Рисунки ртутные максимальный и минимальный термометры. Измерение температуры воздуха термометрами (электронные, ртутные, спиртовые)

Психрометрический термометр :

Назначение: для определения температуры и влажности воздуха.

Устройство и установка: Ртутный со вставной шкалой, градуированной от –31ºC - -35ºC до +41ºC - +50ºC и ценой деления 0,2ºС. Является основным термометром, принятым в метеорологии для измерения температуры воздуха. Он устанавливается в психрометрической будке в вертикальном положении.

Максимальный термометр :

Назначение: Для определения максимального значения температуры в какой-либо промежуток времени.

Устройство и принцип работы: термометр устроен так, что сохраняет показание, соответствующее максимальной температуре за время, прошедшее с момента предшествующего отсчета. Это достигается с помощью специального приспособления, состоящего из специального стеклянного штифта, впаянного внутрь резервуара термометра (ко дну). Верхний конец штифта входит в капилляр, оставляя в нем очень узкое кольцеобразное отверстие. При повышении температуры, ртуть вытекает из резервуара расширяясь и преодолевая трение в месте сужения – так фиксируется максимальное значение температуры. При понижении температуры ртуть не пройдет назад, т.к. сила сцепления ртути не может преодолеть силы трения.

Установка: Для подготовки к измерению термометр встряхивают, чтобы перегнать ртуть из капилляра в резервуар. Устанавливают слегка наклонно в сторону резервуара.

Минимальный термометр:

Назначение: Спиртовой термометр служит для определения минимального значения температуры за данный промежуток времени.

Устройство и установка: Внутри спирта в капилляре термометра находится темный стеклянный штифтик с утолщением на концах. Он может свободно перемещаться в спирте внутри капилляра. Для измерений термометр устанавливается горизонтально.

Принцип работы: Перед установкой на срок термометр поднимают резервуаром вверх, чтобы штифтик принял максимальное положение, соответствующее температуре данного момента. У поверхности спиртового столбика штифтик останавливается, т.к. не может прорвать поверхностную пленку. При повышении температуры спирт беспрепятственно перемещается вверх по капилляру, но при понижении температуры, смещаясь вниз, спирт вовлекает в движении штифтик поверхностной пленки. В случае последующего повышения температуры, штифтик пропускает спирт вверх, оставаясь на месте, соответствующем минимальной температуре за прошедший период.

Для определения температуры воздуха существует еще ряд принципиально не отличающихся друг от друга термометров, имеющих лишь некоторые конструкционные особенности:

ü дополнительный спиртовой термометр – аналог психрометрического термометра для измерения температуры ниже -35ºC (в качестве жидкости использован спирт, т.к. ртуть замерзает при t = – 38,87ºC);

ü термометр психрометрический ртутно - таллиевый позволяет измерять температуру воздуха в самом большом диапазоне из-за особого состава жидкости;

ü термометр к аспирационному психрометру – отличается от обыкновенного психрометрического размером и формой резервуара;

ü термометр – пращ (ТМ-8) – снабжен металлическим футляром и шнурком, прикрепленным к колпачку на верхнем конце термометра, используется для вращения при измерениях.

Для измерения температуры почвы применяются:

Термометры коленчатые Савинова

Назначение: для определения температуры почвы на различных глубинах. (Рисунок 8).

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

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объема жидкости при повышении или понижении температуры. В качестве термометрической жидкости обычно применяют ртуть или спирт, обладающие следующими физическими свойствами.

Температура замерзания ртути (Hg) 38,9°; температура кипения 356,9°; коэффициент расширения (при 18°) 0,000181, теплоемкость 0,03 кал/г град. Температура замерзания спирта этилового (С2 Н5 ОН)117,3°; температура кипения 78,5°; коэффициент расширения 0,00110 (при 18°); теплоемкость 0,58 кал/г град.

Из приведенных характеристик видно, почему для измерения более низких температур применяется в качестве термометрической жидкости спирт.

Все жидкостные термометры состоят из трех основных частей: стеклянного резервуара, наполненного термометрической жидкостью и переходящего в верхней части в капилляр; стеклянной шкалы с делениями; защитной стеклянной трубки.

В зависимости от устройства шкалы термометры делятся на два вида: со вставной шкалой и палочные.

Вставная шкала изготовляется из молочного стекла и неподвижно укрепляется в корпусе термометра, упираясь одним концом в специальное седло, а другим – в пружину, помещенную в пробке. К шкале плотно прикрепляется тонкий стеклянный капилляр (рис. 4.1). В палочных термометрах шкала находится на внешней сто-

роне толстостенного капилляра.

			В метеорологии применяются две темпера-
			турные шкалы: Цельсия и Фаренгейта. На шка-
			ле Цельсия (С°) международной температур-
			ной шкале точка таяния льда обозначена 0 , а
			точка кипения воды 100°. Промежуток между
			ними разделен на 100 частей. На шкале Фарен-
			гейта (F°) точку таяния льда обозначают 32°, а
			точку кипения воды 212°. Промежуток между
			этими реперными точками делят на 180 частей.
			В России и большинстве других стран принята
	Рис. 4.1. Крепление ниж-
			шкала Цельсия, а в США и некоторых других
	него (а) и верхнего(б)

краев шкалы термометра странах шкала Фаренгейта. Для перевода зна-

чений температуры из одной шкалы в другую используются следующие формулы:

			5 C 32,
		9 (F 32),

Отсчеты по всем метеорологическим термометрам проводятся с точностью до 0,1°.

Каждый термометр после изготовления сравнивается в Центральном бюро поверки с нормальным термометром эталоном. В результате поверки определяют инструментальные поправки, которые помещают в особых поверочных свидетельствах (сертификатах). В сертификатах указывается место и дата поверки и поверочный порядковый

номер, который проставляют также на самом приборе. Погрешности в показаниях термометров вызываются

следующими причинами: 1) не вполне строгой цилиндричностью капилляра; 2) неравномерным изменением объема жидкости при разных температурах; 3) неточностью разбивки шкалы; 4) перекристаллизацией стекла (старением).

Для измерения температуры поверхности почвы на метеорологических станциях применяют срочный, максимальный и минимальный термометры. Эти термометры кладут вместе на открытой площадке размером 4х6 м так, чтобы их резервуары плотно прилегали к почве и напо-ловину были в нее погружены. Травяной покров с площадки удаляется, а почва взрыхляется. При наличии снежного покрова все три термометра помещают на поверхности снега.

Срочный напочвенный термометр

Срочный напочвенный термометр ртутный со встав-

ной шкалой; цена деления шкалы 0,5°. Резервуар термометра имеет обычно циллиндрическую форму (рис. 4.2). Наблюдения по этому термометру сводятся к отсчету показаний в срочные часы.

Максимальный термометр служит для определения

наивысшей температуры, которая имела место за какой-либо определенный промежуток времени. Максимальный термометр устроен таким образом, что он сохраняет показание, соответствующее максимальной температуре за время,

предшествующее моменту отсчета. Приведение же показаний термометра в соответствие с температурой в «данный момент, если она ниже отсчитанной то шкале, производится искусственно, путем встряхивания термометра.

Максимальный термометр (рис. 4.3, а ) ртутный, имеет вставную шкалу молочного стекла. Деления на шкале нанесены через 0,5°. Общая длина термометра около 350 мм. Диаметр внешней стеклянной оболочки около 28 мм. Резервуар цилиндрический диаметром около 8 мм.

