ЛЕКЦИЯ 7

измеряют температуру воды.

Первый способ применяют, когда отсутствующее сильное волнение. Порядок работы при этом такой:

• Поворотом оправы закрывают шкалу термометра

• Термометр на лине опускают в воду настолько, чтобы верхний конец оправы опустился в воду на 5-10 см

• Поднимают термометр, выливают воду со стакана и снова опускают в воду, где выдерживают его 3 минуты

• Быстро поднимают термометр, становятся спиной к солнцу, чтобы закрыть его от солнечных лучей

• Не выливая воду поднимают термометр к уровню глаз, вращают внешнюю оправу, чтобы можно было видеть шкалу

• Делают отсчет с точностью до 0.1 °С (время отсчета не более 30 сек)

• В темное время отсчет ведется на просвет, включив фонарь за термометром.

Второй способ используют при сильном волнении. Порядок работы:

• Предварительно ополаскивают ведро забортной водой

• Погружают ведро не более чем на 0.5 метра

• Выдерживают около 1 минуты, чтобы оно приняло температуру воды

• Поднимают ведро и ставят в тень

• Опускают термометр, делают 2-3 помешивания, вынимают термометр и выливают воду со стакана

• Снова погружают термометр в ведро и, помешивая, делают время от времени отсчеты, не вынимая термометр

• Когда два таких следующих один за другим отсчета дадут одинаковые показания (обычно через 2 минуты), записывают последний отсчет в книжку

Для получения сравнимых данных температура воды должна измеряться у берега всегда в одном и том же месте. Обычно это выдающиеся в море молы или причалы. Глубина места измерения должна быть не меньше 50 см при наиболее низком уровне. Место измерения должно быть отдалено от устьев рек, ручьев, ливневых и канализационных стоков. В зимнее время море в районе наблюдений не должно промерзать до дна.

С судна температуру воды измеряют с подветренного борта в носовой части.

Глубоководный опрокидывающийся термометр Глубоководный опрокидывающийся термометр предназначен для измерения температуры воды на заданных горизонтах. Он состоит из двух термометров: основного (главного) и вспомогательного (коррекционного), которые расположены в стеклянной оболочке, которая охраняет их от давления воды на глубинах. Основной термометр служит для измерения температуры воды, а вспомогательный - для измерения температуры воздуха внутри термометра в момент отсчета по основному термометру.

Вспомогательный термометр представляет собой обычный ртутный термометр и смонтирован в перевернутом состоянии относительно основного. Оба термометра скреплены друг с другом двумя металлическими хомутиками и закреплены в стеклянной оболочке с помощью пробки и упругих скобок, прикрепленных к верхнему хомутику.

Основной термометр состоит из резервуара и припаянного к нему толстостенного капилляра. Пространство между резервуаром и стеклянной оболочкой заполнено ртутью для исключения изолирующего влияния находящегося в этом пространстве воздуха, и обеспечения теплового контакта резервуара с внешней средой. Ртуть изолирована пробкой от другой части стеклянной оболочки. Чтобы внешнее давление не передавалась на резервуар термометра, пространство между резервуаром и оболочкой заполняется ртутью не полностью.

На некотором расстоянии от резервуара капилляр имеет сужение, от которого ответвляется в сторону и вниз под небольшим углом так называемый глухой отросток. Несколько выше глухого отростка капиллярная трубка завернута петлей в один оборот; капилляр на всем протяжении петли значительно расширен. Петля служит для приема излишка ртути, который может поступить в капилляр из резервуара после опрокидывания термометра. Этот излишек может возникнуть при расширении ртути от повышения температуры в сравнении с температурой, которая наблюдалась в момент опрокидывания термометра. Выше петли капиллярная трубка прямолинейна. Цифровые обозначения целых градусов нанесены на шкалу начиная от верхнего конца капилляра в обратном направлении относительно резервуара, потому что отсчет ведется при перевернутом положении термометра - резервуаром вверх. Объем приемника и капилляра до отметки шкалы 0°С для каждого термометра постоянный и выражается не в обычных объемных единицах, а в градусах, т.е. в тех же единицах, что и шкала термометра. Этот объем называется Vo или Vol (от английского слова volume - объем). Значение его наносят на приемник c задней стороны термометра и, кроме того, указывают в паспорте термометра.

Принцип действия термометра состоит в следующем. После выдержки на заданном горизонте, в течение которой термометр расположен резервуаром вниз, он опрокидывается. При этом столбик ртути отрывается в месте ответвления глухого отростка, отделяясь от основной массы ртути, которая находится в резервуаре. Постоянство места отрыва ртути является основным условием правильности показаний глубоководного термометра. Ртуть, которая оторвалась, стекает в противоположный конец капилляра, где находится приемник. После отрыва учитывается тепловое изменение объема только ртути, которая оторвалась. Объем ее крайне малый, а потому его тепловое изменение при отсчете незначительно. Для учета этого изменения объема и ведется одновременно отсчет по вспомогательному термометру, по которому потом вводится поправка на изменение объема оторвавшегося столбика ртути, который при поднятии термометра подвергается температурному влиянию слоев воды, лежащих выше, и воздуха (эта поправка называется «редукционной»).

