uchebnik13

Для прибора цилиндрической формы

к = C,~48)21 + (~)2'

где r - радиус ЦИJIИндра;

h -высота его.

При определеlIИИ образец почвы, имеющий определенную тем­

пературу, помещают в среду с постоянной, но отличной от образца почвы температурой. После установления в системе регулярного

режима разность температур образца и среды - tO будет изме­

где А - постоянная, u - функция координат точки измерения

температуры, Т - время, т - коэффициент, зависящий от формы,

размера и тепловых характеристик образца почвы. Измеряя в раз­

-Т2 -Т1 •

Если измерить в два различных момента времени Т1 И Т2

соответствующие им разности температуры почвы и воды t1 И t2,

можно определить величину m.

Разность температур образца почвы и жидкости в калориметре пропорциональна термоэлектродвижущей силе, которую измеряют

Калориметр состоит из цилиндра для почвы, термостата

и измерителя. ЦИJшндр (рис. 92) полый, тонкостенный, диамет­

ром 5 СМ, высотою 7 СМ, снизу заостренный, чтобы облегчить взятие образца почвы ненарушенного строения. Дно и крышка,

из меди или оцинкованного железа, внутри которого располо­

жены 3 металлических цилиндра, разделенные воздушными про­ слойками - а и б. Между стенками первого и второго цилиндра

прослойка из войлока - 2 для теплоизоляции. Центральный

калориметрический сосуд - 3 емкостью 8 л заполняют водой

281

цилиндра с почвой и без н.ее определяют вес образца почвы. Зная объем цилиндра и влажность почвы, определяют удельный

вес скелета почвы. Затем вводят внутрь почвы термопару. Швы

дна и крышки цилиндра покрывают нитрокраской для герметич­

ности. При определении температуропроводности мерзлой почвы

цилиндр с почвой предварительно выдерживают в ультратермо­

стате или криостате при заданной температуре. Начальная раз­

ница температуры почвы и воды СО льдом в термостате должна

быть не менее 200. Перед опытом проверяют исправность всей

аппаратуры, определяют исходную температуру образца почвы,

подключая термопары к гальванометру. Второй холодный

конец термопары помещают в пробирку 6. Если световой зайчик

выйдет за пределы шкалы, то в цепь включают дополнительное

сопротивление, с которым предварительно была проградуиро­

вана термопара. Если при этом отклонение стрелки гальвано­ метра = + 150 дел., а переводный коэффициент деления галь­ ванометра на температуру = 0,120, то начальная температура образца почвы = 150·0,120 = 180. После установления стабиль­

ной температуры в термостате, о чем можно судить по нулевому

показанию гальванометра Г2, опускают калориметр с почвой

в охлаждающую смесь, включают секундомер и делают отсчеты

вначале через каждые 2 или 5 делений шкалы гальванометра в зависимости от скорости перемещения зайчика, а затем, когда

установлен тепловой режим в калориметре, отсчеты производят

через 10 или 20 делений шкалы. Если между калориметром и Ka~

лориметрической жидкостью в термостате большая разность температур и световой зайчик выходит за пределы шкалы, то следует ждать момента появления зайчика на шкале, когда

почва достаточно охладится и установится регулярный режим

охлаждения. Форма записи при определении температуропро­

водности приведена в табл. 43.

Вычисление производят по формуле

= 0,888·0,0061 = 0,0055 cM,2jceK.

283

т аб л и ц а 43

Форма записи при определеиии температуропроводности

ходом температуры. С течением времени температура в точке,

отстоящей от центра пластины на расстоянии х см, повышается,

достигает максимума, некоторое время держится на этом уровне

изатем опускается.

,

284

точке плюс половина интервала времени, в течение которого дер­

жится максимальная температура. В записях наблюдений (табл. 44)

отмечают почвы, время Т и отсчеты по термометру (0с. При.мер вычисления: пусть расстояние термометра от пластины х = 2 с-м.

