实验1-温度测定

【实习目的】通过实习掌握各种常用温度表和温度计的构造原理和使用方法，并能独立完成测温仪器的安装、观测读数和温度记录的整理工作。【实习仪器】普通温度表、最高温度表、最低温度表、曲管地温表、双金属片温度计、通风干湿表、电测温度表、百叶箱等。,实习一温度的观测,【实习内容】一、测温方法和测温仪器温度是征表物质冷热程度的物理量，反映物质所具内能的多少，它是基本的气象要素之一，也是气象、农业、林业、生态、环境等众多学科中普遍使用的热量指标。实际中对温度进行测量的项目主要有空气温度、地面及其它表面温度、土壤温度、水温等。温标是用于衡量物体温度大小的量度标尺。制定温标时，常以标准大气压力下纯水的冰点和沸点作为基准点，再把这两点之间等分为若干份，每份为一度。常用的温标有摄氏温标、华氏温标和绝对温标，摄氏温标的单位为摄氏度，是将标准大气压力下纯水的冰点作为0，沸点作为100，中间等分为100份，每份为1；华氏温标的单位为华氏度，是将标准大气压力下纯水的冰点作为32，沸点作为212，中间等分为180份，每份为1；绝对温标的单位为开尔文K，是根据理想气体的在一定压力下，体积和温度之间的线性关系得到的，又称为标准温标、热力学温标或开尔文温标。我国在实际工作和日常生活中均采用摄氏温标。,三种温标的换算关系如下：摄氏温标：C=5/9(F-32)华氏温标:F=9/5(C+32)绝对温标:K=273.15+C,二、温度表的种类及构造原理温度表（玻璃液体温度表）一般采用水银或酒精作为测温液体，利用水银或酒精热胀冷缩的特性来对温度进行测量。水银性能稳定、导热系数大且不浸润玻璃，精度和灵敏度高，因此玻璃液体温度表多采用水银温度表，但水银的凝固点较高，为-38.9，不能用于测量-36以下的低温.酒精的稳定性和导热性、精度和灵敏度均较水银为差，且浸润玻璃，但酒精的凝固点很低，为-117.5，故测量-36以下的低温时要采用酒精温度表，并且用于测量最低温度的最低温度表因其特殊的构造亦采用酒精温度表。,玻璃液体温度表主要由感应球部、毛细管、刻度磁板和外套管四个部分构成，见图2-1，读数精确到0.1。常用的温度表主要有普通温度表、最高温度表、最低温度表、曲管地温表和直管地温表等，除普通温度表中的干湿球温度表的刻度分度为0.2外，其它的温度表的刻度分度均为0.5。,图2-1普通温度表,1普通温度表普通温度表用于读取观测时的温度，一般采用水银温度表，但测量-36以下的低温时则使用酒精温度表。普通温度表主要有干湿球温度表和地面普通温度表。测量地面温度的普通温度表称地面普通温度表；测量空气温度的普通温度表称为干球温度表，如果普通温度表的感应球部包裹着湿润的纱布，便为湿球温度表，湿球温度表和干球温度表配合可测量空气湿度。干湿球温度表主要有百叶箱干湿表和通风干湿表，百叶箱干湿表安置在百叶箱中，测量1.5m高度的空气温湿度；通风干湿表是一种带有机械通风装置的便携式的测量空气温湿度的仪器，常用于小气候观测和野外考察观测。,2最高温度表最高温度表用于测量一段时间内出现的最高温度，采用水银温度表。其构造与普通温度表基本相同，不同之处是将最高温度表靠近感应球部的毛细管制成更细小的狭窄细管，或在感应球部的底部固定一枚玻璃针，针尖插入毛细管内使这一段毛细管变窄，如图2-2。温度升高时，感应球部受热，球部内的水银体积膨胀，压力增大，迫使水银挤过窄口进入毛细管；温度降低时，感应球部失热，球部内的水银体积收缩，但由于水银体的内聚力小于通过窄口时的摩擦力，毛细管中的水银无法缩回球部，水银柱在窄口处断裂，窄口以上毛细管中的水银柱仍停留在原处。因此，毛细管中的水银柱上端所示的温度即为过去一段时间内曾经出现过的最高温度。,图2-2最高温度表,3最低温度表最低温度表用于测量一段时间内出现的的最低温度，采用酒精温度表。在最低温度表毛细管的酒精柱中，有一个可以移动的哑铃状的蓝色（藏青色）小游标，如图2-3。