Измерение температуры воздуха термометрами (электронные, ртутные, спиртовые)

Метеорологи в своей профессиональной деятельности для построения карты температуры воздуха России и в мире используют ртутные, спиртовые или электронные термометры для измерения температуры воздуха.

Пределы измерений приборов составляют:

• для ртутных -39 — +750 С;
• для электронных: -50 — +100 С;
• для спиртовых: -70 — +120 С.

К каждому точному термометрическому оборудованию должен быть приложен его паспорт, в котором указаны поправки, какие нужно вносить в наблюдаемые отсчеты.

Проверка вышеописанных устройств (это касается не только термометров для измерения температуры воздуха (электронных, спиртовых и т.д.), но и других метеорологических приборов) производится в России в одном из 86 Центров стандартизации и метрологии. Эталоном служит водородный газовый термометр.

 

Шкала термометра: Реомюра, Цельсия и Фаренгейта

Как известно, существуют разные виды термометрических приборов в зависимости от используемых в них шкалах температуры:

• шкала Реомюра (R) разделена на 80 градусов (0 — точка замерзания воды, 80 — точка кипения воды);
• шкала Цельсия (С) разделена на 100 градусов (0 — точка замерзания воды, 100 — точка кипения воды);
• шкала Фаренгейта (F) разделена на 212 градусов (32 — точка замерзания воды, 212 — точка кипения воды).

Для перевода градусов одной шкалы в градусы другой пользуются следующими формулами:

Температурам выше нуля придают значение положительных величин, а ниже — отрицательных.

Абсолютная шкала температур Кельвина обозначается буквой К:

 

Виды термометров

Необходимо помнить, что термометр тогда лишь показывает истинную температуру воздуха, когда на него не действует радиация солнца, небесного свода или какого-либо иного источника. Ввиду этого для получения точных значений следует пользоваться прибором, шарик которого защищен от влияния радиации. В качестве примера можно назвать сухой термометр аспирационного психрометра, а также электронный термометр для измерения температуры воздуха, так как в нем отсутствуют элементы, на которые может повлиять радиация (но он может быть чувствителен к электромагнитным излучениям). Для этой же цели служит и парный термометр, устройство и принцип работы которого мы рассмотрим ниже.

Опуская описание обыкновенного ртутного прибора, известного из школьных курсов физики, переходим к описанию максимальных и минимальных термометров, применяемых для определения температурных максимумов и минимумов за определенный период наблюдения и используемых, в частности, для построения карты температуры воздуха России и в мире. Кроме этого, ниже мы рассмотрим принцип работы термографа, а также парного и электронного термометра для измерения температуры воздуха.

 

Максимальные термометры

Максимальные термометры (рисунок выше «A») изготовляются разными способами и их существует два основных вида:

1. В некоторых из них со дна резервуара прибора поднимается стеклянный стерженек, конец которого настолько узкий, что способен без особых трудностей входить в капиллярную трубку прибора; ртуть при повышении температуры воздуха может подниматься по незаполненному пространству между стерженьком и капилляром; при снижении температуры ртуть не может опускаться назад в резервуар, в виду сопротивления, возникающего в силу трения ртути о стенку капиллярной трубки и стерженька. Благодаря этому ртуть остается в трубке на прежней высоте, показывая максимальную температуру. Энергичными встряхиваниями удается перевести ртуть из трубки в резервуар.
2. В других максимальных термометрах в капиллярной трубке прибора над ртутью помещается стальной штифтик (указатель), снабженный по краям головками. Ртуть, поднимаясь, проталкивает указатель вверх; когда же ртуть, вследствие снижения температуры, опускается, указатель не идет за ней, а остается на месте. Таким образом, по высоте стояния нижней границы указателя можно видеть, каков был температурный максимум за данный период наблюдения. Для снижения указателя и возвращения его в исходное положение применяют магнит.

 

Минимальный термометр

Минимальный термометр (рисунок выше «B») — это ничто иное, как спиртовой термометрический прибор, в котором резервуару придана форма вилки. Внутри капиллярной трубки помещается подвижный стеклянный штифтик с головками по концам. Своеобразная форма резервуара объясняется тем, что спирт значительно менее теплопроводен, нежели ртуть, и потому резервуару придают форму, при которой контактная поверхность с воздухом наиболее большая. До наблюдения резервуар минимального термометра наклоняется вверх и удерживается в таком положении до тех пор, пока штифтик не прикоснется к поверхности спирта. Далее оставляют прибор в горизонтальном положении. Когда повышается температура воздуха, спирт начинает свое перемещение в капиллярной трубке вокруг штифтика, причем последний остается на месте; при снижении температуры и укорочении спиртового столбика штифтик увлекается мениском спирта и фиксируется на температурном минимуме за данный период наблюдения. Отсчет производится соответственно концу указателя.

 

Термограф

Термограф служит для автоматической регистрации температурного движения за определенный период наблюдения и используется для создания в мире и, в частности, в России карты температуры воздуха. Он состоит из плоской металлической трубки «А», наполненной алкоголем (вместо такой трубки, наполненной алкоголем, применяют также биметаллические пластинки). При температурных колебаниях объем алкоголя изменяется, благодаря чему изменяется изогнутость трубки. Эти изменения кривизны трубки при помощи системы рычажков приводят к подъему или опусканию рычажка «а» соответственно подъему или снижению температуры. На конец рычажка «а» насажен писчик «b» (небольшой, заканчивающийся пишущим краем челнок, заполняемый невысыхающими чернилами). В приборе имеется барабан, приводимый во вращение посредством часового механизма. На барабан надевается бумажная лента с нанесенной на ней сеткой. По оси абсцисс отложено время, по оси ординат нанесены температуры.

В зависимости от быстроты вращения барабана можно получить запись температурного движения за сутки, неделю, декаду и т.п. Именно поэтому при составлении карты температуры в России воздуха метеорологи применяют термограф.

При использовании на метеостанции для измерения температуры воздуха термометрических приборов электронного типа (описаны ниже) необходимость в применении термографа полностью отпадает, так как данные с устройства поступают в базу данных компьютера, который в свою очередь с легкостью создает температурные графики за любой период наблюдения.

 

Электронный термометр для измерения температуры воздуха

В последнее время в метеорологии стали применяться термометры для измерения температуры воздуха электронного типа. Их внедрения в практику обусловлено точностью измерений, а также возможностью получения данных дистанционно, что особенно важно в условиях приоритетной задачи правительства РФ по освоению Арктики и облегчает составление температурных карт воздуха в России и мире.

 

Парный термометр

Парный термометр состоит из двух рядом помещенных термометров: поверхность резервуара одного них (t₁) посеребрена и потому отражает почти целиком падающий на нее поток лучистой энергии; поверхность резервуара другого прибора (t₂) почернена и потому поглощает почти целиком падающий на нее поток лучистой энергии.

Температура воздуха определяется по указанной выше формуле.