Для измерения температуры воды в морях с разным тепловым режимом выпускаются глубоководные термометры с такими диапазонами температур: от -2 до +9°С (цена деления 0.05°С); от -2 до +16°С цена деления 0.1 °С и от -2 до +32°С с ценой деления 0.1 °С

Вспомогательные термометры имеют диапазон показаний от -20 до +45°С с ценой деления шкалы 0.5°С.

Порядок измерения температуры глубоководным термометром:

• два термометра прикрепляют к батометру (или к раме) и в таком виде погружают на заданную глубину. Термометры подбирают так, чтобы они имели близкие Vol и приблизительно одинаковый ход инструментальных поправок

• приборы выдерживают на заданных глубинах на протяжении времени, необходимого для принятия термометром температуры окружающей воды, т.н. времени аккомодации (обычно 5-7 мин), считая с момента погружения на заданный горизонт самого верхнего прибора

• по окончании выдержки опускают по тросу посыльный грузик и, не отнимая руки от троса, убеждаются, что ощущается двойной удар у каждого батометра, и, таким образом, все грузики достигли цели и батометры перевернулись

• поднимают приборы на палубу и делают первый отсчет. Он производится немедленно после извлечения прибора из воды и служит для предварительного ориентирования в степени надежности показаний термометра. Точность отсчета по вспомогательному термометру 0.1 °С, по основному - 0.01°С

• по окончании отбора проб воды со всей серии батометров, но не раньше, чем через 5 минут после поднятия прибора (чтобы столбики ртути основного и вспомогательного термометров приняли температуру окружающего среды), делают второй отсчет. Второй отсчет считается окончательным и принимается для последующей обработки. В случае возникших сомнений в правильности второго отсчета, его необходимо повторить.

Основные требования к глубоководному термометру Исправный термометр должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Расстояние между делениями шкалы должна обеспечивать отсчет к 0.01°С.

2. Отрыв должен происходить всегда в сужении возле глухого отростка

3. Ртуть, которая оторвалась, не должна разбиваться на отдельные части

4. При перевороте термометра ртуть должна соединяться с ртутью, которая находится в резервуаре

5. Термометр должен иметь свидетельства об инструментальных поправках основного и вспомогательного термометров

Инерция термометра. Всякий термометр имеет температурную инерцию, то есть он не мгновенно принимает температуру окружающего среды. Поэтому термометр должен выдерживать в воде не меньше времени принятия температуры окружающего среды (время аккомодации 5-7 мин). Однако не следует термометр выдерживать в воде больше этого срока, во избежание потерь времени.

Уход за термометром Термометры всегда хранятся в вертикальном положении, ртутным резервуаром вниз. Иначе столбик ртути будет длительное время изолирован от общей массы ртути, в результате чего в месте отрыва ртути может оказаться пленка окислов, у которой в дальнейшем будет происходить отрыв.

Термометры должны храниться в помещении с температурой воздуха >0, но ниже верхней границы шкалы термометра.

Термометры - глубомеры (ТГМ) Термоглубомером (ТГМ) служит несколько измененный глубоководный опрокидывающийся термометр, у которого внешняя стеклянная трубка, которая защищает резервуар термометра от давления воды, открыт с нижней стороны и имеет в верхней части отверстие для стока воды. В таком термометре длина столбика ртути в капилляре будет меняться не только под влиянием температуры, но и в результате непостоянного внешнего давления.

Одновременно с термоглубомером в паре с ним на ту же глубину опускается обычный глубоководный термометр, защищенный от давления столба воды. Поскольку отсчет по защищенному термометру дает температуру воды на заданном горизонте, а отсчет по незащищенному термометру (ТГМ) искажен влиянием давления, то значение давления может быть легко рассчитано по разности показаний обоих термометров. Таким образом, остается лишь перевести давление, выраженное в градусах температуры, в линейную меру, которая показывает высоту столба вода над термоглубомером.

Удлинение столбика ртути при изменению давления на 1 кг/см² называется коэффициентом давления (или коэффициентом сжимаемости) термоглубомера. Коэффициент этот измеряется в компрессорной установке при выпуске термоглубомера с завода и записывается в свидетельство о поверке термоглубомера.

Глубина погружения термометра-глубомера расчитывается по формуле:

где Н - глубина погружения

(Т-Т_ТГМ) - разность полученных температур по гермоглубомеру и глубоководному термометру.

