Общие понятия температуры, температурные шкалы. Измерения температуры воздуха, почвs, снега, воды производятся на МС всех типов. Температура определяется как степень нагретости тела.
При изменении температуры тела меняются его физические свойства: плотность, электропроводность, линейные размеры, объем. Зная характер зависимости одного из свойств от температуры, можно определить температуру тела. Поэтому температура тела определяется не непосредственно, а с помощью термометров. При этом исходят из положения, что если два изолированных от внешних воздействий тела, между которыми обеспечен теплообмен, не изменяют своего состояния, они находятся в тепловом равновесии и температуру их можно считать равной, поэтому показания термометра будут соответствовать температуре тела.
Для того чтобы с помощью различных термометров получать сравнимые
между собой данные, градуировка всех термометров производится по
между собой данные, градуировка всех термометров производится по
шкалам, связанными с определенными постоянными точками. В качестве таких точек принята температура плавления льда и температуры пара кипящей воды при нормальном давлении (760 мм).
Температурные шкалы различаются в зависимости от обозначения выбранных точек и числа равных отрезков – градусов, на которое делится интервал между ними.
Наиболее распространенные шкалы:
Шкала Фаренгейта. Градус этой шкалы обозначается 0 Ф, или 0F. Температурный интервал от температуры плавления льда до температуры пара кипящей воды разделен на 180 частей (градусов). Нижняя точка обозначается 320 Ф, верхняя – 2120 Ф.
Шкала Реомюра. Градус по этой шкале обозначается 0Р, или 0R. Тот же
температурный интервал разбивается на 80 частей. Нижняя реперная точка
обозначается 00Р, верхняя – 800Р.
Шкала Цельсия. Градус этой шкалы обозначается 0Ц или 0С. Интервал температур разделен на 100 равных частей. Нижняя реперная точка обозначается 00Ц, верхняя 1000Ц. Международная стоградусная шкала. Градус этой шкалы обозначается 00С и полностью совпадает со шкалой Цельсия. Шкала имеет ряд реперных точек, позволяющих ее продление ниже 00 и выше 1000С.
Для перевода температуры из одной шкалы в другую существуют следующие соотношения:
00С = 00Ц = 00Р = 320Ф,
1000С = 1000Ц = 800Р = 2120Ф,
10С = 10Ц = 4/50Р = 9/50Ф.
Термометр, помещенный в какую-либо среду для измерения ее температуры, принимает температуру среды не мгновенно. Время, необходимое для теплообмена между средой и термометром, называется коэффициентом инерции термометра. Он зависит от скорости перемещения среды относительно термометра.
Возможная точность отсчета по шкале термометра определяется чувствительностью термометра к изменению температуры среды. Увеличение чувствительности термометра достигается увеличением резервуара термометра и уменьшением площади сечения капилляра, применением жидкости с большими, а стекло с малыми коэффициентами
расширения. Но увеличение чувствительности за счет чрезмерного сужения капилляра приводит к увеличению трения при перемещении жидкости в капилляре, а увеличение резервуара – к увеличению инерционности термометра.
Виды термометров.
Наибольшее применение в метеорологии имеют:
1) жидкостные термометры, основанные на принципе изменения объема жидкости при изменении температуры;
2) деформационные термометра, основанные на принципе изменения
линейных размеров твердых тел с изменением температуры;
Реже применяются:
3) термометры сопротивления, основанные на принципе изменения электропроводности тел с изменением температуры;
4) термоэлектрические (термопары), основанные на принципе изменения электродвижущей силы термопар при изменении разности температур спаев.
Основную часть любого жидкостного термометра составляет капиллярная трубка, с одной стороны запаянная, а с другой - оканчивающаяся резервуаром, наполненным жидкостью и имеющим шарообразную, цилиндрическую или коническую форму. При нагревании такой системы жидкость, имеющая больший коэффициент температурного
расширения, чем стекло, начинает заполнять капилляр. По степени заполнения капилляра жидкостью судят о температуре. Канал капиллярной трубки должен иметь постоянную площадь сечения, что обеспечивает определенную величину градуса по шкале термометра.