Из этих данных вычисляют Тmю,' Максимальная температура 23° наступила через 15 -мин и держалась на этом уровне в тече­

ние 3 -мин:

При х = 2 с.м,

4 см2

-=-:-=n- =2·10-3 см,2/сек.

Ззх60

Температура почвы

-

Температуру почвы измеряют ртутными термометрами, кото-

рые выпускают с приложением поправок в отдельных интерва­

лах температур.

В последнее время все шире в почвенную практику входят

электрические термометры - термопары и термометры сопро­

тивления, которые изготовляют и градуируют сами.

т е р м о пар ы. Устройство термопар основано на том, что

вместе соприкосновения двух различных металлов, погружен­

ных в почву, возникает электродвижущая сила, являющаяся

функцией температуры среды. Термопары (термоэлементы) мо­ гут быть получены спаиванием двух проволок из разных метал­ лов Применяют следующие комбинации металлов при изготов­

лении термопар:

285

Интервал температур

идр.

Изготовляют два спая, от каждого из которых идут концы к изме­

рительному прибору. Термоэлектродвижущая сила Е(, возникающая

при замыкании цепи, пропорциональна разности температур спаев t1

Для измерения Еt используют стрелочные гальванометры чувстви­ тельностью 1·10-6 около 1 тА на одно деление шкалы. Это галь­ ванометры марки С-I и с-п, а при точных измерениях используют

зеркальные гальванометры, чувствительность которых около

1·10-9 а. В почвенной практике используют обычно медно-кон­

стантановую термопару.

3

I

Рис. 95. Установка для градуировки термопар:

1 - дюароБСКИЙ сосуд. 2 - термометры. 3 - сосуд для

горячего конца термопар. 4 - гальванометр

Градуировку термопар производят на специальной установке

(рис. 95). Один из спаев погружают в дюаровский сосуд - 1

с тающим льдом, температуру которого поддерживают постоян­

ной (= 00) и контролируют термометром -2; второй спай по­

гружают в сосуд - 3, в котором последовательно повышают

температуру кипящей воды, измеряя ее термометром - 2. Концы

медного провода термопары присоединяют к гальванометру,

константановый провод соединяет горячий и холодный спаи.

Термоэлектрический ток измеряют зеркальным гальваномет-

Перед градуировкой опускают арретир гальванометра и уста­

навливают стрелку прибора в нулевом положении. Наполняют

оба сосуда тающим льдом, присоединяют термопары к гальвано-

286

метру (показание гальванометра при этом должно быть равно нулю). Затем добавляют горячую воду в сосуд - 3, повышая каждый раз температуру на 50, и ведут отсчеты по гальваномет­

ру. Температуру сохраняют на одном уровне в период отсчетов.

Каждый раз после добавления горячей воды следует произво­

дить перемешивание ВОДЫ в сосуде - 3 мешалкой. По оконча­

нии опыта вычерчивают градуированную кривую зависимости

показаний гальванометра от температуры, откладывая отсчеты

гальванометра по оси абсuисс, а температуру - по оси ординат.

Та бл и ца 45

Форма записи при градуировке термопар

Т е рмомет р ы со пр отив ле н и я. Электрическое сопротив­

ление чистые металлы и сплавы изменяют почти линейно в завИ­

ние металла при 0°, а - постоянная величина для платины равна

3,94·10-3. Термометры сопротивления готовят из платиновой про­

волоки ввиду химической стойкости этого металла в интервалах

температур от 20 до 1000°, для более узких температурных интер­

валов используют проволоку из меди, никеля и других металлов.

287

Термометр (рис. 97) состоит из стержня ~ 1 (из слюды, фарфора,

эбонита или другого изоляционного материала), на который намо­

тана плаТиновая проволока диаметром 0,05 или 0,1 ММ, длиною 1 М.

:Концы проволоки припаивают к клемма.\1 - 2 и - 3. Цилиндр

вставл~ют в защитную металлическую трубку - 4, нижний KOHell

которои запаян, а верхний закрыт эбонитовой пластинкой с укреп

ленными на ней клеммами.

