok.

Meranie celkovej radiačnej bilancie

Bilancometre (pyrradiometre) merajú výsledok pôsobenia všetkých radiačných  tokov bez ohľadu na vlnové dĺžky. Pyrradiometer zabezpečuje meranie slnečného žiarenia krátkej i dlhej vlnovej dĺžky (0,3 – 100 μm), preto ho môžeme považovať za kombináciu pyranometra a pyrgeometra. Táto funkcia je zabezpečená tým, že používa dva nezávislé snímače. Tento prístroj je vybavený špeciálnou lupolenovou kupolou, ktorá umožňuje merať slnečné žiarenie v širokom spektrálnom intervale.

Meranie intenzity špeficikého spektra žiarenia (fotometrické merania)

Na meranie konkrétneho úseku spektra žiarenia sa používajú špeciálne upravené polovodičové fotosnímače. Takéto prístroje sú konštruované tak, aby ich spektrálna citlivosť odpovedala konkrétnemu spektru žiarenia. Typický príklad takéhoto snímača je LI- 190SA, ktorý slúži na meranie intenzity  fotosynteticky aktívneho slnečného žiarenia (PAR) v rozsahu 400 – 700 nm, ktorý je vhodný pre použitie v poľnohospodárstve alebo lesníctve.