В качестве термометрических жидкостей для метеорологических термометров применяют ртуть и спирт.
Р т у т ь – точка плавления -38.87, точка кипения – 356,90, коэффициент расширения – 0.000181. Ртуть обладает рядом достоинств: малая теплоемкость, большая теплопроводность, сравнительно легкое получение химически чистой ртути, несмачиваемость стекла ртутью. Недостатком ртути является небольшой коэффициент расширения.
С п и р т – алкоголь этиловый, точка плавления - 117.30, точка кипения – 78.50, коэффициент расширения – 0.00110. Спиртовые термометры применяются для измерения низких температур, когда ртуть замерзает. Недостатком спиртовых термометров является неприменимость его при высоких температурах, кроме того спирт смачивает стекло и при быстрых понижениях температуры часть жидкости остается на стенках капилляра.
В зависимости от термометрической жидкости и назначения термометра объем внутри капилляра, оставшийся свободным от жидкости, оставляют пустым или заполняют под давлением газом (в ртутных – вакуум или под небольшим давлением – азот, в спиртовых – под большим давление – воздух).
Устройство метеорологических приборов является весьма простым. Чувствительность всех термометров составляет – 0.10.
Психрометрический (срочный) термометр – ртутный термометр со вставной шкалой из молочного стекла, резервуар – шарообразный, пространство над ртутью заполнено азотом. Пределы шкал: верхний - от +41 дл +50, нижний – от -31 до -350. Деления нанесены через 0.20. Коэффициент инерции в малоподвижном воздухе около 300 секунд. Т.к. термометр устанавливается вертикально в специальном штативе, для удобства на верхнем конце его защитной трубки при помощи сургуча укреплен металлический колпачок.
Дополнительный спиртовый термометр применяется на МС при измерениях температуры ниже -350. Он несколько длиннее психрометрического, резервуар – цилиндрической формы. Пределы шкалы: верхний от +11 до +21, нижний – от -71 до -810; цена деления – 0.20.
Термометр устанавливается вертикально в специальном гнезде штатива, радом со срочным термометром. Наблюдения по спиртовому термометру производят параллельно со ртутным при температуре воздуха ниже -200. Такие параллельные отсчеты нужны для того, чтобы определить т.н. дополнительную поправку для спиртового термометра, которая нужна для исключения погрешности в показаниях термометра от того, что спирт в капилляре термометра может испаряться и переходить в виде капель в верхнюю часть.
Максимальный термометр служит для определения наивысшей температуры, которая имела место за какой либо определенный промежуток времени.
Термометр имеет вставную шкалу молочного цвета, деления на которой нанесены через 0.50, точность отсчетов составляет 0.10, резервуар цилиндрический. Пределы шкалы: верхний от +50 до +70, нижний от -20 до -350. Рабочее положения термометра горизонтальное с небольшим наклоном в сторону резервуара. Т.к. капилляр термометра достаточно широк, то ртуть в термометре может отходить от резервуара, поэтому при отсчете рекомендуется слегка приподнимать конец термометра, противоположный резервуару.
Сохранение максимальных показаний в термометрах достигается специальным приспособлением: в дно резервуара термометра впаян один конец стеклянного штифта, другой конец которого входит в капилляр, оставляя в нем очень узкое кольцеобразное отверстие. Когда температура повышается, ртуть в резервуаре начинает расширяться. Т.к. силы, вызывающие расширение ртути велики, то ртуть, несмотря на большое трения в месте сужения будет протекать между стенками капилляра и стеклянным штифтом. При понижении температуры ртуть не пройдет назад в резервуар, т.к. при горизонтальном положении термометра и вакуумом в капилляре над ртутью единственной силой, стремящейся вернуть ртуть в резервуар, является сила сцепления ртути, но она недостаточна для преодоления силы трения при прохождении ртутью места сужения. Следовательно, столбик ртути, находящийся в капилляре до начала падения температуры, остается в нем и максимальное значение температуры сохраняется.
Для подготовки термометра к работе необходимо, взяв его за середину резервуаром вниз, несколько раз резко встряхнуть, чтобы перегнать ртуть в резервуар, после чего показания максимального термометра не должны отличаться от показания срочного более чем на 0.1-0.20.