Пределы шкалы: верхний предел от +51 до +71° и нижний от

					31°. В пространстве над ртутью в капилляре созда-
			ется вакуум. Рабочее положение термометра горизонтальное с
			небольшим наклоном в сторону резервуара.
				Сохранение максимальных показаний в термометрах до-
			стигается специальным приспособлением (рис. 4.3, б ). В дно
			резервуара термометра впаян один конец стеклянного штифта
			1, другой конец которого входит в капилляр, оставляя в нем
			очень узкое кольцеобразное отверстие.
				Когда температура начинает повышаться, ртуть, находя-
			щаяся в резервуаре термометра, будет расширяться. Так как
			силы, вызывающие расширение ртути, при увеличении ее
			температуры велики, то ртуть, несмотря на большое трение в
			месте сужения, будет протекать между стенками капилляра и
			стеклянным штифтом 1.
				Таким образом, показания максимального термометра до-
			стигнут наивысшей температуры за данный промежуток вре-
					мени. При понижении температуры и уменьшении
						вследствие этого объема ртути ртуть не пройдет
						назад в резервуар, так как из-за горизонтального
						рабочего положения термометра и вакуума в
						капилляре над ртутью единственной силой,
						стремящейся вернуть ртуть в резервуар, является
						сила сцепления ртути, но она недостаточна для
						преодоления силы трения, возникающей при
						прохождении ртутью места сужения. Следова-
						тельно, столбик ртути, находящийся в капилляре
						до начала падения температуры, останется в нем
						(на той же высоте); максимальное показание
						термометра сохранится.
						Для подготовки максимального термометра
		Рис. 4.3. Термометр
		максимальный				к следующему измерению его берут за середину

и, держа резервуаром книзу, делают несколько резких взмахов руки, встряхивая термометр, чтобы перегнать часть ртути из капилляра в резервуар. После этого показания максимального термометра не должны отличаться от показаний психрометрического более чем на 0,1-0,2°.

Отсчеты по максимальному термометру производятся с точностью до 0,1°, хотя шкала разделена на 0,5°.

С течением времени максимальный термометр вследствие износа стеклянного штифта или его поломки может потерять свою «максимальность», т. е. столбик ртути, соответствующий наибольшей температуре, которую показывал термометр, не будет задерживаться в капилляре, а будет свободно проходить в резервуар; такой термометр становится непригодным для работы, его следует заменить другим.

Максимальный термометр устанавливается горизон- а) тально. Так как капилляр максимального термометра сравнительно широк, то ртуть в термометре легко может отходить от резервуара. Чтобы не допустить ошибки, при отсчете рекомендуется слегка приподнимать конец термометра, противоположный резервуару.

Минимальный термометр спиртовой служит для определения минимальной температуры за данный промежуток времени. Он имеет вставную шкалу молочного стекла, цена наименьшего деления которой 0,5°.

Резервуар термометра (рис. 4.4) цилиндрический. Общая длина термометра около 300 мм, диаметр внешней стеклянной трубки около 18 мм. Цилиндрический резервуар термометра имеет диаметр 7-10 мм.

Пределы шкалы минимального термометра: верхний от +21 до +30° и нижний от 41 до 75°. Капилляр на конце, противоположном резервуару, имеет расширение. Внутри спирта в капилляре находится небольшой штифтик из темного цветного стекла, имеющий на своих концах утолщение в виде булавочных головок (рис. 4.4). Штифтик может свободно перемещаться в спирту внутри капилляра. При измерении минимальный

термометр	устанавливается
горизонтально.
Подготавливая
нимальный	термометр
для производства
рения, его	поднимают			Рис. 4.4. Термометр минимальный

резервуаром кверху и дожидаются, пока штифтик дойдет до поверхности спирта в капилляре. У поверхности спирта штифтик останавливается, так как он настолько легок, что не может прорвать поверхностную пленку спирта. Доведя штифтик до поверхности спирта, термометр кладут горизонтально. Если после этого окружающая температура начнет повышаться, то спирт, расширяясь, будет обтекать штифтик, не сдвигая его с места. Сила трения головок штифтика о стенки капилляра вполне достаточна для удержания его при этом на месте.

При понижении температуры воздуха спирт начнет уменьшаться в объеме и переходить из капилляра в резервуар. При этом поверхностная пленка спирта будет перемещать штифтик к резервуару, так как сила трения головок о стенки капилляра значительно меньше силы сопротивления поверхностной пленки на разрыв (штифтик не сможет прорвать пленку и потому будет ею перемещаться к резервуару). В случае дальнейшего повышения температуры штифтик останется на месте и укажет, таким образом, самую низкую температуру окружающей среды.

Для дальнейшей работы минимального термометра следует, записав показания конца штифтика, противоположного от резервуара (минимум), снова довести штифтик до поверхности спирта и установить термометр в горизонтальном положении.

При измерениях не ограничиваются отсчетом только минимума температуры, т. е. положения штифта, но также отсчитывают показания термометра по концу спиртового столбика. Делают это для того, чтобы сравнить показания минимального термометра с показанием ртутного психрометрического термометра. Этот контрольный отсчет необходим, так как спирт может частично испаряться и переходить в верхнюю часть капилляра и там оседать в виде мелких капелек. От этого объем его в резервуаре уменьшится, столбик в капилляре станет короче и показания штифтика станут неверны - минимум будет занижен.

Такое сравнение показаний психрометрического и минимального термометров дает возможность определить дополнительную поправку к минимальному термометру.

При изготовлении минимальных термометров стараются по возможности принять меры против дистилляции спирта в верхнюю часть капилляра. Для этой цели верхняя часть капилляра над спиртом заполняется воздухом. Эта операция производится при относительно низкой температуре с тем, чтобы при относительно высокой температуре давление газа в капилляре было значительным и мешало дистилляции спирта.

Термометр к аспирационному психрометру служит для опреде-

ления температуры и влажности воздуха и отличается от обыкновенного психрометрического размерами и формой резервуара. Общая длина термометра около 270 мм. Диаметр внешней стеклянной трубки 8 мм. Цилиндрический резервуар имеет длину от 1,2 до 1,9 см, диаметр около 4 мм. Пределы шкалы: верхний от +41 до +50° и нижний от 31 до 35°.

Коэффициент инерции термометра в неподвижном воздухе около 100 секунд (v < 0,5 м/с).

Этот термометр ртутный, имеет вставную шкалу молочного стекла с ценой наименьшего деления 0,2°. Пространство капилляра над ртутью заполнено азотом. На верхнем конце защитной трубки при помощи сургуча надет металлический колпачок для крепления термометра в оправе аспирационного психрометра. Для той же цели в нижней части на защитной трубке термометра укреплена металлическая гильза.

Термометр-пращ служит для определения температуры воздуха, он представляет собой толстостенный (палочный) капилляр, один конец которого раздут в резервуар в виде цилиндра, а другой запаян и снабжен стеклянным ушком или шариком для крепления шнура. Термометр ртутный, пространство в капилляре над ртутью заполнено азотом. Длина термометра-праща 170 200 мм. Внешний диаметр около 8 мм. Резервуар цилиндрической формы, цена деления шкалы 0,5° или 1,0°.

Пределы шкалы: верхний от +43 до +50° и нижний от 31 до 36°С. Термометр иногда снабжается металлическим футляром со шнурком. Шнурок закрепляется к колпачку, прикрепленному сургучом на верхний конец термометра, и служит для вращения его при производстве измерений.

Почвенные термометры Савинова служат для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см. Это ртутные термометры со вставной шкалой из молочного стекла; цена деления шкалы 0,5°. Резервуар с остальной частью термометра составляет угол 135°. От резер-

изоляция необходима для того, чтобы температура вышележащих слоев почвы не влияла на показания термометра.

Устанавливаются почвенные термометры Савинова на той же площадке, что и термометры для измерения температуры поверхности почвы. 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 (рис. 4.5). 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 термометр убирают, так как при замерзании поверхностного слоя почвы они часто ломаются. Отсчеты по термометрам Савинова производятся последовательно, начиная с термометра, установленного на глубине 5 см.