当温度降低时，感应球部的酒精体积收缩，使毛细管中的酒精柱向感应球部收缩，由于酒精柱凹面的表面张力大于毛细管壁对游标的摩擦力，游标被酒精柱凹面推着向低温方向移动；而当温度升高时，感应球部的酒精体积膨胀，由于此时没有酒精柱凹面的表面张力作用于游标，酒精对游标的作用力小于毛细管壁对游标的摩擦力，膨胀的酒精可由游标的周围慢慢通过，而不能带动游标移动，游标仍停留在原处。因此，蓝色哑铃状游标远离感应球部一端所示的温度即为过去一段时间内曾经出现过的最低温度。,图2-3最低温度表,4曲管地温表曲管地温表用于测量浅层土壤温度，以水银作为测温液体，在曲管地温表表身靠近感应球部处弯曲成135的折角，如图2-4。一套曲管地温表通常有四支，分别测量5、10、15、20cm深度的深层土壤温度，测量的深度越深，表身的长度越长，在安装时曲管地温表的示数部分都能露在地面上，以便于观测读数。,图2-4曲管地温表,5直管地温表直管地温表用于测量深层土壤温度，以水银作为测温液体。一套直管地温表通常有四支，分别测量40、80、160、320cm深度的深层土壤温度。直管地温表构造如图2-5，温度表装在带有铜底帽的保护框内，保护框中部有一长孔，使温度表的示数部分显露以便于读数。保护框的顶端连接在一根木棒或三节棒上，测量的深度越深，木棒的长度越长。木棒和保护框安放在一根硬橡胶套管中，木棒顶端有一金属盖，可盖住套管口。直管地温表在安装时将套管垂直埋入土中，观测时需将温度表从套管中抽出进行读数。直管地温表主要用在常规地面气象观测中，农业及其它方面很少用到。,图2-5直管地温表,三、温度表的安装和观测方法（一）百叶箱百叶箱是安置空气温度、湿度测量仪器用的防护设备，其内外均涂成白色。百叶箱的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能够真实地感应外界环境空气温度和湿度的变化，我国百叶箱内的平均自然通风速度约为0.4ms-1。,百叶箱通常由木质或玻璃钢材料制成，箱体四壁均由两层薄的百叶组成，叶片呈人字形排列，叶片与水平面的夹角约为45，箱底由三块平板组成，中间一块稍高，箱顶为两层平板，上层稍向后倾斜。百叶箱水平安装在一个特制的百叶箱支架上，支架顶端高出地面125cm，安装时使百叶箱的箱门对准正北,门下百叶箱支架旁安放一个小的台阶梯，以便观测。,木制百叶箱分为大小两种。小百叶箱内部高537mm，宽460mm，深290mm，安装干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表和毛发湿度表.大百叶箱内部高612mm，宽460mm，深460mm，安放双金属片温度计、毛发湿度计或铂电阻温度传感器、湿敏电容湿度传感器。玻璃钢百叶箱内部高615mm，宽470mm，深465mm，用于安装各种空气温度、湿度测量仪器。,（二）百叶箱内仪器的安装小百叶箱内的仪器主要干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表和毛发湿度表，安装如图2-6所示。在小百叶箱的底板中心，安装一个专门的温度表支架，干球温度表和湿球温度表垂直悬挂在支架两侧，感应球部向下，干球温度表在东侧，湿球温度表在西侧，感应球部距地面1.5m高。湿球温度表感应球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的小水杯内，杯中盛蒸馏水，杯口距湿球感应球部约3cm。干球温度表反映观测当时的空气温度，湿球温度表与干球温度表配合用于测量空气湿度。在温度表支架的下横梁上有两对弧形钩，最高温度表和最低温度表均横放在弧形钩内，球部朝东。最高温度表放在较高的一对横钩上，球部稍向下倾斜，高出干湿球温度表感应球部3cm。最低温度表放在稍低的一对横钩上，球部稍向上倾斜，低于最高温度表1cm。