Минимальный термометр спиртовой служит для определения минимальной температуры за данный промежуток времени. Он имеет
вставную шкалу молочного стекла с ценой деления 0.50, резервуар термометра цилиндрический.
Пределы шкалы: верхний от +20(+30) до +40, нижний от -50(-60) до -700. Капилляр на конце, противоположном резервуару, имеет расширение, внутри капилляра находится небольшой штифт из темного цветного стекла с утолщениями на концах в виде булавочных головок. Штифт может свободно перемещаться в капилляре внутри спирта.
При измерениях минимальный термометр устанавливается горизонтально. Перед измерениями термометр поднимают резервуаром вверх, чтобы штифт дошел до поверхности спирта в капилляре. Штифт легкий и не может прорвать поверхностную пленку спирта. При повышении окружающей температуры спирт, расширяясь, будет обтекать штифт, не сдвигая его с места. Сила трения головок штифта о стенки капилляра достаточна для удержания его на месте. При понижении температуры воздуха спирт, уменьшаясь в объеме, переходит в резервуар. При этом поверхностная пленка спирта будет перемещать штифт к резервуару, т.к. сила трения головок о стенки значительно меньше силы сопротивления поверхностной пленки на разрыв. При повышении температуры штифт останется на месте и укажет наименьшую температуру, которая наблюдалась между сроками наблюдений.
При измерениях отсчитывают не только температуру по штифту, но и температуру по положению спирта. Этот контрольный отсчет нужен для того, чтобы сравнить показания минимального и психрометрического ртутного термометров, т.к. спирт может частично испаряться, переходить в верхнюю часть капилляра и там оседать в виде мелких капель, тем самым уменьшая объем спирта в капилляре и занижая минимальную температуру. Такие сравнительные наблюдения дают возможность определить дополнительную поправку к минимальному термометру.
Термометр для определения температуры поверхности почвы ртутный со вставной шкалой молочного стекла, с ценой деления 0.50, резервуар – цилиндрический. Пределы измерений: верхний - + 60, 70, 85; нижний – - 10, 25 и 350.
Определение температуры и состояния поверхности почвы. Для наблюдений служат: срочный, минимальный и максимальный термометры, которые кладут на открытой, не затеняемой площадке размером 4х6 м, оголенной от растительности. Весной площадка перекапывается на глубину 25-30 см, выравнивается, разрыхляется, а в дальнейшем систематически пропалывается. В теплое время года термометры устанавливаются в центре площадки так, чтобы резервуар и внешняя оболочка их наполовину погружались в землю. Устанавливают термометры резервуарами к востоку на расстоянии 5-6 см друг от друга: первый с севера – срочный, затем – минимальный и максимальный. При наличии снежного покрова все три термометра таким же образом кладут на поверхность снега.
В ясные летние дни минимальный термометр убирают в тень после утреннего срока и устанавливают снова за 0.5 часа до вечернего срока, т.к.
после сильного нагревания, а потом охлаждения может произойти дистилляция спирта в верхнюю часть капилляра.
Наблюдения за состоянием поверхности почвы производятся визуально и определяется по двум таблицам: при полном отсутствии снежного покрова или наличии снега менее 1 балла и при образовании снежного покрова (1балл и более).
Контрольные вопросы
1. Как определяется температура тела?
2. Что такое реперные точки7
3. Виды шкал метеорологических термометров.
4. Формула для перевода температуры из одной шкалы в другую.
5. Что такое инерция и чувствительность термометра, от чего она зависит?
6. Виды термометров, термометрические жидкости.
7. Устройство термометров.
8. Когда применяется дополнительный спиртовой термометр?
9. Особенности максимального и минимального термометров, принцип действия.
Глоссарий
| На русском языке | На казахском языке | На английском языке |
| Термометр | Термометр | termometer |
| Прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды | ||
| Реперные точки | Репер нүкте | Repering point |
| Постоянные точки для градуировки термометров |
Темы СРС
Особенности наблюдений за температурой поверхности почвы при высоких температурах, в переходный сезоны года
и при наличии снежного покрова.. (Л1), стр.69-75, (Л2), стр.185-188
Темы СРСП
Наблюдения за состоянием подстилающей поверхности., (Л2), стр. 177-180.
