(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にラジオゾンデ、 ロケットゾンデまたは投下ゾンデ（１）のいずれかを測定装置に用いた大気温度測定における放射誤差を補正する方法であって、
該方法において前記測定装置（１）が温度センサーを装備するような方法において、温度測定が２つの温度センサー（２、３）によってほぼ同時に実施され、両方の温度センサーは、太陽放射に関し低い表面放射率を有するが異なった吸収係数を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記温度センサー（２、３）が単一ゾンデ（１）によって担持されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度センサー（２、３）が、ほぼ同時に放たれる独立ゾンデによって担持されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記温度センサー（２、３）が金属被覆されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）はアルミニウムによって被着され、他方のセンサー（３）は銀によって被着されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）はアルミニウムによって被着され、他方のセンサー（３）はチタンによって被着されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）は金によって被着され、他方のセンサー（３）は銀によって被着されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）は銀によって被着され、他方のセンサー（３）はチタンによって被着されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
ラジオゾンデ（１）のための温度センサー装置であって、
前記ゾンデ（１）に機械的に接続された温度センサーを担持する前記ゾンデを有する温度センサー装置において、前記温度センサーが２つのセンサーを含み、両方のセンサーは、太陽放射に関し低い表面放射率を有するが異なった吸収係数を有することを特徴とする温度センサー装置。
【請求項１０】
前記温度センサー（２、３）が単一ゾンデ（１）によって担持されることを特徴とする、請求項９に記載の温度センサー装置。
【請求項１１】
前記温度センサー（２、３）が、ほぼ同時に放たれる独立ゾンデによって担持されることを特徴とする、請求項９に記載の温度センサー装置。
【請求項１２】
前記温度センサー（２、３）が金属被覆されることを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれかに記載の温度センサー装置。
【請求項１３】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）はアルミニウムによって被着され、他方のセンサー（３）は銀によって被着されることを特徴とする、請求項１２に記載の温度センサー装置。
【請求項１４】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）はアルミニウムによって被着され、他方のセンサー（３）はチタンによって被着されることを特徴とする、請求項１２に記載の温度センサー装置。
【請求項１５】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）は金によって被着され、他方のセンサー（３）は銀によって被着されることを特徴とする、請求項１２に記載の温度センサー装置。
【請求項１６】
前記温度センサー（２、３）が別々に異なった金属によって一対で被着され、この場合一方のセンサー（２）は銀によって被着され、他方のセンサー（３）はチタンによって被着されることを特徴とする、請求項１２に記載の温度センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大気温度測定の際の放射誤差を除去するための方法であって、該方法において各測定装置が少なくとも１つの温度センサーを装備するような方法及び温度センサー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上層大気の温度測定（例えばラジオゾンデ、ロケットゾンデおよび投下ゾンデによる）における誤差の主な原因の１つは温度センサーのいわゆる放射誤差である。この種の誤差は高度が高くなるに従って空気密度が低下するために引き起こされ、これによって温度センサーと空気との間の対流熱伝達が弱くなり、一方放射熱伝達の相対的割合が同時に増加する。その結果センサー温度は周囲空気温度と異なるようになり、この場合センサー温度は大気内の局所的放射状態に依存して高くなったり低くなったりする可能性がある。
【０００３】
センサーと大気との間の熱伝達は次の式によって表される：
−Ｈ（ＴS−Ｔ）−σεＡＴS4＋εＲ＋γＳ＝０            （１）
この場合、
ＴS＝センサー温度（Ｋ）
Ｔ＝空気温度（Ｋ）
Ｈ＝ 対流熱伝達係数（Ｗ／Ｋ）
σ＝ステファン ・ボルツマン定数
ε＝センサー表面放射率
Ａ＝センサー面積（ｍ2）
Ｒ＝センサー入射の長波長（熱）放射線の放射強度（Ｗ）
γ＝短波長（日光）放射線のセンサー表面吸収係数
Ｓ＝センサー入射の太陽放射強度（Ｗ）
【０００４】
等式の第一項 、- Ｈ（ＴS−Ｔ）は対流熱伝達を表す。最後の３つの項は放射熱伝達を表す。項-σεＡＴS4は、センサーの熱放出損失成分を表し、一方項εＲはセンサーによって吸収される熱放射成分（すなわち長波長の放射線、λ＝３−４０μｍ）を表す。項γＳは、センサーによって吸収される太陽放射線の成分（すなわち短波長放射線、λ＝ ０.２−３μｍ）を表す。従来、対流熱伝達成分は無視できると考えられてきた。
【０００５】
放射誤差はセンサーの寸法をできるだけ最小にすることによって減らすことができ、これによって放射熱伝達に対する対流熱伝達の比率が大きくなる。もう１つの方法は、可能な限り最小の吸収係数を有する被覆システムでセンサーを被着することである。これらの両方の方法は従来のセンサー実施例で使用されている。しかしながら、放射誤差はこれらの手段によって完全には除去することができない。なぜなら、センサーの寸法と吸収係数を確実に小さくすることができないからである。
【０００６】
