ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ ИЗМЕРЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ У ЗЕМЛИ

1. ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Температура воздуха является одним из основных метеорологичес­ких элементов, определяющих состояние атмосферы. Изменение тем­пературы воздуха происходит не в результате его непосредственного нагревания или охлаждения, а через подстилающую поверхность - воду и сушу. Сам воздух имеет очень малую теплоемкость, которая в 1500 раз меньше теплоемкости почвы и в 3000 раз меньше теплоемкости воды. Воздух очень подвижен, благодаря чему происходит, перемешивание холодного и теплового слоев.

Как известно из физики, теплота тела есть результат движения мо­лекул, и количество ее зависит от величины суммарной кинетической энергии этого движения. Температура тела (воздуха) есть степень его нагретости.

Основным источником тепла на Земле является лучистая энергия Солнца. Она нагревает земную поверхность, а от нее вследствие турбу­лентного обмена и теплопроводности нагревается прилегающий воз­дух. Земная поверхность, нагреваясь, днем становится теплее воздуха, и тепло начинает передаваться от почвы воздуху. В ночное время почва охлаждается за счет излучения тепла и становится холоднее воздуха, который тоже начинает охлаждаться, отдавая тепло почве и верхним, более холодным слоям атмосферы.

Таким образом, тепловое состояние атмосферы определяется теп­лообменом между подстилающей поверхностью и прилегающими сло­ями воздуха. Температура воздуха изменяется в широких пределах в зависимости от времени суток, года и географического положения пун­кта наблюдений.

Утром после восхода Солнца температура воздуха обычно начина­ет подниматься и достигает наибольшего значения после полудня.

К вечеру в связи с уменьшением притока солнечной энергии темпе­ратура воздуха понижается. Ночью она, как правило, продолжает пони­жаться и достигает наименьшего значения перед восходом Солнца.

Кроме того, температура воздуха испытывает непериодические колебания за счет горизонтальных и вертикальных движений воздуха.

Самая высокая температура в течение суток называется максималь­ной. Определяют ее обычно за период с 19 ч предыдущего дня до 19 ч текущего дня по местному среднесолнечному времени.

Самая низкая температура в течение суток называется минималь­ной. Определяют ее обычно за период с 07 ч предыдущего дня до 07 ч текущего дня по местному среднесолнечному времени.

Т_к = t°C+273,15°С, t°C = Т_К-273,15°С. 9

Ф=Ф_о.е^_0!/, 111

ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В СВОБОДНОЙ АТМОСФЕРЕ 135

РСУ=0+ДД 159

10. АППАРАТУРА ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ С МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ 170

11. АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ, ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ 167

12. РАДИОПРИЕМНИКИ И РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНИКАХ 208

Основные узлы радиоприемных устройств 200

Р2. 209

13. ФАКСИМИЛЬНАЯ АППАРАТУРА 216

14. ТЕЛЕГРАФНАЯ АППАРАТУРА 234

• Наблюдения за температурой воздуха на всех метеорологических станциях производятся систематически. Измеряется она приборами - термометрами, имеющими различные шкалы.

Единицей измерения температуры является градус. Градус - это определенная часть интервала между основными (реперными) точка­ми температурной шкалы.

В настоящее время наиболее распространенной шкалой темпера­туры является стоградусная шкала Цельсия (°С).

Реперными точками шкалы Цельсия приняты: ЮО'С - точка кипения химически чистой воды при нормальном давлении (760 мм рт.ст.) и 0°С - точка плавления льда.

Промежуток между этими точками разбит на 100 равных частей. Сотая часть этого промежутка соответствует одному градусу стогра­дусной шкалы (1*С).

С 1 января 1963 г. в СССР была введена Международная система единиц (СИ). В этой системе измерения международной шкалой тем­пературы принята термодинамическая температурная шкала (иногда применяют наименования «абсолютная шкала температур» и «шкала Кельвина»). В метеорологии эта шкала применяется только в теорети­ческих расчетах.

Единица термодинамической температуры - Кельвин (К),который по размеру равен градусу Цельсия.

По термодинамической шкале точка плавления льда соответствует 273 К, а точка кипения воды 373 К. От температуры, выраженной в гра­дусах стоградусной шкалы, легко перейти к температуре по абсолют­ной шкале, и наоборот, применяя соотношения:

Т_к = t°C+273,15°С, t°C = Т_К-273,15°С.

По абсолютной шкале температура может иметь только положитель­ные значения.

Температура воздуха обычно измеряется прямыми методами с по­мощью жидкостных, деформационных термометров, термометров со­противления и др. Принцип, действия этих приборов основан на извес­тных зависимостях физических свойств веществ от температуры. Так, в жидкостных термометрах использована зависимость изменения объе­ма термометрической жидкости от температуры, в деформационных - изменения линейных параметров тела, в термометрах сопротивления - изменения электрического сопротивления металлов. Соответственно чувствительные элементы термометров представляют собой некото­рый объем термометрической жидкости, биметаллические пластинки, терморезисторы и др.

Для измерения температуры воздуха используются приборы мест­ного и дистанционного действия, дающие значения измеряемой вели­чины, соответствующие моменту измерения и определяемые визуаль­но по отсчетным устройствам. Применяются также самопишущие при­боры (термографы), непрерывно регистрирующие изменения темпе­ратуры во времени.