Основная и дополнительная литература
1. М.С.Стернзат и А.А.Сапожников, Метеорологические приборы, наблюдения и их обработка, Гидрометиздат,
Ленинград, 1959 г.
2. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам, ч.1, Алматы, 2002 г.
Лекция № 5-6 Измерение температуры почвы и грунта на глубинах. Коленчатые термометры Савинова ТМ-5. Вытяжные почвенно-глубинные термометры
Термометр коленчатый (Савинова) служит для определения температуры почвы на различных глубинах. Термометр ртутный со вставной шкалой молочного цвета, цена деления шкалы 0.50, резервуар цилиндрический. Термометр немного выше резервуара изогнут под углом 1350, диапазон измерений от минус 10 до плюс 500.
Нижняя часть стеклянной защитной оболочки термометра от резервуара до начала шкалы сначала засыпается теплоизоляционным порошком, а над ним заполняется ватой, которая в нескольких местах разгораживается вклеенными перемычками. Это делается для лучшей теплоизоляции резервуара от верхней части термометра, которая находится в иных температурных условиях, чем резервуар.
Эти термометры выпускаются комплектом для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см.
Основным источником нагревания нижних слоев атмосферы является тепло, получаемое от деятельной поверхности. Днем деятельная поверхность нагревается и тепло передается от нее воздуху. Ночью путем излучения деятельная поверхность теряет тепло и становится холоднее воздуха. Воздух отдает тепло почве, т.е. сам охлаждается. Передача тепла от почвы прилегающим слоям воздуха происходит с помощью следующих процессов:
1. Молекулярная теплопроводность. Воздух обменивается теплом с деятельной поверхностью путем молекулярной теплопроводности.
2. Турбулентное перемешивание. Атмосферный воздух находится в постоянном неупорядоченном, хаотическом движении. Такое движение называется турбулентным перемешиванием или турбулентностью. Теплообмен между земной поверхностью и атмосферой путем турбулентного перемешивания происходит интенсивнее, чем теплообмен за счет молекулярной теплопроводности воздуха.
3. Тепловая конвекция. Тепловой конвекцией называется упорядоченный перенос отдельных объемов воздуха в вертикальном направлении. Теплые порции воздуха как более легкие поднимаются, освобождая место холодным, которые затем тоже нагреваются поднимаются вверх. В результате возникающих восходящих и нисходящих потоков происходит обмен тепла между нижними и верхними слоями тропосферы.
4. Радиационная теплопроводность. В передаче тепла от почвы к атмосфере играет роль излучение деятельной поверхностью длинноволновой радиации, которое поглощается нижними слоями атмосферы.
5. Испарение влаги с деятельной поверхности и последующая конденсация (сублимация) водяного пара в атмосфере. При конденсации (сублимации) выделяется теплота, которая идет на нагревание окружающего воздуха.
Из пяти перечисленных процессов обмена теплом между деятельной
Поверхностью и атмосферой значительная роль принадлежит турбулентному
перемешиванию и тепловой конвекции.
Температура в определенном месте может изменяться в результате перемещения воздуха в горизонтальном направлении, т.е. адвекции. Адвекция тепла (или холода)является важным фактором местного изменения температуры не только в тропосфере, но и в стратосфере.
Измерение температуры почвы на глубинах по коленчатым термометрам (Савинова) производят на той же оголенной от растительности площадке, что и для определения температуры поверхности почвы. Установка коленчатых термометров производится в середине участка после схода снежного покрова на 20 см к западу от напочвенных термометров. Выступающие из земли части термометров должны располагаться в ряд по нарастающим глубинам в направлении с востока на запад, причем резервуары их обращены на север. Расстояние между термометрами должно быть около 10 см.
