Дополнительные материалы к занятию 5

Дляизмерения температуры используются следующие типы термометров: жидкостные, деформационные и электрические.

Жидкостные термометры. В качестве термометрической жидкости применяют ртуть или спирт со следующими свойствами. Ртуть (Hg) – температура замерзания -38,9°С; температура кипения +356,9°С. Спирт этиловый – температура замерзания -117,3°С; температура кипения +78,5°С. В зависимости от устройства шкалы термометры делятся на два вида: со вставной шкалой и палочные. В палочных термометрах шкала наносится на внешней стороне толстостенного капилляра. Отсчеты по всем метеорологическим термометрам проводятся с точностью до 0,1^оС. Каждый термометр после изготовления сравнивается с термометром – эталоном. В результате поверки определяют инструментальные поправки, которые помещают в поверочных свидетельствах (сертификатах). В сертификатах указывается и поверочный порядковый номер, который проставляют также на самом приборе.

Для измерения температуры поверхности почвы применяют срочный, максимальный и минимальный термометры.

Термометры для измерения температуры почвы. Срочный напочвенный термометр – ртутный. Наблюдения сводятся к отсчету показаний в срочные часы. Максимальный термометр служит для измерения наивысшей температуры за время между срочными наблюдениями. Термометр ртутный с пределами шкалы от -36° до +51°С или от -21° до +71°С. В дно резервуара максимального термометра впаян стеклянный конический стержень, который узким верхним концом входит в капилляр. Поэтому в начале капилляра образуется сужение, препятствующее свободному передвижению ртути из капилляра в резервуар. Когда температура повышается, ртуть под действием теплового расширения проталкивается через сужение из резервуара в капилляр. При понижении температуры ртуть из капилляра обратно не проходит, так как силы сцепления между частицами ртути не в состоянии преодолеть силы трения в суженной части термометра, и в этом месте происходит разрыв ртути. Оставшийся в капилляре столбик ртути будет указывать максимальную температуру за определенный промежуток времени. Для того, чтобы ртуть ушла обратно в резервуар, термометр встряхивают несколько раз сильными движениями руки. Максимальный термометр устанавливают в горизонтальном положении. Во время наблюдений термометр слегка поднимают за конец, удаленный от резервуара, чтобы ртуть в капилляре подошла к сужению, и делают отсчет. Сделав отсчет, термометр встряхивают, пока столбик ртути не займет положение, соответствующее температуре по срочному термометру. Этим самым подготавливают термометр к следующему наблюдению.

Минимальный термометр служит для измерения самой низкой температуры между сроками наблюдений. В капилляре минимального термометра внутри спирта помещен небольшой тонкий стеклянный штифтик фиолетового цвета с утолщенными тупыми концами. При вертикальном положении (резервуаром вверх) штифтик свободно перемещается внутри спирта до пленки поверхностного натяжения. В горизонтальном положении штифт двигается в обратную сторону, к резервуару, под давлением этой пленки. Такое происходит только при понижении температуры. Если же температура начнет повышаться, то мениск отойдет от штифта в сторону более высоких температур, а штифтик останется на уровне минимальной температуры. Во время наблюдений, не трогая руками термометр, отсчитывают минимальную температуру по концу штифта, удаленному от резервуара, и срочную температуру по положению мениска спирта. После отсчета термометр переворачивают резервуаром вверх и ждут, пока штифтик дойдет до мениска спирта. Встряхивать термометр при этом нельзя во избежание порчи! Затем термометр вновь устанавливают в горизонтальном положении с небольшим наклоном в сторону резервуара, после чего он подготовлен к следующему наблюдению.

Почвенные термометры Савинова (рис. 12) служат для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см. Ртутные термометры. Резервуар с остальной частьютермометра составляет угол 135°. От резервуара до начала шкалы термометр имеет термоизоляцию из золы и ваты, которая необходима для того, чтобы температура вышележащих слоев почвы не влияла на показания термометра. Для установки термометров сначала выкапывают узкую и неглубокую траншею в направлении с востока на запад. Землю вынимают пластами. Северную стенку траншеи делают отвесной. После того как траншея готова, в отвесную стенку на нужной глубине горизонтально вдавливают резервуары термометров. Затем траншею засыпают землей, сохраняя последовательность вынутых пластов земли с постепенной трамбовкой. Наблюдения по термометрам Савинова производятся только в теплое время года. При наступлении заморозков термометры убирают. Отсчеты по термометрам производятся последовательно, начиная с термометра, установленного на глубине 5 см.