В Физико-аГРОНО:\fическом институте для изготовле­

2 3 ния термометров сопротивления использованы полупро­

водники ( окиси некоторых металлов) и др. Полупро­

водники обладают большим температурным КОЭффици­

ентом, который достигает нескольких процентов на гра­

дус. Причем при повышении температуры СОПРОТИВJlение

полупроводников уменьшается.

Термометры сопротивления с полупроводниками

мометров, можно пренебречь сопротивлением проводящих прово­

дов, переходными контактными сопротивлениями и контактными

электродвижущими силами.

В качестве измерителя в термометрах сопротивления исполь­

зована схема мостика Уитстона. Неизвестным сопротивлением R ~

руют термометр в пределе ожидаемых величин температуры почвы.

При градуировке используют зеркальный гальванометр, но чтобы

его не испортить действием сильного тока, вначале включают

менее чувствительный стрелочный гальванометр. Вычисляют изме­ нение сопротивления !J.R на 1ос и строят график зависимости

сопротuвления от температуры. Если платиновая проволока снабжена

паспортом и дан ее коэффициент изменения сопротивления в зави­

симости от температуры а, то, определив электросопротивление

при 00, можно вычислить величину R для любого интервала тем­ ператур по формуле 107.

Измерение температуры поверхности почвы представляет большие технические трудности вследствие того, что термомет ры имеют обычно трехмерное измерение, а поверхность почвы (плоскость) - двухмерное, поэтому измеряют чаще темпера­ туру не самой поверхности, а наиболее деятельного верхнего

слоя почвы толщиною в 2-3 A-LM.

288

коробки - 8 в высверленных канаJlьцах диска и Э"lектрически

изолированы от его корпуса Благодаря хорошей теплопровод­

ности алюминия, температура коробки и термопар одинакова

На крышке коробю! }стаНОВ.lена эбонитовая П.1анка с клемма­

ми - 4 для подключения к измерителю Коробку с холодными

спаями при измерении }станавливают на дереВЯННJЮ подстав­

ку, горячие спан раЗl\lещают примерно на 1 At2 поверхности поч­

вы Термоспай ПРIlВОДЯТ в контакт с поверхностью почвы и при­

крепляют к почве с ПОl\IOIЦЬЮ специальной стаJIЬНОЙ пружиНlШ­

WШl.fIьки - 5.

ИзмеритеJIЬНЫЙ узел -- 6 состоит нз га.lьванометра, моста Уитстона, в одно И3 плеч которого ВКJllочено теРМОСОПРОТIIв.'1е­

ние, имеющее температуру холодных спаев, и зажимов для под­

ключеНIIЯ горячих спаев Отклонение стрелки ra.1JbBaHOMeTpa

пропорционально разности температур горячих п холодны\

спаев термопар. В практике ЭТd разность может быть IIO.ЮЖИ­

теJIЬНОЙ и отрицательной, поэтому в цепь гальваномеТРd присое­ ДИНЯIOТ переКJlючатель полярности Шкала ГdльваНО'Vlетра дает

или непосредственно температуру, или строят град} ировочн} 10

кривую. После установки прибора, в частностИ, размещения

горячих спаев на поверхности почвы, через JО -- 15 -нин произво­

дят отсчет по га.'lЬВЮlOметру, KOTOPbIi, переводят на пока1ания

температуры Окончательная температура преДСТdВ.'Iяет собою

среднюю величину из 16 определений.

Прибор легко перенести и установить на новом месте, что

дает возможность пользоваться им не только при стационарных определениях, но и при разовых эпизодичеСhИХ измерениях тем­

пературы почвы.

хотного слоя по глубинам 5, 10, 15 н 20 С.М. ДJlЯ БОJIее глубоки:\.

слоев применяlOТ ртутные ВЫТЯжные теР'IOметры или электро­

термометры.

290