При установки термометра в почве делается выемка длиной 40, а шириной 25-30 см с одной вертикальной стенкой на севере. Выемка направляется с отклонением от линии восток-запад к северу примерно на 300. Вдоль выемки кладут прямую рейку, отмечают от нижней ее поверхности глубину, на которой должен быть установлен термометр, и делают в отвесной стенке горизонтальное углубление самим резервуаром термометра, который вдвигается в почву до самого изгиба. При этом требуется, чтобы почва плотно прилегала к резервуару термометра. Когда термометр вставлен, выемку около него засыпают землей. После установки всех термометров выемку засыпают землей вровень с поверхностью всего участка. Для большей устойчивости термометров можно сделать деревянные рогатки из двух реек, которыми можно подпереть выступающую из земли часть термометров.
Осенью при наступлении температуры ниже 00 на глубине 5 см коленчатые термометры убирают, т.к. при замерзании поверхности почвы термометры могут разбиться.
Глубинно-вытяжные термометры.
Вытяжной почвенно-глубинный термометр служит для определения температуры почвы на глубинах 20, 40, 80, 120, 160, 240 и 320 см, представляет собой стеклянный ртутный термометр с цилиндрическим резервуаром и стеклянной шкалой. Диапазон измерения: верхний - +30-+40, нижний - -5 -200.
Для измерения температуры почвы на глубине термометр помещается в специальную оправу с металлическим наконечником. Для улучшения теплового обмена и увеличения температурной инерции пространство между резервуаром термометра и стенками металлического наконечника заполняется медными или латунными опилками. Отверстие в металлическом наконечнике,
через которое насыпаются опилки, заливается мастикой. Оправа имеет специальную продольную прорезь для штифта, с помощью которого она прикрепляется к концу деревянного стержня так, что может перемещаться вдоль стержня на 0.5-08 см. При этом оправа не должна раскачиваться относительно оси стержня. Жесткое крепление оправы к стержню запрещается.
На другом конце стержня закреплен металлический колпачок с кольцом. Внутри колпачка имеется фетровая или войлочная кольцевая прокладка. Для уменьшения обмена воздуха внутри трубы на стержне также укрепляются плотные фетровые или войлочные кольца. Стержень с термометром вставляется в эбонитовую трубу с медным или латунным наконечником. Через наконечник и металлические опилки осуществляется тепловой контакт между резервуаром термометра и почвой. Большая масса наконечника и опилок обеспечивает постоянство температуры при снятии показаний.
В правильно собранном виде термометр должен касаться нижнего края трубы, а верхний колпачок должен плотно ложиться на верхний срез трубы, и стержень должен ходить в трубе с некоторым трением.
Измерение температуры по глубинно-вытяжным термометрам. Установка вытяжных термометров производится на открытом не затеняемом месте с естественным покровом. Трубы располагаются в один ряд на расстоянии 50 см друг от друга по возрастающей глубине в направлении с востока на запад. Установка труб в почве производится с помощью бура в вертикальных скважинах соответствующей глубины. Часть трубы, выдающуюся над почвой укрепляют с помощью проволочных оттяжек и окрашивают в белый цвет.
Чтобы при наблюдениях по вытяжным термометрам не нарушать состояние поверхности почвы, делается специальный откидной помост, с которого производятся отсчеты по термометрам. Помост располагается с северной стороны на расстоянии 30 см и на одном уровне или чуть ниже верхних концов труб вытяжных термометров, опускается во время производства наблюдений, затем откидывается и устанавливается вертикально.
Изменение температур почвы на глубинах зависит от: широты места, времени года, теплоемкости и теплопроводности почвы, цвета почвы, растительного и снежного покрова, экспозиции склонов, облачности.
Суточный ход температуры почвы представляет собой периодические колебания с одним максимумом и одним минимумом. Минимум наблюдается перед восходом Солнца, когда радиационный баланс отрицателен, а нерадиационный обмен теплом между поверхностью и прилегающими к ней слоями почвы и воздуха незначителен.
С восходом Солнца, по мере увеличения радиационного баланса, температура поверхности почвы растет и достигает максимума около 13-14 часов.
Годовой ход температуры поверхности почвы связан с приходом и расходом тепла и определяется радиационными факторами. Годовой ход
можно проследить по среднемесячным значениям температуры почвы. В северном полушарии максимальные значения наблюдаются в июле-августе, а минимальные – в январе-феврале.