毛发湿度表垂直悬挂在温度表支架的上横梁上，上端用螺丝固定，用于在气温低于-10时测量空气湿度。,大百叶箱内，靠前的下面的架子上放置双金属片温度计，温度计感应部分离地面1.5m。靠后的上面的架子上放置毛发湿度计。,图2-6小百叶箱内仪器的安装,（三）地温表的安装常用的地温表主要有地面温度表和曲管地温表，在地面气象观测场中安装在靠南侧的面积为2m4m的疏松平整的裸地上。地面温度表一套为三支，分别是地面普通温度表、地面最低温度表和地面最高温度表。三支地面温度表水平地平行安放在地面上，从北向南依次为地面普通温度表、地面最低温度表和地面最高温度表，表间相隔约5cm，温度表感应球部朝东，感应球部和表身一半埋入土中，一半露出地面，感应球部埋入土中的部分必须与土壤紧密相贴，如图2-7所示。,图2-7地面温度表的安装,曲管地温表一套为四支，分别测量5、10、15、20cm深度的浅层土壤温度。曲管地温表安装在地面最低温度表的西边约20cm处，按5、10、15、20cm深度顺序由东向西排列，感应部分朝北，表身与地面成45的夹角，各支地温表表间相隔约10cm。曲管地温表如图2-8所示，安装时，先挖一段长度约40cm的沟，沟呈三角形，自东向西逐渐加宽加深，西侧约20cm宽。沟的南壁为东西向，为一向北加深的倾斜坡面，与水平面成45左右的夹角；沟的北壁垂直向下，与沟的南沿成30左右的夹角；沟的西壁垂直向下，与沟的南壁垂直。然后用尺在沟的南壁量出各支地温表的水平位置，表间相隔约10cm，在沟的北壁量取各支地温表感应球部的安装深度，由东向西分别为5、10、15、20cm，并分别安放对应深度的地温表，地温表的表身贴沟的南壁与水平面成45左右的夹角，表身示数部分下端的红色标记与地面平齐。最后小心地用土将沟填平，并适度培紧。,图2-8曲管地温表的安装,（四）温度的观测方法在常规地面气象观测中，温度在每天02、08、14、20时（北京时）进行观测。最高温度和最低温度每天观测一次，在20时进行，读数后要对最高温度表和最低温度表进行调整。,在对温度表进行观测读数时，视线应与毛细管水银或酒精柱的顶端齐平，先读小数，后读整数，精确到一位小数。读取最低温度时视线应平直地对准蓝色哑铃状游标远离感应球部的一端，观测最低温度表酒精柱时，视线应平直地对准酒精顶端凹面中点的位置。,最高温度表的调整方法是：用手握住温度表表身中部，感应球部向下，手臂伸直，稍离身体将温度表前后甩动，甩动与刻度磁板面平行，直到毛细管水银柱示数接近当时的普通温度表。调整后将最高温度表放回原处时，应先放感应球部，后放表身，以免毛细管水银柱上滑。最低温度表的调整方法是：将温度表感应球部向上抬起，表身倾斜使游标滑动到毛细管酒精柱的顶端。调整后将最低温度表放回原处时，应先放表身，后放感应球部，以免游标下滑。,小百叶箱内的观测顺序是：干球温度表、湿球温度表、最低温度表酒精柱、毛发湿度表、最高温度表、最低温度表游标、调整最高温度表和最低温度表。大百叶箱里，先观测双金属片温度计，后观测毛发湿度计，读数后要作时间标记。,地温表的观测顺序是：地面普通温度表、地面最低温度表酒精柱、地面最高温度表、地面最低温度表游标、5cm、10cm、15cm、20cm曲管地温表、调整地面最高温度表和最低温度表。最低温度表每天08时和20时二次观测读数。在高温季节时，最低温度在08时观测，观测后将地面最低温度表收回，放在阴凉处或室内，20时观测时再放回原处，但在出现雷雨天气时应及时将最低温度表放回原处；在冬季地面积雪时，应将地面温度表从雪中取出，水平安放在未被破坏的雪面上，对雪面温度进行观测和读数。,（五）温度表的器差订正温度表由于制造的材料、技术和测温液体日久变化等原因，通常都存在有不同程度的仪器误差，这种仪器误差通常简称为器差。在每支温度表出厂前或送到专业部门重新检定时，检定人员将温度表和标准温度表进行鉴定比较，得出温度表的器差订正值，并制成温度表的器差订正表，列在该温度表的鉴定证上。