	Походный почвенный термометр-щуп Иванова
	(рис. 4.6) служит для измерения температуры пахотного
	слоя почвы на глубине от 3 до 30 см. Он состоит из жид-
	костного толуолового термометра с ценой деления шка-
	лы 1°, металлической оправы и наконечника. Для улуч-
	шения теплоотдачи между наконечником и резервуаром
	термометра помещены медные или латунные опилки.
	Для отсчета температуры в верхней части оправы сделан
	продольный вырез, защищенный органическим стеклом.
	На обратной стороне оправы нанесена шкала в санти-
	метрах, по которой отсчитывают глубину погружения
	термометра.	Рис. 4.6. Тер-
	При измерениях температуры почвы сначала пробу-
		мометр-щуп
	ривают вертикальную скважину, затем в нее опускают
	термометр так, чтобы наконечник с резервуаром слегка

вдавился в почву. Термометр выдерживают в скважине в течение 20 минут. Наблюдения по термометру-щупу делают только в теплое время года.

Вытяжные термометры (рис. 4.7) служат для измерения температуры на больших глубинах (0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,2; 2,4; 3,2 м). Термометр заключен в металлическую или пластмассовую оправу1 с прорезью для шкалы. В нижней части оправы имеется небольшое отверстие2, 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 3, противоположном конце палки привинчен колпачок4 с кольцом. Эбонитовая или винифлексовая трубка5 с металлической гильзой6 на конце плотно вставляется на нужную глубину при помощи специального бура; после этого в нее осторожно опускают термометр. Колпачок4 на верхнем конце палки служит крышкой, предохраняющей от попадания атмосферных осадков и грязи внутрь трубки.

Вытяжные термометры устанавливают обычно на от- Рис. 4.7 Вы- крытом месте с естественным почвенным покровом (ле-

превышающую среднюю высоту снежного покрова в данном пункте (60-100 см). Для сохранения естественного покрова около термометров с северной стороны делается специальный откидной помост, с которого

	и производятся отсчеты. Во
		наблюдений		термометр
	осторожно вынимают из эбони-
	товой трубки за кольцо и отсчи-
			температуру.
	наблюдений термометр опуска-
	ют в трубу.
			измерения	температуры
	поверхностного слоя воды слу-
	жит термометр, заключенный в
	специальную оправу. Цена деле-
	ния шкалы этого термометра 0,2 .
			состоит из	металличе-		Рис. 4.8. Установка почвенных вытяжных
	ской трубки 1 и стаканчика2 ,
						термометров
			свинчиваются

собой. Трубка имеет прорезь для шкалы. Поверх трубки надет металлический чехол, с помощью которого закрывают прорезь в трубке оправы

и тем самым предохраняют термометр от механических повреждений. Металлический стаканчик имеет отверстия в верхней части, которые служат для наполнения его водой. При измерении температуры воды термометр погружают в воду на шнуре и выдерживают около 5 минут. Затем его вынимают и, не выливая воды из стакана, быстро делают отсчет.

Почвенный электротермометр АМ-2М (АМ 29А)служит для из-

мерения температуры на глубине узла кущения озимых культур и корневой шейки многолетних трав. Действие электротермометров АМ-2М и АМ-29А основано на свойстве металлов менять свое сопротивление в зависимости от изменения температуры. В пределах измерения температуры от 30 до + 45°С погрешность измерения не превыша-

Устройство. Электротермометр (рис. 4.9) состоит из двух основных частей: датчика1 и пульта2. Датчиком является медный проволочный термометр сопротивления1, заключенный в герметический ко-

жух. Приемная часть датчика, уста- Рис. 4.9. Почвенный электротермометр

паточки 10 или штырька. К термометру присоединен двужильный медный кабель8 , который соединяет

термометр с пультом. Для этого на конце кабеля, идущего от датчика, имеется штепсельная вилка 7 , закрываемая крышкой6 .

Пульт является перекосным прибором. Он состоит из следующих частей: 1) равноплечного неуравновешенного измерительного моста постоянного тока; 2) микроамперметра типа М-24, включенного в диагональ измерительного моста; 3) батареи сухих элементов (4 шт.) типа 1-КС-У-З или 1-КС-Х-З; 4) устройств для присоединения датчика к пульту и управления работой пульта. Шкала микроамперметра дается в градусах.

Подключение датчика к пульту осуществляется при помощи штепсельной вилки 7 и штепсельной розетки9 , смонтированной в нижней части пульта.

При измерении температуры электротермометром производится регулировка напряжения в цепи с помощью микроамперметра и собственно измерение температуры.

Температура почвы измеряется в двух диапазонах: от 5° до 45° и от 5° до –30 °С. Изменение диапазона температуры и рода работ пульта электротермометра осуществляется при помощи переключателя диапазона температур4 и рода работ5 . Установка стрелки микроамперметра на деление шкалы 45 °С производится вращением рукоятки регулировочного реостата, а установка стрелки на деление 5°С – вращением винта корректора3 .

В комплект каждого прибора входит один пульт и десять датчиков. Пульт прибора должен храниться в сухом помещении при температуре не ниже 10 °С и относительной влажности воздуха не выше 70%, а датчики – в помещении складского типа при температуре от 45 до +45°С и относительной влажности не выше 80 %. При хранении датчиков следует избегать резкого изгиба кабеля.

Источником электрического питания прибора является батарея сухих элементов, которая вкладывается в специальную кассету, вделанную в корпус пульта. При правильной эксплуатации и хранении прибора батарея обеспечивает его работу в течение не менее шести месяцев.

Смена батареи производится в тех случаях, когда при регулировании прибора стрелка указателя не доходит до деления шкалы +45 °С.

Для смены сухих элементов необходимо: 1) вывернуть 4 винта, крепящих панель пульта, и вынуть панель из корпуса пульта; 2) оттянуть гетинаксовую планку, расположенную со стороны переключателя рода работ, которая удерживает элементы в кассете, и приподнять ее до полного открытия кассеты; 3) освободить кассету от израсходованных элементов и установить в нее новые 4 элемента; 4) установить на место гетинаксовую планку, удерживающую элементы в кассете; 5) установить панель в корпус пульта и закрепить ее винтами.

Уход за прибором. Для обеспечения бесперебойной работы электротермометра следует осуществлять систематический уход за ним, поверку и текущий ремонт. Для этого необходимо:

1) перед установкой прибора осенью и сразу же после снятия весной производить поверку показаний датчиков на точку нуля 5 на тающем снеге путем сличения показаний электротермометра с показаниями ртутного (психрометрического) термометра;

2) один раз в месяц проверять места контакта элементов батарей друг с другом и с контактами, укрепленными на обеих гетинаксовых

планках. По обнаружении окисления или потемнения мест контактов их следует зачистить наждачной бумагой;

3) три раза в месяц проводить осмотр штепсельного соединения электротермометра, а также состояния выступающей над землей части кабеля датчика. По обнаружении окисления на вилке датчика или в розетке пульта следует их зачистить наждачной бумагой.

В случае повреждений прибора (пульта или датчиков), которые не могут быть исправлены на месте, наблюдения прекращаются, составляется акт и прибор направляется в УГКС для ремонта.

При наличии нескольких комплектов приборов не разрешается пользоваться пультом одного комплекта для производства отсчетов по датчикам другого комплекта.

Подготовка к измерению. Для измерения температуры почвы на глубине залегания узла кущения растений в двух частях наблюдательного участка (первой и пятой) устанавливается по одному датчику.

Каждый датчик располагается на расстоянии не менее 5 м от площадок, предназначенных для вырубки в зимний период монолитов на отращивание растений так, чтобы вырубка монолитов не сказывалась на нарушении снежного покрова возле самого датчика. Место установки датчиков должно быть характерным для данного участка по микрорельефу и состоянию растительности.

Установка датчиков на участке производится до промерзания верхнего слоя почвы и не позже чем через 1 2 дня после осеннего обследования зимующих культур.

До начала производства наблюдений за температурой почвы необходимо дважды провести предварительную проверку пригодности датчиков к работе. Первая проверка проводится в помещении, вторая тотчас же после установки датчиков в поле.

В случае отказа в работе какого-либо датчика (отсутствие показаний на шкале пульта после установки прибора) он заменяется другим из числа запасных. Запасной датчик устанавливается на место выбывшего.

