Термометри метеорологічні

У минулій статті Ви познайомилися з роботою метеорологічних станцій. Далі мова піде про засоби, за допомогою яких ведуться спостереження за погодою.

У цьому параграфі ми розглянемо один з основних приладів, який використовується на всіх типах метеостанцій і метеопостів. Крім того, цей прилад є в кожному будинку. Як Ви вже, напевно, здогадалися, мова піде про термометрах.

На сьогоднішній день існує безліч різновидів термометрів. Вони розрізняються за механізмом і діапазону вимірювання температури, будовою, робочих рідин, областям застосування та ін. Але, мабуть, найпоширенішими є рідинні термометри. Вони вимірюють температуру, як повітря, так і грунту (снігу). Крім того, за допомогою них вимірюють вологість повітря і його характеристики (парціальний тиск водяної пари, дефіцит насичення, температуру точки роси). Але про все по порядку.

Перший прилад, що віддалено нагадує термометр, був винайдений Галілеєм в 1597 році і носив назву термоскоп. Однак за допомогою нього можна було судити тільки про ступінь нагретости тел, але не вимірювати температуру кількісно. Це стало можливо лише в 1657, коли флорентійські вчені модернізували прилад Галілея, додавши в нього шкалу і резервуар з рідиною. У ті часи в якості рідин використовували різні речовини: від простої води до різних видів алкоголю.

Принцип роботи термометра заснований на властивості рідини змінювати свій об'єм під вплив нагрівання або охолодження. В сучасних термометрах основними робочими рідинами є спирт і ртуть. Через різних властивостей, їх використовують в різних діапазонах температур. Так, спиртові термометри краще працюють при низьких температурах, а ртутні - при високих.

Всі термометри мають невелику затримку (інерцію). Інакше кажучи, якщо моментально знизити або підвищити температуру повітря на декілька градусів, то термометр не відразу покаже цю зміну. Це як з температурою вашого тіла: коли ви вимірюєте її, ви змушені чекати кілька хвилин для отримання результату.

Для вимірювання температури повітря на метеостанціях і постах застосовується метеорологічний психрометрический термометр. що має маркування ТМ-4. Його конструкція порівняно проста: в захисній скляній оболонці знаходяться резервуар з ртуттю, з якого виводиться капіляр, прикріплений до шкали. Як правило шкали мають ціну поділки дорівнює 0,2 ° С. Відмінною особливістю ТМ 4 є резервуар кулястої форми. Верхня межа вимірюваної температури коливається від + 41 ° С до + 50 ° С, а нижній - від -31 ° С до -35 ° С.

Термометр ТМ-4 психрометрический

Термометр ТМ-4 не дарма має надбавку «психрометрический». З його допомогою можна вимірювати вологість повітря. Як же це зробити? - Все просто. Необхідно взяти два однакових термометра ТМ-4 (це потрібно для більш точних вимірювань): один з них обернути батистом (спеціальною тканиною), який перед вимірами буде смачиваться дистильованою водою. Таким чином, отримуємо так звані сухий і змочений термометри, які називаються психрометричні парою або станційним психрометром.

Принцип дії психрометра заснований на вимірюванні рівноважної температури змоченого термометра. Тобто такої температури, при якій тепло, що витрачається на випаровування води з поверхні резервуара змоченого термометра одно притоку тепла до резервуару з повітря і по тілу термометра. Для кожного значення вологості вона своя.

Саме значення вологості і її характеристики можна обчислювати за формулами, або скористатися готовими результатами розрахунку, використовуючи свідчення сухого і змоченого термометрів. Вони все зведені до збірки, званий «Психрометричний таблиці».

Фрагмент психрометричні таблиці

Мінімальний термометр ТМ-2

Призначений для вимірювання мінімальної температури повітря і грунту між термінами спостережень. Діапазон вимірюваних температур знаходиться в межах від -70 до + 40 ° С.

