大气探测学2温度(2021)

1、大气探测学2温度(2021) 大气探测学其次章 温度的测量 其次章 温度的测量1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 温度、温标、测温器 玻璃液体温度表 双金属片温度计 铂电阻温度传感器 热电偶温度传感器 半导体温度传感器 晶体温度传感器 2.1 温度、温标、测温器 温度的概念 气温、地表温度、土壤温度 温标及其参考点 肯定温标、摄氏温标、华氏温标、its90 测温仪器类型 热膨胀、温差电势、电阻温度效应。 2.1.1 温度的概念 温度表征物体冷热程度的物理量 微观观点：物体分子热运动平均动能的大小 宏观观点：两个物体或系统通过热交换达到 动态平衡(热平衡)时所具有 的一个共同的物理性质 2

2、.1.1 温度的概念 地面气温离地面1.5米左右，处于通 风防辐射条件下温度表度取得温度值。 正点前非常钟平均气温，最高、最低气温 地温 地表温度、最高、最低地表温度 浅层土壤温度(-5,-10,-15,-20cm) 深层土壤温度(-40,-80,-160,-320cm) 高空气温 2.1.2 温标 温标衡量温度的标尺(起点、基本单位) 热力学温标(肯定温标) 量值正比于抱负气体运动的平均动能，单位k 1k等于水三相点(273.16k)温度度量的1/273.16。 阅历温标 摄氏温标() 华氏温标( ) 换算 t ()=t(k)-273.15(k) t ()=(5/9)*( -32) 2.1.

3、3 温标的实现 its90 气体温度表 抱负气体状态方程 pv=rt 抱负气体在固定容积下(v=常数),容器 内的气体压力每转变1/273.15时，其温度变 化相当于肯定温度1k。 氢气或氦气分子量小，接近于抱负气体，可 以用测量固定容器内的氢气或氦气的压力变 化的方法，精确实现肯定温标标定。 气体温度表浩大简单，引入有用温标。 2.1.3 温标的实现 its90 有用温标 its90 系列参考点(指定物质的相平衡点) 气象范围：氩、汞、水三相点、铟凝固点 内插仪器(标准传递仪器) 国际标准铂电阻温度表 国家标准铂电阻温度表及其偏差函数 内插公式及其转换公式系数 正温 负温 (现代大气观测，p

4、8-p11) 2.1.3 温标的实现 its90 水的三相点 水固、液、气三相平衡共有的状态，对应于 一个确定不变的温度和气压值。 温度等于273.16k 水气压为6.11hpa 2.1.4 常用的测温方法和分类 利用物体某一属性随温度变化作为依据，而这 种属性又是可以简单精确度量的。 测温物质和测温特性 测温方法 接触式测量(以介质直接接触建立热平衡) 胀缩式(氢气、水银、双金属片) 电测式(电阻、热电偶、半导体) 谐振式(石英晶体) 非接 触式测量(遥感) 被动式(红外、微波、光学辐射温度计) 主动式(声学测温、激光雷达) 2.2 玻璃液体温度表 利用玻璃容器中的测温液体随温度 变化引起体

5、积膨胀，从液柱位置的 变化来测定温度 感应部分布满液体的玻璃球 l 视度部分玻璃毛细管 v=vt v0=v0(1+a t)-v0=v0a t l= v/s=v0a t/s l/ t = va/s s 2.2 玻璃液体温度表 常用测温液体 汞凝固点-38.862 ,4%铊合金-62 沸点356.9 热膨胀系数1.82*10exp-4 / (18 ) 用于干湿球温度表、最高温度表，低温不能用 酒精凝固点-177.5 ,沸点78.5 , 膨胀系数1.10*10exp-3/ (18 ) 用于最低温度表、不能用于高温(地表温度) 2.2 玻璃液体温度表 常用液体温度表 一般水银干湿球玻璃温度表(精确度0

6、.2) 测定气温、湿球温度 组成：感应球部、毛细管、标尺板、外套管、液柱 最高温度表 最低温度表 地表面温度表 曲管地温表 直管地温表 2.2 玻璃液体温度表 主要误差 零点永恒位移 由玻璃温度表球部容积随时间缩小 球部临时变形 环境温度的连续变化引起 刻度误差 玻璃毛细管截面积的非匀称性引起刻度的非线性 2.3 双金属片温度计 基本原理 基本结构 感应部分 双金属片(主动片、被动片) 传递放大部分 自动记录部分 2.3 双金属片温度计 b b a a o 2.4 铂电阻温度传感器 金属的电阻特性r=l/s 电阻率随温度变化 金属的电阻值与温度的关系rt = r0 ( 1+ a t + b t 2) 当ab 时， rt = r0 ( 1+ a t ) d r / d t = r0 a = 0 a l / s 2.4 .1铂电阻温度 传感器特性 作为温度传感器要求： 物理、化学性质稳定 电阻温度系数稳定、连续 电阻率长期稳定性好 电阻率及温度系数大 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 铂 镍 铁 钨 铜 电阻率 电阻温 度 2.4.1铂电阻温度传感器特性 铂电阻计算公式-2000 : rt = r0 ( 1+ a t + b t 2 + c(t-100)3) 0 650 :