温度表的观测读数必须进行器差订正，消除温度表本身的误差后，才能得到实际的温度值。对观测读数进行器差订正时，首先对照温度表的表号找到该温度表所对应的器差订正表，并在器差订正表中找出观测读数所处的温度范围所对应的器差值，然后将观测读数与器差值相加即得到实际的温度值。订正公式为：实际值=读数值+器差（订正值）,例1：某表号为691210的温度表的器差订正表见表2-1，某次观测时,该温度表的读数为21.5，由其器差订正表可知，21.5介于温度范围12.625.0之间，对应的器差订正值为-0.1，则实际温度为：,四、双金属片自记温度计能够自动记录温度连续变化的仪器称为自记温度计，简称温度计，通常所讲的温度计是指感应部分为双金属片的双金属片温度计。双金属片温度计能够自动记录空气温度的连续变化，但其精确度比温度表差，使用时要用温度表的观测记录来对温度计的温度记录进行器差订正。,（一）双金属片温度计的构造原理双金属片自记温度计由感应部分（双金属片）、传递放大部分（杠杆）、自记部分（自记钟、笔挡、自记笔、自记纸）组成，如图2-9。,图2-9双金属片自记温度计,双金属片温度计的感应部分为一片弯曲的双金属片，双金属片由两片热胀系数不同的金属片溶接而成。当温度变化时，由于两种金属膨胀或收缩的程度不同，致使双金属片的弯曲程度发生改变，双金属片温度计的测温原理就是通过双金属片的弯曲程度来反映温度及其变化。双金属片的一端固定在支架上，另一端连接在杠杆上，当温度变化双金属片发生变形时，通过所连接的杠杆装置，带动自记笔上下移动，配合自记钟的转动，使自记笔尖在温度自记纸上画出温度变化的连续曲线。,温度自记纸卷在一个圆柱形的自记钟筒上，并用压纸金属条固定。自记钟和自记纸都有日记型和周记型两种，常用的是日记型的自记钟及其配套的自记纸。温度自记纸上的弧形纵座标为温度，刻度范围为-35+45，最小分度为1，误差小于1；自记纸上的横座标为时间，日记型自记纸上横座标每一分格表示15分钟，使用期限为一天，在每天的14时更换自记纸；周记型自记纸上每一分格表示2小时，使用期限为一个星期。双金属片温度计放置在大百叶箱内靠前的下面的架子上，定时观测读数后要在自记纸上作时间标记。,（二）自记记录的订正由于自记钟筒走时的快慢，感应部件反应的滞后，传递装置的摩擦等原因，自记纸上的读数往往存在误差，因此需要对双金属片温度计的温度记录进行时间订正和读数订正,订正的方法是对照定时观测时的实际时间和实际温度对双金属片温度计的器差进行内插。,1时间订正双金属片温度计的时间订正以定时观测时在自记纸上所作的时间标记作为订正的依据，对双金属片温度计的时差进行内插。具体订正方法如下：当时间标记超过正点线时，时差为正，时间标记不到正点线时，时差为负。本次定时观测的时间以tn表示，时差以n表示，上次定时观测的时间以t0表示，时差以0表示，则两次定时观测中间的各个正点时间ti的时差i可由下式求得：,两次定时观测中间的各个正点的正确时间等于自记纸上的各个整点时间加上当时的时差，并将各个正点的正确时间用铅笔在自记纸的温度日变化曲线上标出正确位置。,例2：08时温度计观测读数时，时间标记在7时50分，14时温度计观测读数时，时间标记在14时05分，计算08、09、10、11、12、13、14时在自记纸上的正确时间。总的时差变化：5-(-10)=15分钟平均时差变化：156=2.5分钟各正点的时差：08时，起始时差=-10分09时，-10+2.51=-8分10时，-10+2.52=-5分11时，-10+2.53=-3分12时，-10+2.54=0分13时，-10+2.55=3分14时，终止时差=5分08、09、10、11、12、13、14时的正确时间分别为：7:50、8:52、9:55、10:57、12:00、13:03、14:05