Die von der Sonne ausgehende Strahlung ist hauptsächlich kurzwellig im Bereich von 300 bis 4000 nm (4 µm) einschließlich der sichtbaren und der UV-Strahlung. Ein Teil dieser Strahlung wird von den Wolken, von Aerosolen und Molekülen in der Atmosphäre absorbiert, die sich hierdurch erwärmt und langwellige Strahlung abgibt. Das ist die Fern-Infrarot-Wärmeenergie (FIR) im Bereich ab 4.5 µm bis über 40 µm. Beide, die kurzwellige und die langwellige Strahlung erreichen die Erde. Ein Teil hiervon wird reflektiert, die restliche Strahlung erwärmt die Erdoberfläche. Diese gibt wiederum langwellige Wärmeenergie nach oben ab.
Das Verhältnis von ein- und ausgehender Kurz- und Langwellenstrahlung wird als Energiebilanz bezeichnet. Die kurzwellige Strahlung wird mit Pyranometern, die langwellige mit Pyrgeometern gemessen.
Das Kipp & Zonen CGR4 Pyrgeometer entspricht den Vorgaben der WMO (World Meteorological Organisation) und ist rückführbar auf die WISG (World Infrared Standard Group) in Davos, Schweiz, wobei das CGR4 von Kipp & Zonen zu dieser Instrumentengruppe gehört.
Ein Pyrgeometer erzeugt ein Signal proportional zum Strahlungsaustausch zwischen Instrument und Himmel (oder Erde) innerhalb seines Sichtfeldes. Der Signalausgang kann positiv oder negativ sein.
Ist z. B. der Himmel kälter als das Pyrgeometer, gibt das Pyrgeometer Strahlung an den Himmel ab und somit ist der Signalausgang negativ. Soll die ankommende oder ausgehende Fern-Infrarotstrahlung berechnet werden, muß die Gehäusetemperatur nahe des Detektorelements bekannt sein und simultan zum Detektorsignal aufgezeichnet werden.
Die Kipp & Zonen CGR4 Pyrgeometer sind mit Siliziumdomen ausgestattet, die Infrarotstrahlung durchlassen, aber innen mit einer dünnen Beschichtung versehen sind, die kurzwellige Solarstrahlung blockiert und verhindert, daß diese das breitbandige Thermosäulenelement erreicht. Die Geräte sind mit 10K Thermistoren (Pt-100 optional) und Nivellierlibellen versehen und der weiße Sonnenschirm verhindert die Aufheizung des Gehäuses. Die Standardlänge des Kabels beträgt 10m und die Kontakte des wasserfesten Steckverbinders sind vergoldet.
Die Pyrgeometer benötigen keine Stromversorgung und werden kalibriert mit Zertifikaten ausgeliefert, die auf die WISG (World Infrared Standard Group) rückführbar sind. Die Auswahl des geeigneten Modells richtet sich nach der gewünschten Genauigkeit und Leistung.
Das CGR4 hat einen speziellen meniskusförmigen Siliziumdom mit einem Sichtfeld von 180° und einer Hartkarbonbeschichtung für eine gleichmäßige spektrale Empfindlichkeit und als zusätzlichen Oberflächenschutz. Das Sensorelement verfügt über eine Kompensation für Änderungen der Empfindlichkeit aufgrund von Temperaturschwankungen.
Alle Pyrgeometerfenster bestehen aus Materialien, die einen Großteil der kurzwelligen Strahlung absorbieren. Das Fenster erwärmt sich und es ergibt sich ein Offset. Daher wäre es für eine höhere Genauigkeit notwendig, das Pyrgeometer vor direkter Solarstrahlung abzuschatten, um diesen Effekt zu minimieren. Das einzigartige Design des CGR4 Pyrgeometer jedoch reduziert diesen Offset auf ein vernachlässigbares Niveau (speziell mit Ventilation) und eine Überwachung der Fenstertemperatur oder dessen Abschattung erübrigen sich.