β - коэффициент давления ТГМ, приведенный в свидетельстве прибора

α_е - средний удельный объем воды от поверхности моря до данной глубины.

Батитермограф

Батитермограф (БТ) - морской гидрологический прибор, который предназначен для измерения и записи распределения температуры воды по вертикали в верхнем 200-метровом слое моря. БТ может использоваться как в дрейфе, так и на ходу судна.

Устройство. БТ (ГМ-9) состоит из двух основных частей: термоблока, который регистрирует изменение температуры, и батиблока, который показывает глубину. Перемещение этих двух блоков прибора комбинируется в одно перемещение пера, которое записывает на стеклянной пластинке со специальным покрытием изменение температуры в зависимости от глубины. Таким образом и получают распределение температуры воды по вертикали до 200 метров.

Термоблок представляет собой термосистему (медная капиллярная трубка длиной около 20-25 метров), один конец которой запаян, а другой соединен с полой бронзовой геликоидальной пружиной. Эта система заполнена толуолом. К свободному концу пружины припаяна стрелка с иглой на конце. При изменении температуры воды меняется объем толуола, которым заполнена система. В результате возникает упругая деформация пружины, которая заставляет скручиваться или раскручиваться эту пружину. При этом игла стрелки скользит по стеклу, которое имеет специальное покрытие и с погружением прибора процарапывает на покрытии линию толщиной меньше 0.1 мм. Другая стрелка, прикрепленная к раме, служит дам нанесения базисной линии. Трубка с толуолом намотана на гребенки стабилизатора и защищена от механических повреждений.

Батиблок содержит цилиндрическую пружину, надетую на неподвижный стрежень и заключенную в герметичный блок сильфонов. Сильфоны воспринимают непостоянное давление воды и передают его пружине. Один конец сильфона закреплен неподвижно, а ко второму (подвижному) прикреплен столик, на котором лежит стекло.

При погружении прибора втулка под действием гидростатического давления столба воды перемещается по стрежню на расстояние, пропорциональное давлению. При этом столик перемещается в сторону неподвижного конца пружины, а стрелка термоблока чертит на закрепленном на этом столике стеклянной пластинке, размером 5x6 см, линию изменения температуры с глубиной.

В комплект прибора входит отсчетное приспособление, которое применяется для обработки записи на стекле. Оно представляет собой рамку с установленной на ней лупой. В рамке жестко установлена сетка, построенная по результатам градуировки батитермографа. Стеклянная пластинка с записью устанавливается на этой сетке таким образом, чтобы базисная линия на стекле совпадала с базисной линией на сетке. Цена деления отсчетной сетки составляет: по температуре - 0.2°С, а по глубине - 2 метра.

Батитермограф ГМ-9 имеет диапазон измерений температуры воды от -2 до 30°С. Точность отсчета - 0.1°С. Масса прибора 10-15 кг.

Судовой радиационный термометр ( ик-радиометр )

Ик-радиометр предназначен для неконтактного измерения температуры поверхности воды с судна как на ходу, так и в дрейфе. Он состоит из двух блоков: оптической головки и пульта управления и регистрации. Оптическая головка предназначена для приема инфракрасной радиации и концентрации ее на тепловом приемнике-болометре с дальнейшим преобразованием ИК радиации в электрический сигнал для последующего его усиления. Пульт управления предназначен для преобразования сигнала, который поступает от приемника, и регистрации его на самописце. Схема ик-радиометра содержит в себе модулятор, болометр, усилитель, термостабилизатор, схему питания прибора.

Поток ИК радиации, который излучается поверхностью с площади равной полю зрения оптического блока, поступает на тепловой приемник - болометр через входной защитный фильтр и преобразовывается двухлопастным модулятором с частотой 10 гц. Вращение модулятора обеспечивает попеременное поступление на поверхность сферического зеркала и после него на болометр потоков излучения моря и модели черного тела. Для фильтрации радиационных препятствий перед болометром установлен оптический фильтр с полосой пропускания 8-13 мк.

Таким образом, тепловой поток, который поступает на болометр представляет собой разность излучения моря и модели черного тела. Эта разность вызывает изменение сопротивления болометра с частотой модуляции (10 Гц), а значит и изменение напряжения на болометре. Это переменное напряжение потом превращается в рабочий сигнал, который через усилитель поступает на регистратор прибора (потенциометр ЭПП-09). Система термостабилизации содержит датчик температуры, сигнал которого поступает через реле на нагревательную обмотку оптического блока.

Основные технические характеристики Диапазон измерения температуры от -3 к +37°С Предельная чувствительность приемного устройства 0,05°С Точность измерения 0.2°С Угол зрения оптического блока 12 град. Точность термостабилизирования 0.1 °С Время выхода на режим измерения 4 часа. Размеры оптического блока 716 x 415 мм. Масса аппаратуры 50 кг. Питание 220 в, 50 Гц.