На амплитуду годового хода температуры почвы влияет широта места, а
также летом – растительный, зимой – снежный покров. С увеличением широты места амплитуда увеличивается, достигая наибольших значений в полярных районах.
Обработка и запись в КМ-3.
Показания записать в книжку КМ-3 в графе «Отсчет», вводят поправки из поверочного свидетельства. Исправленное значение записать в соответствующую графу.
Заморозки- это понижении температуры ниже нуля градусов при положительных среднесуточных температурах.
Заморозки бывают:
- радиационные, возникающие в результате радиационного охлаждения почвы и прилегающих слоев атмосферы;
- адвективные, образующиеся в результате адвекции воздуха, имеющего температуру ниже 00С.
- адвективно-радиационные заморозки, связанные с вторжением холодного сухого воздуха, иногда имеющего положительную температуру.
Контрольные вопросы.
1. На каких глубинах устанавливаются коленчатые термометры?
2. Особенности устройства глубинно-вытяжных термометров и термометров Савинова.
3. На каких глубинах устанавливаются глубинно-вытяжные термометры?
4. В какие сроки проводятся наблюдения по коленчатым термометрам?
5. Как проверить правильность установки коленчатых и глубинно-вытяжных термометров?
6. Правила установки почвенных и глубинно-вытяжных термометров.
Глоссарий
| На русском языке | На казахском языке | На английском языке |
| Адвекция | Адвекция | Advency |
| Перемещение масс воздуха по горизонтали | ||
| Заморозки | Ycik | Light frosts |
| Понижение температуры ниже 00С при положительных среднесуточных температурах |
Темы СРС
Дистанционная установка для измерения температуры почвы, принцип действия.. (Л1), стр.65-70, (Л2).
Темы СРСП
Запись и обработка результатов измерений по коленчатым термометрам., (Л3).
Основная и дополнительная литература
1. М.С.Стернзат и А.А.Сапожников, Метеорологические приборы, наблюдения и их обработка, Гидрометиздат,
Ленинград, 1959 г.
2. Фатеев Н.П. Поверка метеорологических приборов. Л. Гидрометиздат, 1975гю
3. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам, ч.1, Алматы, 2002 г.
Лекция № 7-8 Измерение температуры воздуха. Будка психрометрическая. Назначение, устройство, установка. Термометры жидкостные
Температура воздуха является одной из основных термодинамических
характеристик его состояния.
Суточный ход температуры воздуха определяется ходом температуры деятельной поверхности. Нагревание и охлаждение воздуха зависят от термического режима почвы. минимальная температура воздуха наблюдается перед восходом Солнца, а максимальная – через 2-3 часа после полудня. Амплитуда суточного хода температуры воздуха зависит от следующих факторов:
1. Широта места.
2. Время года.
3. Характер деятельной поверхности.
4. Облачность.
5. Рельеф местности.
6. Высота над уровнем моря.
Годовой ход температуры воздуха определяется годовым ходом температуры деятельной поверхности. Максимальная среднемесячная температура воздуха наблюдается в июле, а минимальная – в январе.
На амплитуду годового хода температуры воздуха влияет широта МС и ее высота над уровнем моря. С увеличением высоты амплитуда уменьшается. На годовой ход температуры воздуха оказывают большое влияние погодные условия: туман, дождь,облачность.
По величине амплитуде и по времени наступления экстремальных температур выделяют 4 вида годового хода температуры воздуха:
1. Экваториальный тип.
2. Тропический тип.
3. Тип умеренного пояса.
4. Полярный тип.
Порядок измерения
Земная поверхность, нагретая Солнцем, сама излучает тепло в атмосферу и мировое пространство. Средняя годовая температура
деятельной поверхности составляет примерно +150С.
При измерении температуры воздуха в естественных условиях возникают трудности из-за большой изменчивости самого элемента, а также из-за того, что термометр должен устанавливаться в какой-либо защите, предохраняющей ее от действия радиации, но не мешающей теплообмену с воздухом.