Для установки датчика в почве выкапывается канавка глубиной 3 см, шириной 5-8 см и длиной 1,5 м. Один из концов канавки делается отвесным. В этой отвесной стенке на глубине 3 см от поверхности почвы делается горизонтальное углубление (если почва твердая заостренной деревянной дощечкой, а если почва мягкая – самой лопаточкой датчика). В углубление вставляется лопаточка или штырь (приемная часть датчика) на всю ее длину. Свободная часть кабеля осторожно выпрямляется и плотно укладывается на дно канавки до другого ее конца. На этом конце канавки делается углубление, в которое вставляется заост-

ренный конец деревянной стойки (бруска). При установке датчика следует избегать сгибания кабеля под прямым углом. Кабель укладывается так, чтобы 3 /4 его длины (т. е. около 1,5 м) находилось в канавке на той же глубине, что и приемник датчика, а остальная часть кабеля (около 0,5 м) выводится на поверхность и крепится к деревянной стойке (бруску), торец которой должен иметь гладкую горизонтальную поверхность. При этом для правильного закрепления кабеля, идущего от датчика, на стойке необходимо: 1) снять предохранительную крышку6 со штепсельной вилки7 , предназначенной для соединения датчика с пультом (см. рис. 4.9); 2) закрепить вилку на деревянном столбе с помощью металлической планки и двух шурупов таким образом, чтобы между торцом стойки и штырьками вилки проходила предохранительная крышка штепсельной вилки по своей наибольшей высоте; 3) надеть на вилку предохранительную крышку.

После того как датчик уложен в канавке и стойка вставлена в углубление, канавку и углубление у стойки засыпают землей, земля утрамбовывается примерно до плотности окружающей почвы. При правильной установке датчиков в почву высота стойки (бруска) над поверхностью почвы должна быть около 50 см. Когда высота снежного покрова в месте установки прибора начинает превышать высоту стойки, для обозначения ее местоположения следует установить вблизи стойки вешку.

Для измерения температуры почвы электротермометром АМ-2М в плодовом саду датчики прибора устанавливаются под кроной дерева (на половине длины радиуса проекции кроны) на глубинах 20 и 40 см в двух местах наблюдательного участка.

Весной по окончании производства наблюдений, когда минует опасность возврата холодов, датчики прибора вынимаются из почвы и подвергаются наружному осмотру и поверке на точку нуля (0°С).

Выкопка приборов должна производиться осторожно и только при талой почве.

Переносной электронно-цифровой термометр УМКТ1(А)вме-

сте с входным датчиком предназначен для измерения температуры и отображения текущего значения на встроенном цифровом индикаторе (рис. 4.10). В качестве сменного датчика температуры используется термопреобразователь сопротивления ТСМ или ТСП, подключаемый к входу прибора через разъѐм РС4. На встроенном жидкокристаллическом индикаторе отображается текущее значение температуры, единица измерения температуры (°С), индикатор заряда батареи. В качестве источника питания используется один гальванический элемент типа АА

	напряжением		расположенный
	прибора, или любой внешний источника напря-
	жением 1 – 5 В
	Измерение температуры производится с по-
	мощью термопреобразователя			сопротивления
	ТСМ (ТСП). В приборе используется трехпро-
	водная схема подключения термопреобразова-
	теля сопротивления. Такая схема позволяет
	компенсировать сопротивление соединительных
	проводов. Код типа используемого датчика
	устанавливается при помощи перемычек. Они
	находятся в	батарейном отсеке		на печатной		Рис. 4.10. Электрон-
	плате. Тип датчика отображается на индикаторе
						ноцифровой термометр
	в течение 2		при включении

Технические характеристики УМКТ(А):

питание прибора – батарея или аккумулятор (АА) – 1,5 В; габаритные размеры корпуса – 135 x 70 x 20 мм;

масса прибора – не более 0,4 кг; время опроса датчика – не более 0,5 с;

предельно допустимая основная приведенная погрешность (без учета погрешности датчика) – не хуже 0,25 %;

разрешающая способность – 0,01 г; высота знаков ЖК дисплея – 13 мм; контроль разряда батареи – 4 уровня.

Типы входных датчиков термопреобразователи сопротивления ТСМ (9 шт.) или ТСП (6 шт.) по ГОСТ 6651 94.

Для повышения качества измерений входной сигнал обрабатывается микропроцессором с помощью цифрового фильтра, позволяющего уменьшить влияние случайных помех на измерение температуры.

Выпускается УМКТ1 (А) в комплекте со щупом и двумя датчиками закладки в почву для агрометеорологических наблюдений.

Измерение температуры пахотного слоя почвы производят датчи-

ком щупом ДТЩ, который подключается через разъем, расположенный в нижней части измерительного ПИТ. При измерении температуры пахотного слоя почвы выполняют следующие операции:

Подсоединяют к ПИТ датчик-щуп ДТЩ;

- производят отсчѐт показаний на цифровом индикаторе термометра;

- результаты наблюдений за температурой пахотного слоя почвы записывают в табл. 101 книжки КСХ-1м по Наставлению .

Измерение температуры почвы на глубине залегания узла кущения озимых зерновых культур и корневой шейки многолетних трав осу-

ществляют следующим образом:

- в помещении станции (поста) проверить работоспособность термометра по 7.2.1. Наставления ;

- на первой повторности наблюдательного участка снять чехол с разъѐма датчика ДТС и подсоединить датчик к пульту;

- нажать с левой стороны пульта кнопку выключения питания, экран индикатора погаснет;

- отсоединить датчик от измерительного пульта и зачехлить разъѐм датчика;

- произвести измерение высоты снежного покрова по снегомерной рейке согласно Наставлению ;

- результаты измерений записать с точностью до первого знака после запятой в табл. 202 книжки КСХ-2м согласно Наставлению

- перейти на вторую повторность и по-

вторить измерения; - определить характер залегания снежно-

го покрова по Наставлению и записать в раздел 4.3 книжки КСХ-2м.

Психрометрическая будка представля-

ет собой небольшой деревянный шкаф размером 29 х 46 х 59 см (рис. 4.11). Боковые ее стенки сделаны из двойного ряда наклонных планок в виде жалюзи. Одна из стенок служит дверцей. Сверху будка имеет горизонтальный потолок, над которым располагается крыша. Размеры крыши больше размеров потолка, ее скат сделан на юг. Дно будки состоит из трех отдельных планок, причем средняя расположена немного выше крайних. Между планками образуются ши-

Рис. 4.11. Психрометрическая будка

		просветы.	Жалюзийные
	стенки и пол обеспечивают сво-
	бодный доступ воздуха к прибо-
	рам. Но хорошая вентиляция
		наблюдается	только при
	ветре, в тихую погоду в будке
	может оказаться застой воздуха.
	Психрометрическая		будка пред-
	назначена для защиты термомет-
	ров от радиационных воздей-
	ствий. Устанавливают ее на дере-
	вянной подставке так, чтобы ре-
	зервуары термометров были на
	высоте 2 м от почвы (рис. 4.12).
	Будку ориентируют дверцей
	на север. Это делается для того,
	чтобы во время наблюдений сол-
	нечные лучи не могли попасть на
Рис. 4.12. Установка термометров	термометры. Будка внутри и сна-
в психрометрической будке	ружи, подставка и лесенка окра-
		белой масляной краской.

На метеорологических постах для наблюдения за мироклиматом в лесных условиях можно использовать более простую защиту для установки термометров будку Селянино-

ва (рис. 4.13).

На деревянной подставке располагают горизонтально три термометра: срочный, минимальный и максимальный. Будку устанавливают на столбе так, чтобы высота от почвы до резерву-

Рис. 4.14. Термограф биметаллический

Устройство. Приемником термографа является биметаллическая пластинка 1, изготовленная из металлов с различным термическим коэффициентом линейного расширения. Один конец биметаллической пластинки крепится неподвижно к колодке2 , находящейся на наружной стенке корпуса. Другой конец остается свободным и при изменении температуры может перемещаться.