上述の方法と異なった放射誤差の除去方法は、同一の構造と寸法であるが異なった被覆システムによって被着された３つのセンサーを使用することに基づく。各被覆システムは太陽放射に関し異なった放射率と吸収係数を有する。したがって並列センサーは異なった放射誤差を有し、また異なった温度を示し、その値は大気の放射条件に依存する。次に熱伝達の独立した等式（１）は各センサーについて表すことができ、これによって４つの未知の変数Ｔ、Ｒ、Ｓ、Ｈで３つの等式の集合が導き出される。しかしセンサーの形状と寸法が既知であれば、これらの内の熱伝達係数Ｈは相対的に高い正確性で解くことができる。未知の変数の残りは、大気の実際の温度Ｔを含めて等式の集合から解くことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の技術的方法の欠点を克服しまた放射誤差を除去するために完全に新規なタイプの方法とセンサー装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、太陽放射に関し非常に低い放射率と異なった吸収係数の材料をベースとした被覆システムを有する２つのセンサーのみを使用することによって達成される。
【０００９】
より詳しくは、本発明による方法は特にラジオゾンデ、ロケットゾンデまたは投下ゾンデを用いた大気温度測定における放射誤差を補正する方法であり、この方法において各測定装置が少なくとも１つの温度センサーを装備しており温度測定が２つの温度センサーによってほぼ同時に実施され、両方の温度センサーは太陽放射に関し低い表面放射率を有するが異なった吸収係数を有することによって特徴付けられる。
【００１０】
さらに本発明による温度センサー装置は、ラジオゾンデのための温度センサーー装置であり、ラジオゾンデに機械的に接続された少なくとも１つの温度センサーを担持するラジオゾンデを有する温度センサー装置において、温度センサーの組立体が２つのセンサーを含み、両方のセンサーは、太陽放射に関し低い表面放射率を有するが異なった吸収係数を有することによって特徴付けられる。
【００１１】
本発明は大きな利点を提供する。
【００１２】
上述の３つのセンサー装置に関して、本発明は次のようないくつかの利点を提供する。
１）使用された被覆システムの太陽放射吸収係数の比率のみを知るだけよい。この値は、異なった３つの被覆システムの吸収係数と放射率の絶対値を測定するよりもはるかに測定しやすい。さらに吸収係数の比率は既製のまた被着済みのセンサーから測定することができ、一方、吸収係数と放射率の絶対値は平面的なサンプルのみから測定することができる。したがって、本方法によってはるかに正確な結果が得られる。
２）吸収係数比率の測定装置は相対的に簡単でありまたすぐに使用でき、これによって製造工程の段階として製造される各センサー対について比率測定を行うことができる。この装置によってさらにセンサー対の精度が高まる。
３）熱伝達係数Ｈは等式の対から除去されるので計算の必要がない。したがって、この変数の値に関するいかなる不正確性も最終結果に影響を与えない。
４）センサーシステムに必要なセンサー数が１つ減る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
【実施例】
添付図に示された実施例を参考にして本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明によれば、放射誤差の補正はセンサーを２つ使用するだけで達成することができる。この場合、センサーは例えば多くの金属のような非常に低放射率の材料によって被着される。次に、等式（１）の等式の長波長放射線成分（すなわちセンサー熱放射損失による冷却の項、−σεＡＴS4、およびセンサー内で吸収される長波長放射線によって引き起こされる加熱の項、εＲ）は非常に小さくなり、したがって等式（１）は次の近似形式に簡約することができる：
−Ｈ（ＴS−Ｔ）＋ｇＳ＝０                            （２）
太陽放射に関し低放射率であるが異なった吸収係数をそれぞれ有する２つの異なった金属でセンサーが被着されると、次の等式対が得られる：
−Ｈ（Ｔ1−Ｔ）＋γ1Ｓ＝０
−Ｈ（Ｔ2−Ｔ）＋γ2Ｓ＝０                         （３）
等式対は、現在大気温度Ｔに関し次のように解かれる：
Ｔ＝（ｋＴ2−Ｔ1）／（ｋ−１）                     （４）
この場合ｋは吸収係数比率γ1／γ2である。
【００１５】
本方法は、熱放射が無視できるという有効な前提のもとにのみ機能する。実用上これが意味するのは、本方法があまりに低い風速または大気圧の条件下ではその有効性を失うことである。実地テストでは、小型センサー（直径１ｍｍ未満）を用いた場合、ラジオゾンデ探測（３ｍ／ｓを超える風速および３ｈＰａを越える周囲圧力で）の少なくとも全型式で本方法の利用性が証明された。
【００１６】
センサーユニットの被着は、異なった吸収係数の２つの金属を用いた金属被覆として好適に行われる。さらに使用金属は、それらの表面が空気中で酸化せずまた吸収特性が一定であるように、耐腐食性でなければならない。適切な金属は例えばＡｌ（γ＝１０％）、Ａｇ（γ＝１０％）、Ａｕ（γ＝３５％）およびＴｉ（γ＝７０％）であり、またＡＩとＡｕ、ＡｌとＴｉ、ＡｇとＡｕおよびＡｇとＴｉのような金属の組み合わせである。金属被覆は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ技術、電着、化学蒸着または他の適切な方法によって行うことができる。
【００１７】
ラジオゾンデ、ロケットゾンデまたは投下ゾンデが大気温度測定のために使用されるとき、探測は、それらの温度センサーに異なった被覆システムを被着した２つの独立ゾンデを用いて、または異なった被覆システムで被着した２つの温度センサーを担持する単一ゾンデを用いて実施することができる。前者の方法は、温度センサー放射誤差を決定するための調査目的で使用されており、また後者は大量生産されるゾンデにより適している。
【００１８】
図１には、２つの温度センサーを装備したラジオゾンデが示されている。ゾンデ１は、それに機械的に接続された２つのセンサー２と３を担持している。センサー２と３の両方とも、太陽放射に関し低い表面放射率を有するが異なった吸収係数を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略的斜視図である。
【符号の説明】
１  ゾンデ
２  センサー
３  センサー
【図１】
0003697000.tif 000002