Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung, um den Einfluss der Sonnen- und Wärmestrahlung auf den Messwert meteorologischer Temperaturmessungen zu berücksichtigen und somit den Messwert der Temperatur zu korrigieren.

Zur Erhebung meteorologischer Daten werden an die Messsysteme besondere Anforderungen gestellt, da sich die dazu verwendeten Messsysteme zumeist im Freien befinden und somit den jeweils aktuellen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind. Daraus ergeben sich nur aufwendig zu vermeidende Störeinflüsse auf die meteorologischen Messgrößen, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit.

Um beispielsweise den Temperaturanstieg, u. a. zum Zwecke des Nachweises der Klimaerwärmung, über einen längeren Zeitabschnitt aufzeichnen zu können, werden Messsysteme eingesetzt, bei welchen die störenden Einflüsse von direkter Sonneneinstrahlung und/oder Wärmestau durch eine unzureichende Belüftung seitens der Konstruktion minimiert werden.

So beschreibt z. B. die DE 10 2013 015 773 B4 eine Einhausung für im Freien aufgestellte Klimamessgeräte, mit einer zentralen Aufnahme für wenigstens eine Sensoranordnung und einer die Aufnahme außen umgebenden Wetter- und Strahlenschutzanordnung.

Daneben offenbart die DE 699 07 033 T2 einen Sensor für die Erfassung von Temperatur und/oder Feuchtigkeit der Umgebungsluft. Dabei werden der Sensor bzw. die Sensorvorrichtung in zylindrischer und koaxialer Anordnung ausgeführt. Diese geometrische Ausführung begünstigt einen Kamineffekt und sorgt somit für einen steten Luftstrom. Zusätzlich wird durch die Wahl geeigneter Materialien der Strahlungstransport der Wärme ins Innere der Messeinrichtung minimiert.

Mit der in der DE 10 2006 010 946 B3 vorgeschlagenen Lösung wird die Verbesserung der T emperarturmessung bei Starkwind ermöglicht. Das Gehäuse eines durch Ventilatoren zwangsbelüfteten T emperaturmessgerätes wird um die Anordnung von planparallelen Platten ergänzt. Diese Platten erzielen im Zusammenspiel mit Starkwind eine Sogwirkung. Dadurch wird eine Durchlüftung des Messgerätes bewirkt und die durch die Ventilatoren erzeugte Abwärme abgeführt, welche andernfalls durch die ungünstigen Druckverhältnisse, hervorgerufen durch den Starkwind, im Gehäuse verbleiben würde.

Die DE 28 33 673 A 1 offenbart eine Instrumentensäule zur Aufnahme meteorologischer Messinstrumente mit im Säuleninnenraum eingebautem Ventilator, durch den ein ständiger Luftstrom in einem aus strahlungsdurchlässigem und wärmeisolierendem Material bestehenden Kamin aufrechterhalten wird.

Außerdem wird in der US 2,900,821 eine Instrumentensäule zur Einhausung meteorologischer Messinstrumente offenbart, welche für die Montage von Ventilatoren zur aktiven Belüftung des Inneren der Einhausung vorgesehen ist. Die Einhausung selbst ist derart geformt, dass die auftreffende Sonnenstrahlung von der Messeinrichtung der Temperatur abgeschattet wird. Zusätzlich ist konstruktiv ein erneutes Zuführen der Abluft in den Innenraum als Fehlerquelle ausgeschlossen. Des Weiteren sorgt der Abluftstrom für den Abtransport des Wärmeeintrags eventuell eingesetzter elektrischer Verbraucher. Somit ist eine Verminderung der Störeinflüsse durch zusätzliche Wärmequellen gewährleistet.

Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Einhausungen wird jedoch der Einfluss der Sonnen- und Wärmeeinstrahlung bei der T emperaturmessung nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt, da es in jedem Falle zu einer strahlungsverursachten Erwärmung der Einhausung selbst kommt. Die Weiterleitung der strahlungsinduzierten Wärme zum im Inneren der Einhausung befindlichen Messsystem zur Temperaturmessung ist aufgrund der physikalischen Realität unvermeidlich und bildet somit immer auch einen Störeinfluss auf den Messwert der Temperatur. Somit ist eine vollständige Korrektur der Strahlungseinflüsse bislang nicht möglich.