Передающей частью является система рычагов. К свободному концу биметаллической пластинки прикреплен рычаг 3, который соединен тягой4 с рычагом5 коленчатого вала. Вторым рычагом коленчатого вала является стрелка6 , заканчивающаяся пером в форме небольшой полой пирамиды, вершина которой обращена к барабану7 . Перо заполняется специальными чернилами с примесью глицерина. Поэтому они медленно сохнут и не замерзают.

Регистрирующая часть термографа барабан 7 с часовым механизмом внутри. Благодаря часовому механизму барабан вращается вокруг неподвижной оси, укрепленной на основании корпуса. В зависимости от скорости вращения барабана термографы делятся на суточные и недельные.

На барабан надевается бумажная лента (рис. 4.15). Параллельные горизонтальные линии на ней соответствуют температуре в целых градусах, вертикальные дуги времени. На лентах суточного термографа каждое деление соответствует 15 минутам, недельного 2 часам.

Установка. Термограф устанавливают в жалюзийной будке, отличающейся от психрометрической только своими размерами. Располагается она на расстоянии 4-5 м от психрометрической.

Рис. 4.15. Лента термографа

Перед установкой термографа часовой механизм с помощью ключа заводят до отказа, на барабан накладывают ленту и закрепляют ее специальной пружиной. В таком виде барабан надевают на неподвижную ось корпуса и к нему подводят стрелку с пером. Перо на ленте должно показывать время и температуру воздуха в данный момент. Установку пера на время производят поворотом барабана вокруг неподвижной оси, а на температуру изменением положения биметаллической пластинки.

Осуществляется это с помощью винта 8 (см. рис. 4.14). После этого крышку термографа закрывают. Термограф прибор относительный. Показания его сравнивают с показаниями психрометрического термометра. Для этого на ленте в сроки наблюдений делают засечки легким подъемом пера.

При смене лент на лицевой стороне снятой ленты отмечают фактическое время окончания записи, а на новой ленте фактическое время начала записи. Кроме того, на обратной стороне ленты записывают название станции, номер прибора, дату наложения и снятия ленты (год, число, месяц) и время начала и конца записи с точностью до 1 мин. Аналогично производят смену лент гигрографа и барографа.

Обработка ленты. Сначала на ленте записывают ежечасные показания термографа с точностью до 0,1°. Потом против меток, сделанных в «срочные» часы, пропуская одну строчку, записывают показания психрометрического термометра (сухого). Разница между показаниями термографа и психрометрического термометра представляет собой поправку в «срочные» часы. Записывают ее между снятым показанием термографа и показаниями психрометрического термометра. Предполагая, что поправка термографа в течение его работы изменялась равномерно, можно рассчитать поправку для каждого часа. Для этого следует проинтерполировать величину поправок между двумя метками.

Например, поправка в 12 ч была 0,4°, в 18 ч стала +0,2°. За 6 ч работы поправка изменилась на 0,6°, а за 1 ч на 0,1° (0,6:6). Зная изменение поправки за 1 ч, можно рассчитать значение поправок для каждого часа. В нашем примере получаются следующие величины:

Алгебраически суммируя поправку с показаниями термографа в соответствующие часы, получаем исправленные значения температуры по термографу. Аналогичная работа проделывается и для других участков ленты.

Для оценки условий перезимовки растений большое значение имеет промерзание почвы. Глубину промерзания почвы определяют мерзлотомером Данилина , который устанавливают на метеорологической площадке и на посевах озимых культур.

Приемная часть мерзлотомера Данилина резиновая трубка 1 длиной 150 и 300 см, цена деления которой 1 см (рис. 4.16). Один конец трубки присоединен к деревянной штанге2, заканчивающейся колпачком3 с кольцом, а другой закрыт резиновой пробкой. В комплект мерзлотомера входит защитная трубка4, заканчивающаяся латунным наконечником. На верхней части защитной трубки нанесены деления в сантиметрах для измерения высоты снежного покрова.

Мерзлотомер устанавливают за 2 3 недели до начала заморозков на площадке около вытяжных термометров и на посевах озимых в месте, наиболее характерном по условиям залегания снежного покрова и состояния посевов. Для установки защитной трубки готовят скважину, глубина которой на 10 см больше длины резиновой трубки. Защитную трубку опускают в скважину, зазоры между стенками скважины и трубкой плотно засыпают землей. Для прочности защитную трубку укрепляют растяжками. В установленную защитную трубку опускают резиновую трубку, заполненную дистиллированной водой.

до полного оттаивания почвы. Глубину промерзания почвы определяют по длине столбика воды, замерзшей в трубке (с точностью до 0,5 см). Для этого трубку прощупывают пальцами. Нижняя граница льда соответствует глубине промерзания почвы. После отсчета резиновую трубку вновь опускают в защитную трубку.

Во время наблюдений за глубиной промерзания почвы необходимо отмечать высоту снежного покрова.

Термометр АМ-34 регистрирует минимальную, срочную и максимальную температуры почвы на глубине узла кущения озимых зерновых культур, осуществляет температурный контроль условий хранения и транспортирования продуктов питания и медикаментов. Его функцией является запоминание минимальной и максимальной температур в период между сроками наблюдения, измеренных значений в пульт считывания информации (ПСИ) с последующим считыванием ее в ПЭВМ или оператором. У термометра отсутствуют выступающие из-под земли конструкции. Он имеет радиоканал для передачи информации из блока измерения и регистрации в ПСИ (дистанционность до 3 м).

Термометр состоит из БИР (от 1 до 9 шт.) и ПСИ. Технические характеристики термометра АМ-34 следующие: диапазон измерения от 30 до +40 С; погрешность измерения не более 0,5 С; цена единицы младшего разряда кода 0,1 С; масса БИР 3,8 кг; масса ПСИ 0,7 кг;

датчик медный микропленочный термометр сопротивления; тип корпуса БИР герметичный; тип корпуса ПСИ брызгозащищенный;

габаритные размеры БИР 105 х 340 мм; габаритные размеры ПСИ 230 х 100 х 45 мм;

рабочие условия эксплуатации БИР от 10 до +40 С; рабочие условия эксплуатации ПСИ от 40 до +40 С; срок автономной работы БИР до 1 года.

Автоматический дистанционный гидрологический пост (ГРК-1)

используется в качестве уровнемерного поста (рис. 4.17) для автоматического измерения и передачи данных об уровне и температуре воды в реках, водоемах, колодцах, скважинах и на других водных объектах. В комплекте с персональным компьютером комплекс обеспечивает измерение параметров волнения высоты и периода волн.

	Комплекс может использоваться в
	системе оповещения о чрезвычайных
	ситуациях (наводнениях, паводках),
	обеспечивая оперативную передачу	Рис. 4.17. Автоматический дистанци-
	данных по телефонному каналу связи в
		онный гидрологический пост ГРК-1

автоматическом режиме по заданной временной программе или по вызову оператором в любое время.

Отличительные особенности комплекса следующие:

- использование в качестве датчиков уровня воды гидростатического датчика давления (ДЦГ) с компенсацией влияния атмосферного давления, что дает возможность применять АДГП как с установкой гидрологическом колодце, так и в его отсутствии;

- измерение параметров в автоматическом режиме с любой временной периодичностью в диапазоне от 15 мин до 12 ч;

- организация работы комплекса в режимном варианте (накопления информации без оперативной передачи данных) благодаря наличию внутренней памяти, объем которой рассчитан на 40 дней автономной работы при 15-минутном интервале измерения;

- обеспечение оперативной передачи данных по телефонному каналу связи;

- в комплекте с персональным компьютером обеспечение измерения

параметров волнения высоты и периода волн.

В состав комплекса АДГП входят опускное устройство с датчиками, блок автоматики с индикационным табло, телефонные модемы связи.

Комплекс позволяет измерять:

- уровень воды в диапазонах 0-3, 0-6, 0-15 м с погрешностью не более 0,4 % от верхнего предела измерения;

- температуру воды в диапазоне от 2 до +32°С с погрешностью не более 0,25 °С.

