Измерение температуры, влажности и давления воздуха

Метеорология изучает физические явления, происходящие в воздушной оболочке Земли — атмосфере. Она объясняет атмосферные явления исходя из общих законов физики и химии, и имеет большое значение для различных отраслей народного хозяйства. Преобладающим методом в метеорологии является наблюдение. Для производства наблюдений организуется сеть метеорологических станций 1–го, 2–го и 3–го разрядов.

Величины, характеризующие физическое состояние атмосферы — температура, влажность, давление, осадки, ветер и другие — называются метеорологическими элементами, или элементами погоды. Они подвержены непрерывным изменениям. Сочетание тех или иных значений метеорологических элементов в определенный момент времени называется погодой.

Данная работа преследует цель – ознакомиться с методикой измерения трех основных элементов погоды: температуры, влажности и давления воздуха.

 

Измерение температуры воздуха

Для измерения температуры воздуха применяются ртутные термометры. В холодных странах, где температура опускается ниже температуры замерзания ртути (—39°С), пользуются спиртовыми термометрами. Чтобы термометр показывал температуру возможно более близкую к температуре воздуха, его помещают в особую защиту – так называемую английскую будку с двойными жалюзийными стенками. Кроме того, применяются еще максимальные и минимальные термометры, отмечающие крайние значения температуры за данный промежуток времени.

Для регистрации непрерывных изменений температуры служат термографы. Наиболее распространенный тип термографа имеет в качестве приемной части изогнутую биметаллическую пластинку из металлов с различными коэффициентами расширения. Одним своим концом пластинка соединена посредством тяги и рычага со стрелкой, на которую надето перо. При изменении температуры пластинка изгибается и перемещает перо, которое пишет кривую на бумажной ленте, надетой на барабан, вращающийся при помощи часового механизма с суточным или недельным (как в данной работе) заводом.

Для измерения температуры воздуха применяются термометры с ценой деления 0,1–0,2⁰. Каждый термометр имеет свой индивидуальный номер (в данной работе № 57).

Термометры периодически проверяются и к ним составляется таблица поправок. После отсчета температуры по термометру необходимо внести поправки. Например: отсчет по термометру 25,2⁰, поправка — 0,1⁰, температура 25,1⁰. Поправки меньше 0,1⁰ не вносятся.

 

Измерение влажности воздуха

Влажность воздуха характеризуют упругостью (или давлением) водяного пара, содержащегося в воздухе (абсолютная влажность), и отношением упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре (относительная влажность).

Для измерения влажности воздуха применяются различные гигрометры и психрометры.

Очень простым прибором для определения относительной влажности является волосяной гигрометр. Действие его основано на том, что выщелоченный человеческий волос гигроскопичен и удлиняется по мере увеличения влажности. Тщательно выщелоченный волос закрепляется верхним концом на винте–регуляторе (см. прибор), а нижний конец закрепляется на дужке, сидящей на оси. На оси закреплена также стрелка, конец которой перемещается вдоль шкалы с делениями от 0 % до 100 %. Посредством грузика волос всегда поддерживается в натянутом состоянии. С увеличением влажности он удлиняется и стрелка перемещается вправо.

Показания этого прибора следует сверять с показаниями других приборов для определения влажности. Поскольку волосяные гигрометры не особенно точны (5 — 10%), ими пользуются лишь тогда, когда другие приборы применить нельзя (при температурах ниже 0⁰С).

Психрометр Августа состоит из двух термометров. Один из них — обыкновенный, показывающий температуру воздуха; у другого — шарик покрыт плотно прилегающим к нему батистом, свободный конец которого погружен в стакан с водой. Батист непрерывно смачивается и смачивает при этом шарик термометра. Смоченный термометр показывает температуру более низкую, чем температура воздуха, так как с поверхности шарика происходит испарение, на которое затрачивается тем большее количество тепла, чем суше воздух и чем быстрее идет испарение.

Зная температуру сухого и смоченного термометров, нетрудно найти как абсолютную, так и относительную влажность.

Между упругостью пара ℓ и показаниями сухого и смоченного термометров t₀ и t₁ существует следующая зависимость:

 

где E¹–упругость насыщенного пара при температуре t₀, p – давление воздуха, β — постоянный коэффициент.

В практике наблюдений для вычисления относительной влажности воздуха пользуются психрометрическими таблицами.

Пример: Показание сухого термометра 18⁰. Показание влажного термометра 15°. Относительная влажность 74%.

Из теории психрометра Августа следует, что им можно пользоваться для определения влажности только при температурах выше 0⁰C.

Психрометр Асмана имеет также два термометра — сухой и смоченный. Шарики термометров заключены в металлические оправы с двойными стенками, соединенные общей трубкой с вентилятором, который приводится в быстрое вращение с помощью пружины и всасывает наружный воздух, проходящий мимо резервуаров термометров.

Для измерения влажности с помощью психрометра Асмана за четыре–пять минут до момента наблюдения смачивают батист на резервуаре термометра водой. С этой целью берут наполненный водой резиновый баллон с пипеткой, легким нажимом доводят воду в пипетке до черты и удерживают ее на этом уровне с помощью зажима. Затем вводят пипетку до отказа в трубку правого термометра. Выждав некоторое время (около 0,5 мин.), разжимают зажим, вбирая излишнюю воду в баллон, после чего пипетку вынимают. После этого осторожно, чтобы не сорвать пружины, заводят вентилятор до отказа. Отсчет по термометрам производят на четвертой минуте после запуска вентилятора.

Определение относительной влажности при помощи психрометра Асмана производится по таблицам, или, как в данной работе, по специальным графикам.

Пример: Показание сухого термометра (отсчитывается по вертикальным линиям) 21,7⁰ C. Показание смоченного термометра (отсчитывается по наклонным линиям) 14,3. Относительная влажность (отсчитывается по пересечению вертикальной и наклонной линий) 43%.

Для непрерывной записи относительной влажности применяют гигрографы системы Ришара. Гигрограф Ришара состоит из пучка (40 шт.) выщелоченных волос, который закреплен обоими концами к стойкам прибора и оттянут за середину к вертикальному плечу коленчатого рычага. На противоположном конце рычага имеется противовес, натягивающий пучок волос. При изменении влажности изменяется длина пучка, вследствие чего плечо рычага скользит по другому изогнутому плечу, скрепленному со стрелкой, и пером, отмечающим эти изменения на вращающемся барабане.