Daneben ist aus der US 2013 / 0 329 764 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der mindestens eine beweglich gelagerte Strahlenschutzblende direkt in Sonneneinstrahlungsrichtung den Temperatursensor ganz oder teilweise abschattet, wobei hier allerdings die Sonneneinstrahlungsrichtung bekannt sein muss, um automatisch verfolgt werden zu können.

Schließlich wird mit der US 5,826,980 A ein kontaktloses Strahlungsthermometer mit einer beweglichen zylindrischen Blende zur zeitweisen Abschattung des Sensorelements vorgestellt. Hierbei handelt es sich nicht um ein berührendes Thermometer, weil das Sensorelement mit dem Messobjekt nicht in Berührung ist. Vielmehr sollen entfernte großflächige Objektoberflächentemperaturen von Festkörpern mithilfe der einfallenden Infrarot-Strahlung messtechnisch erfasst werden. Die bewegliche Blende zur zeitweisen Abschattung dient zum scannende Abtasten der Objektoberfläche, um eine Mehrzahl von Messpunkten auf dieser Oberfläche erfassen und untereinander vergleichen zu können.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Anordnung sowie die Verwendung einer solchen Anordnung zur Verfügung zu stellen, um den Einfluss der Sonnen- und Wärmestrahlung auf den Messwert der Temperatur zu korrigieren.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüche.

Die Anordnung weist mindestens ein Messsystem zur T emperaturmessung auf. Dazu ist mindestens eine bewegliche Strahlenschutzblende angeordnet, wobei die beweglich angeordnete Strahlenschutzblende dazu ausgebildet ist, das Messsystem ganz oder teilweise abzuschatten.

Unter meteorologischen Messinstrumenten werden Messgeräte verstanden, die vornehmlich im Freien aufgestellt werden und die aktuelle Qualität wetterbeeinflussender Größen, wie z. B. Luftdruck, Umgebungstemperatur und/oder Luftfeuchte messen und ggf. aufzeichnen. Dabei ist auch der Strahlungseintrag eine dieser Größen.

Als Strahlungseintrag wird das Übertragen der Leistung einer gegebenen Strahlung in eine Zielregion verstanden. Dieser Strahlungseintrag wird in dieser Schrift insbesondere durch Sonnen- und Wärmestrahlung erzielt. Prinzipiell beschränkt sich dieser Effekt aber nicht auf Sonnen- und Wärmestrahlung, sondern kann über das gesamte elektromagnetische Spektrum erweitert werden. Selbst ionisierende Strahlenqualitäten, z. B. a-und ß-Strahlung, koppeln Leistung in eine Zielregion und können durch eine geeignete Wahl von Materialien abgeschattet werden.

Eine Strahlenschutzblende ist im allgemeinen Fall ein Bauteil oder eine Baugruppe, welche zwischen Strahlungsquelle und der von der Strahlung abzuschattenden Region eingebracht wird. Das Maß der Abschaltung wird dabei als das Verhindern eines Teils der Strahlung am Erreichen der Zielregion verstanden. Dieses Maß kann einerseits aus einer absoluten Messung, beispielsweise durch eine Analyse der in der Zielregion ankommenden Strahlenqualität, ermittelt werden. Andererseits und vereinfachend kann dieses Maß bei bekanntem Abschattungsvermögen der Strahlenschutzblende durch eine relative Angabe im Bereich von 0 %, die gesamte Strahlung trifft die Zielregion, bis 100 %, keine Strahlung trifft die Zielregion, angegeben werden.

Aus der zeitlichen Änderung dieses relativen Bereichs ergibt sich an einem Ort ein zugehöriger Schattengang. Es wird somit das zeitlich veränderliche Maß der Abschattung verstanden. Der Strahlungseintrag ist folglich ebenfalls zeitlich veränderlich.

Die Anordnung mit mindestens einem Messsystem zur Temperaturmessung weist mindestens eine beweglich angeordnete Strahlenschutzblende auf. Die verwendete Strahlenschutzblende ist derart ausgebildet, dass diese das Messsystem ganz oder teilweise abzuschatten vermag. Zur Vereinfachung und im Hinblick auf einen vorteilhaft automatisiert ausgeführten Betrieb von meteorologischen Messsystemen wird die Bewegung der Strahlenschutzblende mittels einer Antriebsvorrichtung, beispielsweise eines Motors, bewegt. Dieser Motor ist bevorzugt ein Elektromotor, da dieser im Verglich zu einem leistungsäquivalenten Verbrennungsmotor weniger Abwärme produziert. Auch entfallen heiße Verbrennungsabgase, welche sich ggf. ungünstig auf die zu korrigierende Temperatur auswirkt.