АДГП эксплуатируется при температуре окружающего воздуха от 25 до +35 °С при относительной влажности 80 % при 25°С.

	Измеритель гидрологический ГМУ-2
	используется для измерения уровня и темпе-
	ратуры воды в прибрежной зоне морей, в
	скважинах, колодцах, резервуарах (рис. 4.18).
	Уровень воды (Н) измеряется в диапазоне
	0,5…25 м с погрешностью ±(0,005+0,002Н) м,
	а также в диапазоне от 1 до 250 м с погреш-
	ностью ± (0,05 + 0,002Н) м.		Рис. 4.18. Измеритель гидроло-
			гический ГМУ-2
	Диапазон измерения температуры

5 до +40 °С с погрешностью ±0,05 (±0,02) °С.

В качестве датчиков используются тензопреобразователь давления, платиновый термометр (рис. 4.19).

Периодичность измерений задается пользователем из ряда 5, 10, 15, 30, 60, 120, 180 мин. Каждое измерение один отсчет температуры, 256 отсчетов с интервалом 0,25 с и среднее значение уровня по этим отсчетам.

Энергонезависимая память обеспечивает запись и хранение данных измерений в течение 100 суток при периодичности 1 раз в 15 (или 30) минут.

Информация отражается на жидкокристаллическом дисплее и вводится в персональный компьютер по интер-

фейсу RS-232.

Программное обеспечение измерителя гидрологического следующее:

- измерение параметров в реальном времени;

- считывание и представление массива данных в виде

риода измерений для автономного измерителя.

Энергопитание измерителя осуществляется от источника постоянного тока напряжением 9-12 В или от сети "220 В 50 Гц" – автономный.

Прибор представляет собой герметичный измерительный модуль с кабелем и блоком регистрации или герметичный измерительный модуль с источником питания.

Измерительный модуль эксплуатируется при температуре от 5 до +40°С, блок регистрации от 20 до +60°С (запись данных осуществляется в память без индикации при температуре выше 40°С).

Габаритные размеры гидрологического измерителя следующие: измерительный модуль 50 х 235 мм массой 1,5 кг; блок регистрации 180 х 250 х 64 мм массой 1,0 кг; автономные датчики 110 х 600 мм массой 7,5 кг.

Длина соединительного кабеля (максимальная 1 км) и конструкция автономного измерителя определяются заказом.

Двенадцатиканальный термометр АМТ-5 обеспечивает измере-

ние температуры почвы, сыпучих газообразных и жидких сред (рис. 4.20). Он включает блок измерения размером 146 x 221 x 75 мм (корпус герметичный); пульт считывания информации (ПСИ) размером 100 x 180 x 40 мм (корпус брызгозащищенный); датчики температуры 4 типов:

- датчик стационарный плоский ДТС размером 20 x 50 x 5 мм;

Датчик-щуп ДТЩ размером 8 x 250 мм;

- датчик стационарный погружной ДТСП взамен вытяжных почвенных термометров размером 19 x 29 мм;

- датчик температуры атмосферный ДТА размером 8 x 30 мм.

Диапазон измерений термометра от

50 до +60 С с погрешностью не более0,1 С. Цена единицы младшего разряда кода 0,1 С. Дистанционность датчиков достигает 100 м.

Блок измерения (БИ) эксплуатируется при температуре от 40 до +50 С, пульт считывания информации (ПСИ) от 20 до

Рис. 4.20. Термометр АМТ-5 +50 С.

Работает АТМ-5 следующим образом:

1) блок измерения с датчиками устанавливается стационарно;

2) ПСИ подключается к БИ быстроразъемным соединением и обеспечивает электропитание БИ, считывание и запоминание информации; электропитание ПСИ автономное;

3) информация отображается на цифровом табло или передается в персональный компьютер.

Контрольные вопросы

1. Почему в минимальных термометрах в качестве термометрической жидкости используют спирт?

3. Зачем термометры Савинова убирают на холодное время года?

4. В каком положении устанавливаются максимальные и минимальные термометры?

5. Для чего необходимо обрабатывать ленты термографа?

6. Какую величину выписывают на ленту в срочные часы?

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

А — максимальный термометр, В — минимальный термометр.
Справа разрез основания максимального термометра.

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.

А — трубка, наполненная спиртом, а — рычажок для писчика, b — писчик.

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.

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 (t 1) посеребрена и потому отражает почти целиком падающий на нее поток лучистой энергии; поверхность резервуара другого прибора (t 2) почернена и потому поглощает почти целиком падающий на нее поток лучистой энергии.

Температура воздуха определяется по указанной выше формуле.

Использование: в контрольно - измерительной технике, в частности в медицине, метеорологии, гидрологии. Сущность изобретения: термометр содержит механизм для приведения его в исходное состояние. Механизм содержит колпачок с размещенными внутри него штоком сброса и возвратной пружиной. Отсчет температуры осуществляется по двум совмещенным во время рабочего состояния термометра шкалам. Шкалы нанесена на корпус термометра прозрачного окна и на поверхность отсчетного устройства. 3 з. п. ф - лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более точно к медицинскому максимальному термометру. Изобретение может быть использовано в медицине и ветеринарии для измерения температуры тела человека и животных, а также для измерения максимальных температур в других областях науки и техники, например в метеорологии, гидрологии и др. Широко известны медицинские термометры, в которых в качестве термометрического вещества используется ртуть (см. например, авт. св. СССР N 626364, кл. G 01 K 5/32 или патент США N 3688582, кл. G 01 K 5/00 и др.). Однако ртутные термостаты небезопасны в экологическом и медицинском отношении как в производстве и утилизации, так и при их эксплуатации. Известен медицинский термометр, содержащий капилляр с прозрачными стенками, сообщенный с резервуаром, заполненным ферромагнитной жидкостью, магнитную систему, размещенную у торца съемного корпуса, охватывающего капилляр, и шкалу, нанесенную на корпус