Психрометрическая будка. На МС для измерения температуры воздуха приме-няется деревянная жалюзийная будка. Все четыре стенки сделаны из двойных жалюзи, которые защищают термометры от попадания на них прямой солнечной радиации и дают свободный доступ воздуха. Потолок будки сплошной, дно состоит из трех досок. Причем средняя из них сделана выше других и перекрывает зазор между ними. Одна стенка служит дверцей. Над потолком укреплена крыша, имеющая небольшой скат. Внутри будки укреплен железный штатив, на котором устанавливаются двапсихрометрических термометра: «сухой» - слева и «смоченный» - справа. Между ними при помощи винтов закрепляется волосной гигрометр. В нижней части кронштейна на особых лапках лежат максимальный и минимальный термометры.
На нижней перекладине штатива укреплено кольцо, куда вставляется стаканчик с водой. Для уменьшения нагревания вся будка должна быть покрашена белой краской.
Будка устанавливается на деревянных или металлических стойках, для большей устойчивости имеющих вид усеченной пирамиды. Будка устанавливается так, чтобы резервуары термометров были на высоте 2 м над поверхностью почвы.
Будка должна стоять открыто, не затеняться и не иметь близко высоких предметов, ориентирована дверцей на север, чтобы при наблюдениях защищать термометры от прямой солнечной радиации. Около будки устанавливается лесенка, которая не должна упираться в подставку будки. Для измерений температуры в ночное время на потолке будки близко к дверце устанавливается низковольтная э/лампочка.
При производстве наблюдений показания всех термометров записываются в книжку КМ-1, далее вводятся поправки из поверочных свидетельств, имеющихся для каждого термометра.
Теплообмен между термометром и средой
Инерционность термометров. Термометр, помещенный в какую-либо
среду для измерения ее температуры, принимает температуру среды не мгновенно. Время, необходимое для этого, будет зависеть от интенсивности теплообмена между средой и термометром. Один и тот же термометр при прочих равных условиях быстрее примет температуру движущегося относительно него воздуха, чем неподвижного, и температуру воды, чем воздуха. Количество тепла, которое за каждый отрезок времени термометр получает от среды, будет пропорционально этомк отрезку времени, разности
температуры термометра и среды, а также будет зависеть от размеров поверхности термометра, через которую осуществляется теплообмен со средой.
При теплообмене изменение температуры термометра тем больше, чем меньше масса термометра и удельная теплоемкость вещества термометра.
Коэффициент инерции термометра определяется как время, за которое первоначальная разность температуры термометра и среды уменьшается. Зная от каких величин зависит коэффициент инерции, можно заранее задать его значение, выбирая массу термометра, изготовляя его с соответствующей поверхностью резервуара, и получить термометр необходимой инерционности. Но не всегда нужно пользоваться малоинрерционными термометрами. При измерениях средних значений температуры используют термометр с большим коэффициентом инерции, чтобы термометр не давал заметных отклонений показаний при кратковременных отклонениях температуры.
Зависимость температуры от скорости аспирации. Коэффициент инерции термометра для жидкой и газообразной среды зависит от скорости перемещения среды относительно термометра и обратно пропорционален квадратному корню из скорости движения воздуха относительно термометра. Следовательно, чем больше скорость перемещения среды относительно термометра, тем меньше его инерция.
Чувствительность термометра. Увеличение чувствительности термометра достигается увеличением резервуара термометра, уменьшением площади сечения капилляра, а также применением жидкости с большим, а стекла с малыми коэффициентами расширения. Следует учитывать, что чрезмерное сужение капилляра увеличивает трение при перемещении жидкости в нем; увеличение резервуара приводит к увеличению инерционности термометра; значительное увеличение чувствительности термометра требует увеличение его длины, которую нельзя увеличивать чрезмерно.
Жидкостные термометры.
Основную часть любого жидкостного термометра составляет капиллярная трубка, с одной стороны запаянная, а с другой оканчивающаяся
шарообразным, цилиндрическим или коническим резервуаром, наполненным жидкостью. При нагревании такой системы жидкость, имеющая больший коэффициент объемного расширения, чем стекло, начинает заполнять капилляр. Канал капиллярной трубки должен иметь постоянную площадь сечения, что обеспечивает определенную величину градуса на шкале термометра.
