Misurare la temperatura al sole

Cosa vuol dire misurare la temperatura al sole??
Di solito quello che si vuole misurare è la temperatura dell'aria in un ambiente esposto al sole.
Qualsiasi termometro, elettrico a mercurio o altro, misura la temperatura di se stesso. I termometri sono fatti di materiale solido, che deve assumere la stessa temperatura dell'aria in cui è immerso. Al Sole, però, i corpi solidi, a seconda di come sono fatti, assorbono in minor o maggior misura l'energia radiante proveniente dal Sole, portandosi quindi ad una temperatura che può essere molto diversa da quella dell'aria circostante. Per questo motivo, un qualsiasi sensore di temperatura deve essere schermato dalla radiazione solare affinché si porti alla stessa temperatura dell'aria. Ma anche lo schermo è fatto di materiale solido che assorbe la radiazione solare e quindi può alterare la temperatura dell'aria circostante.
Il problema non è banale. I meteorologi hanno inventato la "capannina" e altre tipologie di schermi. Vedi a questo proposito il mio post http://paolometeo.blogspot.it/2013/02/capannina-meteo-economica.html.
In questo post voglio riportare i risultati di un esperimento realizzato con diversi tipi di schermo applicato a sensori elettronici di temperatura.  Il sensore usato è il noto DS18B20 visibile in figura.  Come si può notare il suo involucro, con cui esce dalla fabbrica è nero. Se esponiamo al Sole questo sensore, senza protezione nè schermo, la sua temperatura può raggiungere valori anche di dieci gradi più alti della temperatura dell'aria, con scarso vento. Il movimento dell'aria attorno al sensore è un fattore che influenza senz'altro la temperatura che esso misura, infatti l'aria in movimento è un buon conduttore di calore, al contrario di quella ferma, e quindi riduce la differenza tra le temperature del sensore e dell'aria.
Un certo miglioramento si ha ricoprendo il sensore con uno strato di silicone bianco, che ha il potere di riflettere la radiazione solare e isolare elettricamente i terminali del chip. Anche così il sensore assorbe una certa quantità di radiazione e inoltre la possibilità di sporcarsi può cambiare drasticamente il potere riflettente del silicone. Uno schermo che faccia ombra al sensore, permettendo al contempo all'aria di circolargli intorno, è quindi l'unica soluzione.
Per certe applicazioni è necessario fare misure di temperatura in spazi ristretti. Quindi anche lo schermo deve essere piccolo.  Una di queste applicazioni è il pannello solare ARETHA 
http://paolometeo.blogspot.it/2013/03/misura-e-controllo-di-un-pannello.html. In questo pannello si è reso necessario misurare la temperatura dell'aria all'interno, sotto la finestra di policarbonato, quindi  sotto i raggi solari.

Questi sono gli ultimi risultati di alcune prove che ho fatto mettendo al sole e all’ombra, tre tipi di schermatura diversi e confrontando le letture con una misura di un termometro ventilato al mercurio, con precisione 0.5 °C.

I tre sensori sono stati esposti al sole con:

S14        un tettuccio in alluminio;

S6          senza niente (sensore ricoperto da silicone
              bianco pulito);

S13        capannina meteo;

Hg          termometro a mercurio ventilato.

All’inizio tutti i sensori sono stati tenuti all’ombra e hanno presentato scarti entro 0,2 °C  tra loro e entro 0.3 con il termometro a mercurio

S14  = 29.7;  S6 = 29.6; S13 = 29.8; Hg = 29.5 

Esposti circa 15 minuti al sole delle ore 15:35, hanno dato i seguenti risultati:
S14 = 31.3; S6 =  32.4; S13= 31.4; Hg = 30.0

Nelle foto qui accanto si vede lo schermo a tettuccio composto da un pezzo di profilato a L sorretto da una bacchetta di legno. Il tutto dipinto di bianco.


In conclusione le temperature del tettuccio in alluminio e della capannina risultano  più vicine tra loro e a quella segnata dal termometro a mercurio, sebbene questa risulti più bassa di 1.4 gradi. La temperatura del sensore senza schermo risulta più alta di 2.4 gradi rispetto al termometro ventilato.  L'esperimento è stato fatto in condizioni di calma di vento.  Una maggiore ventilazione dei sensori potrebbe senz'altro attenuare queste differenze.