Указанный термометр опасен в медицинском отношении, так как при случайном разрушении стеклянного капилляра его осколки могут поранить пациента. Этот недостаток присущ всем капиллярным термометрам. Наличие съемного корпуса в конструкции термометра и возможность фиксации максимальной температуры только в момент, когда корпус полностью надет на капилляр, приводят к травматизму при измерении температуры в труднодоступных частях тела, а в некоторых случаях, и к полной невозможности измерить температуру в полостях тела (например, вагинальной полости). Кроме того, такая конструкция термометра делает невозможным измерение температуры, зависящей от субъективных факторов (квалификации персонала, быстроты надевания на капилляр съемного корпуса, в случае невозможности надеть его вблизи или внутри тела пациента). Конструктивные особенности термометра обусловливают и другие недостатки при его эксплуатации (хранении и подготовке к измерению температуры). Так, перед подготовкой к измерению температуры необходимо разъединить капилляр и съемный корпус; конструкция требует раздельного хранения капилляров и съемных корпусов к ним. Известен максимальный жидкостный термометр, наиболее близкий аналог к заявляемому решению с механизмом приведения его в исходное состояние, содержащий резервуар, заполненный термометрическим веществом (трансформаторным маслом), камеру, установленную на резервуаре и частично заполненную индикаторной жидкостью (трансформаторным маслом), соединенную с резервуаром поршневую пару с ограничителями хода поршня и винтовым приводом, изогнутый под углом в 180 о капилляр с гибкой, перемещаемой ручками, шкалой, размещенной в прозрачном корпусе, и соединенный одним концом с резервуаром, а другим, заостренным, концом с камерой. Указанному термометру, как и другим конструкциям термометров, основанных на измерении объемного приращения термометрического вещества в капиллярах, присущи следующие основные недостатки: возможность ранения пациентов в случае разрушения капилляра его осколками (в данном случае также и попадания экологически вредной жидкости трансформаторного масла на тело или внутрь тела человека или животного); сложность и длительность процесса приведения термометра в исходное состояние для нового замера температуры (в данном случае, требующего удаления индикаторной жидкости из капилляра путем поворот термометра в вертикальной плоскости на угол 180 о и ручной манипуляции с поршневой парой). Кроме того, термометр конструктивно сложен, что обусловливает его низкую технологичность. Так, термометр состоит из множества разнородных деталей (изогнутый капилляр, винтовой привод, гибкая шкала со средствами ее перемещения и т. д.), требующих большой точности их изготовления и сборки. Из-за конструктивной сложности термометра затруднено измерение температуры. Считывание показания шкалы, приходящегоcя на границу уровня индикаторной жидкости, затянутой в измерительный капилляр, возможно только при ручном совмещении нуля шкалы с границей уровня термометрической жидкости, что обусловливает значительные погрешности в измерении температуры как за счет возможного неточного совмещения с нулем шкалы, так и визуального искажения результата измерения. Таким образом, указанный термометр экологически и медицински небезопасен, конструктивно сложен, что влечет за собой сравнительно низкую технологичность его изготовления и определенные эксплуатационные трудности как в части точности и удобства определения температуры, так и в части возврата термометра в исходное состояние для нового замера температуры. Цель изобретения создание максимального медицинского термометра в таком конструктивном исполнении, чтобы обеспечить возможность определения максимальной температуры путем измерения приращения давления в замкнутом объеме, благодаря чему достигается безопасность термометра в экологическом и медицинском отношении, уменьшается время возврата термометра в исходное состояние при одновременном упрощении конструкции и технологии изготовления термометра. Цель достигается тем, что в медицинском максимальном термометре, содержащем корпус с размещенным в одном его конце термометрическим веществом, шкалу и механизм приведения термометра в исходное состояние, в корпусе выполнено окно из прозрачного материала с нанесенной вдоль него на наружной поверхности корпуса шкалой, внутри корпуса размещены поршень со штоком, обращенный рабочей поверхностью к термометрическому веществу и упруго связанный с корпусом, отсчетное устройство, жестко связанное со штоком поршня, выполненное с возможностью перемещения внутри корпуса вдоль его продольной оси, при этом на поверхность отсчетного устройства нанесена шкала нониуса, совпадающая с окном, а механизм приведения термометра в исходное состояние содержит расположенный на противоположном от поршня конце корпуса колпачок, в котором размещен шток сброса с установленной на нем возвратной пружиной. Размещение внутри корпуса поршня, обращенного рабочей поверхностью к термометрическому веществу, и его упругая связь с корпусом позволяют производить измерение температуры не через замер приращения объема, занимаемого термометрическим веществом, как это делается в традиционных капиллярных термометрах, в том числе и в ближайших аналогах настоящего изобретения, а через измерение приращения давления в резервуаре с термометрическим веществом. Такое конструктивное выполнение термометра позволяет при сохранении необходимой для медицины и ветеринарии точности измерения применять в качестве термометрического вещества самые разнообразные экологически чистые материалы (газы, пасты, твердые вещества, например медицински безвредный и экологически чистый водный раствор сахара), а также при сохранении габаритов традиционных медицинских термометров предельно упростить конструкцию термометра, что влечет за собой соответственно и упрощение технологии изготовления термометра. При этом упрощение конструкции позволяет использовать прочные в эксплуатации и легко обрабатываемые материалы для изготовления деталей термометра. Жесткая связь штока поршня с отсчетным устройством, выполненным с возможностью перемещения внутри корпуса вдоль его продольной оси, с нанесенной на поверхность отсчетного устройства шкалой нониуса, а также выполнение на корпусе термометра прозрачного окна с нанесенной вдоль него на наружной поверхности корпуса шкалой позволяют считывать приращение давления, протарированное в делениях градусов с требуемой в медицине точностью. Выполнение механизма для приведения термометра в исходное состояние в виде расположенного на противоположном от поршня конце корпуса колпачка, в котором размещен шток сброса с установленной на нем возвратной пружиной, позволяет простым нажатием на шток сбросить максимальное значение температуры и привести термометр в исходное состояние для последующего замера температуры. При этом время приведения термометра в исходное состояние составляет доли секунды. По одному из вариантов выполнения термометра целесообразно на штоке поршня устанавливать пружину с регулировочной шайбой. Такое выполнение термометра, обеспечивающее упругую связь поршня с корпусом термометра, позволяет обеспечить настройку термометра на любую требуемую точность, а также протарировать его при сборке. Еще по одному варианту выполнения термометра целесообразно на внешней поверхности отсчетного устройства выполнять направляющий паз, а на внутренней поверхности корпуса термометра выступы, входящие в указанный паз. Такое конструктивное выполнение термометра необходимо только в случае выполнения корпуса и отсчетного устройства в виде круглых цилиндров для предотвращения случайных проворотов отсчетного устройства внутри корпуса термометра и, следовательно, сохранения стабильной работы термометра. Еще по одному варианту выполнения термометра целесообразно сопрягаемые поверхности отсчетного устройства и корпуса выполнять с шероховатостью, достаточной для предотвращения самопроизвольного перемещения отсчетного устройства, что позволяет фиксировать максимум измеряемой температуры за счет удерживания отсчетного устройства в этом положении силой трения. Такое выполнение термометра является наиболее простым и технологичным. На фиг.1 изображен медицинский максимальный термометр в разрезе; на фиг. 2 то же, вид в сборе. Медицинский максимальный термометр содержит корпус 1 (фиг.1) с размещенным в одном его конце термометрическим веществом 2, механизм 3 для приведения термометра в исходное состояние. В корпусе 1 выполнено окно 4 из прозрачного материала с нанесенной вдоль него на поверхность корпуса 1 шкалой 5 (фиг. 2). Внутри корпуса 1 размещен поршень 6 (фиг.1), рабочая поверхность которого обращена к термометрическому веществу 2, а сам поршень 6 перемещается во втулке 7. На штоке 8 поршня 6 установлены пружина 9 и регулировочная шайба 10. Шток 8 поршня 6 жестко (винтовое соединение) связан с отсчетным цилиндром (устройством) 11, на поверхности которого нанесена шкала 12 нониуса (фиг.2). Механизм 3 (фиг.1) для приведения термометра в исходное состояние для последующего замера температуры состоит из колпачка 13, в котором размещены шток 14 сброса с возвратной пружиной 15 и упорная шайба 16. Шток 14 при нажатии на его конец, выступающий из колпачка 13, возвращает отсчетное устройство 11 с поршнем 6 в исходное положение. Представленный на чертежах термометр выполнен в варианте, когда и корпус 1 и отсчетное устройство 11 имеют форму кругового цилиндра. Поэтому для предотвращения случайного проворота отсчетного устройства 11 в корпусе 1 отсчетное устройство 11 имеет направляющий паз 17, а корпус 1 выступы 18, входящие в указанный паз 17. Сопрягаемые поверхности отсчетного устройства 11 и корпуса 1 выполнены с шероховатостью, достаточной для предотвращения самопроизвольного перемещения отсчетного устройства, но не препятствующей его возврату в исходное положение после нажатия на шток 14 сброса. Работа термометра осуществляется следующим образом. Термометр помещают в место, температуру которого требуется измерить (например, в подмышку человека при использовании термометра в качестве медицинского). При этом термометрическое вещество 2 (фиг.1), находящееся в одном конце корпуса 1 термометра, начнет расширяться и будет передавать давление на рабочую поверхность поршня 6. Поршень 6 через шток 8 будет воздействовать на отсчетное устройство (цилиндр) 11, перемещая его внутри корпуса 1. Перемещению поршня 6, а следовательно, и отсчетному устройству 11 будет препятствовать пружина 9, отрегулированная при сборке шайбой 10. Таким образом, вместо общепринятого измерения приращения объема, требующего длинных прозрачных и хрупких капилляров, измеряется приращение давления, так же как и приращение объема, пропорциональное температуре. По достижении максимального значения температуры шкала нониуса 12 (фиг.2) займет положение, соответствующее данной температуре тела; по основной шкале 5 отсчитываются целые градусы, а по шкале 12 десятые доли градуса. При этом из-за наличия шероховатости поверхностей отсчетного устройства 11 и корпуса 1 самопроизвольного перемещения отсчетного устройства 11 не произойдет и значение максимальной температуры на шкалах 5 и 12 будет сохраняться сколь угодно долго. Для возвращения термометра в исходное состояние, т.е. для подготовки его к новым замерам температуры, следует нажать на выступающий конец штока 14 сброса, который переместит отсчетное устройство 11 вместе с поршнем 6 в исходное положение. Таким образом, данным термометром максимальная температура измеряется путем замера приращения давления в замкнутом объеме, что обеспечивает простоту конструкции и повышает технологичность его изготовления. Использование данного термометра позволяет повысить быстродействие и точность измерения температуры, а также сократить время приведения термометра в исходное состояние до долей секунды. Термометр безопасен в экологическом и медицинском отношении. Выше были описаны конкретные примеры осуществления настоящего изобретения, допускающие различные модификации и дополнения, которые являются очевидными для специалистов в области техники, к которой данное изобретение относится. Так, упругая связь поршня с корпусом может быть обеспечена не только за счет пружины, как это описано в варианте выполнения термометра, но и путем использования других средств. Средство для предотвращения проворота отсчетного устройства в корпусе в случае их выполнения в виде круговых цилиндров может быть выполнено иной конструкции, чем те, которые указаны в описании изобретения. Иными могут быть выполнены и средства для предотвращения самопроизвольного перемещения отсчетного устройства.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. МЕДИЦИНСКИЙ МАКСИМАЛЬНЫЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий корпус с размещенным в одном его конце термометрическим веществом, шкалу и механизм приведения термометра в исходное состояние, отличающийся тем, что в корпус введен поршень с штоком, примыкающий рабочей поверхностью к термометрическому веществу, отсчетное устройство, жестко связанное с штоком поршня с возможностью перемещения внутри корпуса вдоль его продольной оси, средство для предотвращения самопроизвольного перемещения отсчетного устройства, при этом в корпусе выполнено окно из прозрачного материала, шкала нанесена вдоль него на наружную поверхность корпуса, на поверхности отсчетного устройства со стороны окна размещена шкала нониуса, а механизм приведения термометра в исходное состояние выполнен в виде колпачка, надетого на другой конец корпуса, с размещенным в нем штоком сброса показаний, выведенным наружу, с установленной на нем возвратной пружиной. 2. Термометр по п.1, отличающийся тем, что в него введены средства настройки, выполненные в виде пружины с регулировочной шайбой, установленные на штоке поршня. 3. Термометр по п.1, отличающийся тем, что на внешней поверхности отсчетного устройства выполнен направляющий паз, а на внутренней поверхности корпуса термометра выступы, входящие в этот паз. 4. Термометр по п.1, отличающийся тем, что средство для предотвращения самопроизвольного перемещения отсчетного устройства выполнено в виде шероховатостей на сопрягаемых поверхностях отсчетного устройства и корпуса.