Вытяжные термометры используют для измерения температуры на больших глубинах (0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,2; 1,6;2,4 и 3,2 м). Термометр заключен в металлическую или пластмассовую оправу с прорезом для шкалы. В нижней части оправы имеется небольшое отверстие, через которое резервуар термометра засыпают медными опилками, после чего отверстие заливают парафином. Этим добиваются увеличения тепловой инерции термометра, необходимой для сохранения температуры при производстве отсчетов, а также для создания непрерывной, хорошо проводящей среды между резервуаром термометра и почвой. Оправа вместе с термометром прикрепляется к деревянной палке, в противоположном конце палки привинчен колпачок с кольцом. Эбонитовая трубка с металлической гильзой на конце плотно вставляется на нужную глубину при помощи специального бура; после этого в нее осторожно опускают термометр. Колпачок на верхнем конце палки служит крышкой, предохраняющей от попадания атмосферных осадков и грязи внутрь трубки.

Вытяжные термометры устанавливают обычно на открытом месте с естественным почвенным покровом (летом – трава, зимой – снег). Термометры располагают в один ряд с востока на запад. Верхние концы трубок должны выступать над поверхностью земли на высоту, превышающую среднюю высоту снежного покрова в данном пункте. Для сохранения естественного покрова около термометров с северной стороны делается специальный откидной помост, с которого и производятся отсчеты. Во время наблюдений термометр осторожно вынимают из эбонитовой трубки за кольцо и отсчитывают температуру. После наблюдений термометр опускают в трубу.

Термометры для измерения температуры воздуха. На метеостанциях t воздуха измеряют по сухому термометру станционного психрометра, установленного в психрометрической будке. Для измерения температуры воздуха в полевых условиях применяют сухой термометр аспирационного психрометра и термометр-пращ. Термометр аспирационного психрометра от психрометрического станционного отличается меньшими размерами и формой резервуара. Этот термометр является частью аспирационного психрометра, применяющегося для измерения температуры и влажности воздуха в полевых условиях. Термометр-пращ представляет собой толстостенную трубку с узким капилляром и резервуаром, выдутым из этой же трубки. Шкала нанесена на передней внешней стороне. Для удобства и быстроты отсчета противоположная стенка термометра покрыта молочным стеклом. На верхнем конце термометра имеется шарик, к которому привязывают шнур. При измерениях термометр вращают за шнур в горизонтальной плоскости на высоте вытянутой руки. Для того чтобы термометр принял температуру воздуха, рекомендуется вращать его 2-3 мин. Затем шнур наматывают на указательный палец и быстро делают отсчет. Для измерения максимальной и минимальной температуры воздуха применяются такие же термометры, как и для определения максимальной и минимальной температуры поверхности почвы. Устанавливаются термометры в психрометрической будке на штативе.

Термограф М-16А.Предназначен для одновременного измерения и регистрации на диаграммном бланке температуры воздуха в наземных условиях. Прибор состоит из чувствительного элемента (биметаллической пластинки), передаточной системы, регистрирующей части и корпуса. Принцип действия прибора основан на свойстве биметаллической пластинки изменять радиус изгиба с изменением температуры воздуха. Деформация пластинки с помощью передаточного механизма преобразуется в перемещение стрелки с пером по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма. Вращение барабана осуществляется часовым механизмом. Прибор имеет приспособление, с помощью которого на диаграммной ленте пером стрелки можно делать отметки времени записи, не открывая корпуса прибора. Начальная установка пера стрелки на требуемое деление диаграммной ленты осуществляется вращением установочного винта, с помощью которого перо стрелки может перемещаться по всей высоте барабана часового механизма. В зависимости от продолжительности одного оборота барабана часового механизма термографы изготавливаются двух типов: суточные М-16АС и недельные М-16АН. Абсолютная погрешность регистрации температуры, °С – ±1.