Ein Elektromotor bietet den weiteren Vorteil, dass sich bei der Verwendung in seiner Ausführung als Schrittmotor, das Umlaufverhalten besonders einfach steuern lässt. Damit lassen sich die verschiedenen Zustände der Abschattung in ihren Zeitdauern anpassen. Das führt dazu, dass die Trägheit des verwendeten Messsystems berücksichtigt werden kann. Dabei bedeutet„Trägheit des verwendeten Messsystems", dass eine gewisse Zeit benötigt wird, bis sich nach Änderung des Bestrahlungszustandes schließlich keine Änderungen in den Messwerten mehr bewirken und stabile Messwerte erreicht sind.

Zur vorteilhaften Erzeugung stabiler Messwerte der Temperatur, ist dies bei der Wahl der Dauer der Abschattung sowie auch bei der Wahl der Bewegungsart der Strahlenschutzblenden zu berücksichtigen. Neben beispielsweise einer Pendelbewegung ist eine weitere Art der periodischen Bewegung der Strahlenschutzblende das Umlaufen der verwendeten Messsysteme. Die umlaufende Bewegung ist im einfachsten Fall eine Rotation um die Messsysteme, wobei die Messsysteme in räumlicher Nähe oder auf der Rotationsachse dieser Bewegung platziert werden (Figur 1). Dies ermöglicht vorteilhaft zusätzlich die Verwendung von Getrieben, um die Bewegung des Motors an die Strahlenschutzblende zu vermitteln und damit eine bessere Anpassung der Drehzahlen von Motoren und Strahlenschutzblende zu ermöglichen.

Weiterhin sind auch verschiedene Ausführungsformen der Strahlenschutzblende verwendbar.

Vorteilhaft ist ein segmentierter Aufbau der Strahlenschutzblende (Figur 2). Somit können vorteilhaft mehr als zwei Bestrahlungszustände realisiert werden. Insbesondere wenn die einzelnen Segmente der Strahlenschutzblende unterschiedliches Vermögen aufweisen, um Licht hindurch zu lassen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von unterschiedlichen Einzelsegmenten mit verschiedener Strahlendurchlässigkeit erfolgen, wobei vorteilhaft die Anordnung der einzelnen Segmente variiert werden kann. Die Einzelsegmente können vorteilhaft derart an der Antriebsvorrichtung angebracht werden, dass seitens der Antriebsvorrichtung und der Stellung der Einzelsegmente zueinander verschiedene Abschattungen realisiert werden können.

Zudem sind auch verschiedene Geometrien der einzelnen Segmente möglich und es werden jene bevorzugt, welche die auftreffende Strahlung in einer dem Messprozess dienlichen Art und Weise lenken, beispielsweise ein Zylindermantelsegment, wobei die konvexe Wölbung in Richtung der meteorologischen Messsysteme zeigt, um im Bestrahlungsfall eine rückseitige Fokussierung der einfallenden Strahlung zu verhindern.

Neben den Einzelsegmenten ist, zur vorteilhaften Verringerung des konstruktiven Aufwandes zur Befestigung, eine einteilig geformte Blende mit eingebrachten Segmenten unterschiedlicher Strahlendurchlässigkeit gleichsam zu betrachten. Dies hat zur Folge, dass die Segmente unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit der Strahlenschutzblende die auftreffende Strahlung unterschiedlich stark abschatten. Um das Maß der Abschattung richtig abschätzen zu können weist vorteilhaft die ggf. segmentierte Strahlenschutzblende ein Messsystem zu ihrer Positionsbestimmung auf. Bevorzugt weist mindestens ein verwendetes Einzelsegment ein Messsystem zur Positionsbestimmung auf. Dies dient einer weiteren Verbesserung der Abschätzung des Bestrahlungszustandes. Damit kann aus der gemessenen Temperaturänderung auf die eingekoppelte Strahlungsleistung rückgeschlossen werden. Weiterhin kann hieraus auch auf die räumliche Richtung des Eintreffens der Strahlung geschlossen werden.