Очень важным максимальным термометром является медицинский термометр, который применяется для определения температуры тела человека. В таком термометре в качестве жидкости используется ртуть. Стеклянные стенки колбы очень тонки, поэтому ртуть быстро приобретает температуру тела. Канал капиллярной трубки очень узок, этим достигается большое изменение длины. При малом изменении температуры.

Особенность, превращающая медицинский термометр в максимальный, - это сужение в капилляре чуть выше колбы. Когда температура возрастает, то расширение сравнительно большого объема ртути в колбе способствует проталкиванию ртути через сужение вверх по трубке. Когда термометр забирают у пациента из-под руки, то ртуть охлаждается и ее объем сокращается.

Силы сцепления между молекулами ртути недостаточно сильны, чтобы втянуть ртуть обратно через сужение, и нить в месте сужения разрывается. Таким образом, ртуть в капиллярной трубке не может попасть обратно в колбу, и зафиксируется максимальная (температура пациента). Ствол термометра обычно имеет треугольную форму, чтобы облегчить снятие его показаний. Термометр нужно резко встряхнуть, чтобы возвратить ртуть в колбу.

Шкала установлена на небольшой диапазон температур - от 35 до 42 °С. Нормальная температура тела равна 36,6 °С (37 °С - ближайшее деление). Короткая шкала позволяет делать и ствол коротким. Ни при каких условиях термометр нельзя мыть в очень горячей воде после того, как его взяли у пациента, иначе термометр может расколоться. Его нужно обеззараживать при помощи стерилизующего раствора.

На рисунке показан другой максимальный термометр, в котором над столбиком ртути помещен стальной указатель. По мере роста температуры указатель продвигается вверх по столбику ртути, поскольку сталь плавает в ртути. Когда температура падает, указатель остается на месте, удерживаемый маленькой пружинкой. Указатель дает максимальное показание. Для установке термометра в исходное положение применяется магнит, возвращающий указатель на поверхность ртутного столба.

В минимальном термометре , показанном на рисунке, применяется спирт, а указатель находится внутри жидкости. Когда температура падает, спирт сжимается и указатель оттягивается назад силой поверхностного натяжения в мениске. Когда температура повышается, спирт протекает мимо указателя, который остается на месте. Указатель установлен здесь не столь плотно, как в максимальном термометре, и термометр используется в горизонтальном положении (например, для измерения минимальной температуры земли ночью). Если термометр слегка наклонить, то указатель соскользнет вниз по трубке и остановится в мениске. Так этот термометр приводится в исходное положение.

Этот термометр применяется на метеостанциях для измерения максимальной и минимальной температуры воздуха в течение 24 ч. В качестве термометрической жидкости, которая содержится в колбе А, используется спирт. Колба В также содержит спирт, а в пространстве над ним содержится смесь спиртовых паров и воздуха. Ртутная нить разделяет два столба спирта. Эта нить ртути перемещает указатели, сделанные из стали и имеющие пружины, чтобы они оставались на месте, когда на них не действует сила. Когда температура повышается, спирт в А расширяется, протекает мимо минимального указателя и толкает ртутную нить по трубке. Ртуть в свою очередь толкает вверх максимальный указатель, и воздух в В сжимается. Когда температура падает, спирт в А сжимается. Теперь воздух в В находится под более низким давлением и расширяется, толкая спирт и ртутную нить по трубке.

Указатель максимума остается на месте, когда спирт протекает мимо, а ртуть толкает указатель минимума по направлению к А. Таким образом, указатель в правом столбе дает максимальное показание, а указатель в левом столбе дает минимальное показание. Для возвращения указателей обратно используется магнит, оттягивающий их вниз к соответствующим уровням ртути. (Конечно, спирт в В также расширяется и сжимается, но это влияет лишь на давление газа в колбе В.)


Термометрические жидкости

В термометрах используются две жидкости — ртуть и спирт.

Ртуть

Преимущества использования ртути в термометре следующие:

• она не смачивает стенки трубки;
• она хороший проводник тепла, и поэтому вся жидкость быстро приобретает температуру окружающей среды;
• она однородно расширяется;
• она имеет высокую точку кипения (357 °С);
• она имеет низкую теплоемкость.

Недостатки использования ртути следующие:

• она имеет высокую точку замерзания (- 39 °С);
• ее расширение достаточно низко.

Высокая точка замерзания означает, что ртутный термометр не может быть использован зимой в странах, где температура падает очень низко.

Спирт

Преимущества использования спирта в термометре следующие:

• он расширяется однородно;
• он имеет большой термический коэффициент расширения;
• он имеет низкую точку замерзания (- 115 °С).

Недостатки использования спирта следующие:

• он смачивает стенки трубки;
• он имеет низкую точку кипения (78 °С);
• он имеет высокую теплоемкость.

Иногда отмечается, что бесцветность - это недостаток. Но это не является существенным, поскольку достаточно легко добавить красящее вещество. Спирт применяется в холодных странах зимой, потому что он имеет низкую температуру замерзания.

Приближается сессия? Загляните на сайт zachet.ru , там собрана большая база студенческих работ по физике.