Термометрическое стекло. Сорт стекла, из которого сделан термометр, имеет большое значение. Наиболее широко для изготовления метеорологических термометров применяется термометрическое стекло, коэффициент термического расширения которого равен 0.0000253. Коэффициент кажущегося расширения ртути в оболочке из термометрического стекла равен 0.000156.
Термометрические жидкости. Для метеорологических термометров применяются ртуть и спирт, которые имеют следующие свойства.
Р т у т ь – точка плавления -38.870С, точка кипения 356.90С, коэффициент расширения при 180 – 0.000181.
С п и р т – алкоголь этиловый, точка плавления 117.30С, точка кипения 78.50С, коэффициент расширения при 180С – 0.00110.
Ртуть имеет малую теплоемкость, большую теплопроводность, несмачиваемость стекла ртутью, сравнительно легко получить ртуть в химически чистом виде – достоинства, позволяющие изготовлять ртутные термометры высокой точности. Недостатком ртути является сравнительно небольшой коэффициент расширения (меньший, чем у спирта) и непригодность для всех интервалов температур, встречающихся при метеорологических измерениях.
Спирт, имея сравнительно низкую температуру кипения, не пригоден для измерения высоких температур. Кроме того спирт смачивает стекло. Это влияет на точность измерений, т.к. при резком понижении температуры часть спирта остается на стенках капилляра.
В зависимости от термометрической жидкости и назначения термометра объем внутри капилляра, свободный от жидкости, оставляют пустым или заполняют под тем или иным давлением газом: в ртутных термометрах пространство над жидкостью оставляют под вакуумом или заполняют под небольшим давлением азотом, спиртовые – заполняются воздухом под значительным давлением.
Контрольные вопросы
1. Где устанавливаются термометры для определения температуры воздуха?
2. Устройство писхрометрической будки.
3. Какие требования применяются к установке будки?
4. Какие термометры и в каком порядке устанавливаются в будке?
5. Какими свойствами обладают термометры?
6. Устройство жидкостных термометров.
Глоссарий.
| На русском языке | На казахском языке | На английском языке |
| Температура | Температура | temperatyre |
| Степень нагретости тела | ||
| Будка психромет- ричекая | Психрометралык будкасы | Psichrometer box |
| Будка защитная жалюзийная для установки измерительных приборов |
Темы СРС
Дистанционная установка для измерения температуры почвы, принцип действия.. (Л1), стр.65-70, (Л2).
Темы СРСП
Запись и обработка результатов измерений по коленчатым термометрам., (Л3).
Основная и дополнительная литература
1. М.С.Стернзат и А.А.Сапожников, Метеорологические приборы, наблюдения и их обработка, Гидрометиздат, Ленинград, 1959 г.
2. Фатеев Н.П. Поверка метеорологических приборов. Л. Гидрометиздат, 1975гю
3. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам, ч.1, Алматы, 2002 г.
Лекция № 9 Инструментальные поправки к термометрам
Для получения поправок к термометрам с достаточной точностью необходимо соблюдать следующие правила:
-перед определением поправок выдержать термометры не менее трех дней при температуре около 200 С для снятия депрессии:
-спиртовые термометры за 5 – 7 дней до определения поправок установить в вертикальное положение и сохранять в этом положении во время поверки шкалы, чтобы спирт не растекался по стенкам капилляра:
-чтобы обеспечить постоянство высоты мениска, отсчеты на всех поверяемых точках, кроме нулевой, вести при медленном повышении температуры жидкости в термостате:
-отсчеты снимать по касательной к вершине мениска: при выпуклом мениске – к верхней точке, при вогнутом – к нижней точке:
-при отсчетах глаза располагать так, чтобы штрихи шкалы, около которых виден мениск жидкости, представлялись прямыми линиями без изгибов в средней части вверх или вниз:
-отсчеты производить через лупу всегда одновременно двумя глазами с точностью до сотых долей градуса для термометров с ценой деления шкалы 0,20 с точностью до 0,050 для термометров с ценой деления шкалы 0.50 и с точностью до 0.10 для термометров с ценой деления шкалы 10.
При обработке данных поверки вычисляют поправки к показаниям ермометров на каждой поверяемой точке.
Для минимальных и спиртовы