Мінімальний термометр ТМ-2

Це спиртової термометр, в капілярі якого в стовпчику спирту знаходиться скляний штифт з головками на кінцях. Відповідно до положення штифта і визначається мінімальна температура між термінами. Мінімальний термометр ТМ-2 при вимірюванні встановлюється горизонтально, а кінець штифта (головка) підводиться до краю спирту в капілярі. При справному стані термометра штифт не повинен виходити зі спирту. При зниженні температури стовпчик коротшає, поверхнева плівка спирту приходить в зіткнення з головкою штифта і захоплює його в сторону зменшення показань. Коли ж внаслідок підвищення температури стовпчик спирту подовжується, штифт залишається на місці. Отже, при горизонтальному положенні термометра той кінець штифта, який знаходиться ближче до поверхні стовпчика спирту, показує найнижчу температуру з часу останньої установки штифта.

Максимальний термометр ТМ-1

Вимірює максимальну температуру від -35 до + 70 ° С між термінами. Здатність вимірювати максимальну температуру обумовлена особливістю будови резервуара термометра. У його дно упаяний вузький конічний скляний штифт. Кінець штифта входить в початок капіляра, звужуючи його поперечне перетині, що ускладнює в цьому місці вільний прохід ртуті при зміні температури.

Максимальний термометр ТМ-1

При підвищенні температури ртуть витісняється в капіляр з достатнім для подолання цього звуження зусиллям. При зниженні ж температури сил внутрішнього зчеплення ртуті недостатньо для подолання підвищеного тертя в місці звуження отвору капіляра, ртутний стовпчик миттєво розривається на дві частини - одна швидко йде в резервуар, а друга частина залишається в капілярі, заповнюючи його від ділення, при якому почалося зниження температури , до місця обриву. Таким чином, максимальний термометр фіксує найбільше значення температури між термінами спостережень. Для того щоб відірвався стовпчик ртуті з'єднати з тією частиною, яка знаходиться в резервуарі, термометр слід енергійно струснути, тримаючи його в руці резервуаром вниз.

Градусник, який ми всі знаємо і використовуємо для вимірювання температури тіла, також є максимальним. Для вимірювання температури тіла ми спочатку встряхиваем його і тільки потім застосовуємо.

Вимірювання температури грунту

Для агрометеорології важливо знати не тільки температуру на поверхні грунту, а й на глибині. Одним із засобів, для вимірювання «глибинної температури» є колінчаті термометри Савінова. Вони являють собою комплект з чотирьох скляних ртутних термометрів з циліндричними резервуарами, кінці яких округлені. Від усіх термометрів їх відрізняє наявність вигину, що розташовується на відстані від резервуара на 2 - 3 см. Величина вигину дорівнює 135 °. Це дозволяє встановлювати термометри в грунті так, щоб резервуар і частина термометра до вигину знаходилися в горизонтальному положенні під шаром грунту, а частина термометра зі шкалою розташовувалася над грунтом. Кожен термометр має шкалу тільки в тій частині термометра, яка розташовується над грунтом і доступна для відліків. Нижче шкали оболонка термометра заповнена ватою і сургучними прошарками. Даними термометрами вимірюється температура грунту на глибині 5, 10, 15 і 20 см.

Колінчаті термометри Савінова

Мабуть, самим громіздким засобом вимірювання температури є витяжні грунтово-глибинні термометри. Вони вимірюють температуру ґрунту на глибинах 0.2, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.4 і 3.2 м.

Сам по собі термометр практично ні чим не відрізняється від звичайних: скляний ртутний термометр з циліндричним резервуаром і скляною шкалою. Він міститься в спеціальну оправу з металевим наконечником. Для кращого теплового контакту простір між резервуаром термометра і стінками металевого наконечника заповнюється мідними або латунними тирсою.

Більшу частину установки займає дерев'яний стрижень, до якого кріпиться термометр в оправі. З протилежного боку стрижня закріплений металевий ковпачок з кільцем. Усередині ковпачка є фетровий (або повстяна) кільцева прокладка. Для зменшення обміну повітря всередині труби на стрижні також зміцнюються щільні фетрові (повстяні) кільця.

Щоб було можливо вимірювати температуру, попередньо вкопують ебонітову або вініфлексовую трубу на потрібну глибину. Потім вставляють в неї стрижень з термометром. Наконечник оправи стосується нижнього кінця труби, а ковпачок, щільно закриває верхній зріз труби. В загальному не змінився спостерігач витягає термометр з труби і знімає показання. Звідси і назва: витяжні термометри.