Eine vorteilhafte Verwendung der Anordnung, welche ein Messsystem zur Strahlungsmessung aufweist, begründet sich durch die höhere Verlässlichkeit, insbesondere dann, wenn die Abschattung von Messsystem zur Temperaturmessung und Messsystem zur Strahlungsmessung in ähnlicher Art und Weise, sprich korreliert, durchgeführt werden. Die Korrelation aus gemessenem Strahlungseintrag und gemessener T emperaturänderung liefert direkt die Möglichkeit der Extrapolation auf einen beliebigen Strahlungseintrag.

Bevorzugt, zur Automatisierung und Optimierung der meteorologischen Messungen, werden die gemessenen Daten zum Zwecke der Aufzeichnung und Auswertung (Korrelation) von einer Datenverarbeitungsanlage verarbeitet und gespeichert.

Die Anordnung und insbesondere mindestens das Messsystem zur T emperaturmessung sollten sich bevorzugt in einer Einhausung für meteorologische Messinstrumente befinden. Dies ist vorteilhaft, da sich die Korrektur der gemessenen Temperatur mathematisch vereinfacht, da in einem solchen Falle eine lineare Extrapolation realisiert werden kann.

Das Verfahren zur Strahlungskorrektur von meteorologischen Temperaturmessungen erfolgt mit den Schritten:

a. Messung der Temperatur bei maximaler Einwirkung der Strahlung auf das Messsystem zur Temperaturmessung über einen vordefinierten Zeitraum,

b. Ändern der Einwirkung der Strahlung auf das Messsystem zur Temperaturmessung durch Abschattung unter Berücksichtigung der Trägheit des Messsystems zur Temperaturmessung,

c. Messung der Temperatur bei minimierter Einwirkung der Strahlung auf das Messsystem zur Temperaturmessung über einen vordefinierten Zeitraum,

d. Korrelieren von Temperaturänderung und Maß der Abschattung und

e. Extrapolation der gemessenen Temperatur auf ein strahlungsfreies Niveau.

Dabei soll unter„Extrapolation“ das gedankliche Weiterführen gemessener Punkte in einem Datensatz verstanden werden.

Durch die Änderung des Strahlungseintrages durch unterschiedliche Abschattung des Messsystems zur Temperaturmessung stellt sich je nach Maß der Abschattung und dem Verstreichen einer gewissen Zeit zur Berücksichtigung von Trägheitseffekten, eine mit dem aktuellen Strahlungseintrag korrelierte T emperaturänderung ein.

Bevorzugt werden die Extremwerte der durch verschiedene Blendenpositionen erzwungenen T emperaturänderungen mit der jeweils vorherrschenden Strahlung verglichen (Figur 3). Aus dem funktionellen Zusammenhang aus Strahlenwirkung und Temperaturänderung kann unter Verwendung eines bevorzugt einfachen Modells der linearen Regression eine Extrapolation zu den Werten der Temperatur völlig ohne Strahlenwirkung vorgenommen werden. Wobei die hier verwendete lineare Regression eine mathematische Methode darstellt, mit der eine gegebene Punktwolke in einen linearen Zusammenhang der Form (T _EX = T(S) - S * AT/AS) überführt wird, wobei T(S) die einem Bestrahlungszustand zugeordnet gemessene Temperatur, S den Bestrahlungszustand, DT die Temperaturänderung, AS die Änderung des Bestrahlungszustandes und TEX die extrapolierte und strahlungskorrigierte Temperatur symbolisieren.

Dieser gewählte Zusammenhang berücksichtigt vorteilhaft die in der meteorologischen Beobachtung manchmal anzutreffenden Situationen, dass bei sehr klarem Nachthimmel eine Wärm eabstrah lu ng mit einem vom Lufttemperatursensor weg gerichtetem Wärmestrom auftritt.

Die Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 wird durch die Verwendung eines Datenträgers, auf dem ein Computerprogrammprodukt, bevorzugt zur autonomen Datenaufnahme und/oder Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 , gespeichert ist, vorteilhaft verbessert.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Figuren angegeben.

In der Abbildung Figur 1 wird schematisch eine minimale Anordnung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die meteorologischen Messsysteme (102), insbesondere das Messsystem zur Temperaturmessung auf der Rotationsachse eine Zylindermantelfläche angeordnet. Die umlaufende und nicht geschlossene Zylindermantelfläche stellt dabei die Strahlenschutzblende (103) dar. Die Strahlenschutzblende (103) ist hier zu 75 % geschlossen dargestellt. In dieser Darstellung werden die meteorologischen Messsysteme (102) vom Strahleneintrag von der Strahlenquelle (101) abgeschattet. In der Abbildung Figur 2 ist schematisch ein motorisiertes Ausführungsbeispiel offenbart. Dabei ist die Strahlenschutzblende (103) an einen Antrieb in Form eines Motors ggf. mit Getriebe (201) angebracht. Auf diese Weise kann ein periodisches Umlaufen der Strahlenschutzblende (103) um die meteorologischen Messsysteme (102), insbesondere um das Messsystem zur Temperaturmessung, erzeugt werden.

In einem konkreten Ausführungsbeispiel zur Lufttemperaturmessung wird eine zylindrische Halterung mit integriertem elektrischen Temperaturfühler, z. B. ein PT100 Widerstandsthermometer, als meteorologisches Messinstrument (102) vertikal an einem Gestell befestigt. Dabei zeigt die sensitive Region des Temperatursensors in Richtung der Antriebsvorrichtung (nach oben). Entgegengerichtet (nach unten) sind die elektrischen Verbindungen für das PT100 Widerstandsthermometer, kontaktiert in Vierleiter- oder Vierpunktschaltung, aus der Halteeinrichtung herausgeführt. Für die mechanische Führung wird ein 5 mm im Durchmesser messender und 40 mm langer Kabelfühler verwendet. Dieser ist mit einem wasserdicht verpressten Silikonanschlusskabel bis zur Messwerterfassungs und Steuerungseinheit ausgestattet.

Oberhalb entlang der Symmetrieachse des zylindrischen Messsystems (102) ist an einem Gestell als Antriebsvorrichtung (201) ein Schrittmotor montiert. An der Antriebsachse des Schrittmotors wird direkt ein Haltekreuz mittels einer starren Kupplung befestigt. Das Haltekreuz ist aus vier radialen Streben von jeweils 100 mm Länge aufgebaut. Die Streben selbst sind beispielsweise aus schlecht wärmeleitendem Kunststoff gefertigt. An zwei Streben des Haltekreuzes wird eine Strahlenschutzblende (103) in Viertelzylinderform hängend befestigt. Die Strahlenschutzblende (103) mit dem Biege radius von 100 mm besteht aus poliertem Edelstahlblech von 2 mm Dicke. Dabei ist die dem Temperaturfühler zugewandte Seite des Strahlungsschildes zur Reduktion des Reflexionsvermögens lackiert oder sandgestrahlt. Damit die per Haltekreuz am Motor befestigte Last während der Bewegung keine Unwucht aufweist, werden an den jeweils gegenüberliegenden freien Streben des Haltekreuzes Trimmgewichte befestigt.

Die Energieversorgung und Steuerung sowohl des Messsystems (102), als auch des Schrittmotors wird mittels elektrischer Leitungen gewährleistet, welche zur zentralen Messwerterfassungs- und Steuerungseinheit verlegt sind. Der Motor bewegt das Haltekreuz auf verschiedene, von der Steuerungseinheit vorgegebene Drehwinkelstellungen. Die dazu benötigten Winkelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen werden dabei durch die Steuerungseinheit vorgegeben.

In der Abbildung Figur 3 wird schematisch das Verfahren zur T emperaturkorrektur dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Messsystem zur Temperaturmessung periodisch von der Strahlenquelle abgeschattet. Somit stellen sich zu bestimmten Zeiten ein Maximum der Temperatur ( Tiuax) und ein Minimum der Temperatur (T _/p ) ein. Diese Extrema der Temperatur werden mit dem Strahlungseintrag, beispielsweise über die Position der Strahlenschutzblende, korreliert (S _/ w _ax und S _M/P ). Mittels einer linearen Regression der Messwerte kann somit zu den Temperaturwerten ohne Strahlungseintrag (TE _x ; SO) extrapoliert werden.

Bezugszeichenliste

101 - Strahlenquelle (z. B. Sonne)

102 - meteorologische Messsysteme (Strahlung / Temperatur)

103 - Strahlenschutzblende

201 - Antriebsvorrichtung