Стеклянные жидкостные термометры состоят из чувствительного элемента - резервуара, наполненного термометрической жидкостью, и отсчетного устройства, которое включает капиллярную трубку и шкалу. Один конец трубки заканчивается резервуаром, другой - запаян. Шкала может быть вставной, нанесенной на отдельную стеклянную молочного цвета пластинку. Нижняя часть пластинки опирается на седлообразный упор, верхняя - прижимается пружиной, находящейся в пробке. Шкала, пробка и капилляр заключены в стеклянную оболочку, приваренную к резервуару. У некоторых термометров шкала наносится непосредствен­но на толстостенный капилляр (палочные термометры). При колебани­ях температуры изменяется объем жидкости в резервуаре, а вследствие этого, и высота столбика жидкости в капилляре. При этом изменяется также и объем резервуара, поэтому приходится рассматривать кажу­щееся расширение жидкости, равное разности между величинами рас­ширения жидкости и стеклянного резервуара.

Жидкостные термометры заполняются специальными термомет­рическими жидкостями с достаточно низкими температурами замер­зания, например, ртутью или спиртом (температура замерзания ртути - 38,9*С, спирта -114'С).

Чувствительным элементом деформационных термометров служит биметаллическая пластинка. При изменении температуры пластинка изгибается вследствие различного расширения двух составляющих ее металлов (например, инвара и стали). Если один конец биметалличес­кой пластинки закрепить неподвижно, то при изменении температуры ее свободный конец будет перемещаться пропорционально измене­нию температуры. Биметаллические чувствительные элементы исполь­зуются в термографах и некоторых других приборах.

Действие электрического термометра сопротивления основано на зависимости электрического сопротивления металлического провод­ника от температуры окружающей среды. Такие термометры применя­ются в комплекте с измерительными блоками и источниками питания и обычно используются в системах дистанционного измерения метео­рологических параметров. Терморезистор изготовляется из платины, меди, никеля и других металлов. Термометр сопротивления устанавли­вается на месте измерения, а с измерительным блоком соединяется линией связи.

Точность измерения температуры с помощью термометра сопро­тивления во многом зависит от точности измерения сопротивления чувствительного элемента, что обычно достигается мостовыми изме­рительными схемами. Чаще всего для этой цели используют четырех- плечий мост сопротивления, в котором чувствительный элемент - тер­мометр сопротивления является одним плечом, а другие три плеча выполнены из материала, имеющего почти нулевой температурный ко­эффициент сопротивления.

1.2. ТЕРМОМЕТР РТУТНЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ТМ-4

Рис. 1.1

Назначение - измерение температуры воздуха.

Основные технические характеристики

Пределы измерений, 'С от -35 до +45

от -25 до +50

Цена деления, "С 0,2

Пределы допускаемых погрешностей (без введения поправок), "С, при температуре:

от 0 до +50°С ±0,2

ниже 0"С ±0,3

Габариты, мм 016x410

Масса, г. 100

Устройство и эксплуатация. Термометры ТМ-4 (рис. 1.1) изго­товляют с двумя пределами измерений, шкала - вставная. Термометры устанавливают попарно в жапюзийных (психрометрических) будках типа БП на специальном штативе в вертикальном положении.

1.3. ТЕРМОМЕТР РТУТНЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ТМ-6

Назначение - измерение температуры и определение влажности воздуха в составе асп и рационного психрометра.

Основные технические характеристики

Пределы измерений, *С от -30 до +50

от -25 до +50

Цена деления, *С 0,2

Пределы допускаемых погрешностей, *С, при температуре:

от 0 до +50°С ±0,2

ниже 0'С ! ±0,3

Габариты, мм. ....08x270

Масса, г. 20

Устройство и эксплуатация. Термометры ТМ-6 изготовляют с двумя пределами измерений, шкала - вставная. Термометры в аспира- ционном психрометре устанавливают попарно в вертикальном поло­жении. Для определения влажности воздуха резервуар одного из этих термометров обвязывают батистом и смачивают дистиллированной водой.

1.4. ТЕРМОМЕТР РТУТНЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ МАКСИМАЛЬНЫЙ ТМ-1

Назначение - определение максимальной температуры воздуха за определенный промежуток времени.

Рис. 1.2

Основные технические характеристики

Пределы измерений, *С от -30 до +50

от -20 до +70

Цена деления, *С 0,5

Пределы допускаемых погрешностей, 'С, при температуре:

от -10 до +50*С ±0,4

от-20 до +70^вС ±0,5

Габариты, мм Масса, г.

018x340 68

-ЗО'С ±0,8

Устройство и эксплуатация. Термометр ТМ-1 (рис. 1.2) изготов­ляют с двумя пределами измерений, шкала - вставная. Особенность конструкции термометра, обеспечивающая сохранение им максималь­ного показания, состоит в том, что внутри резервуара впаян тонкий Стеклянный штифт. Верхний конец штифта входит в отверстие капил­лярной трубки так, что между штифтом и стенкой капилляра остаётся узкий кольцевой зазор. При нагревании (расширении) ртуть протекает через зазор, а при охлаждении (сжатии), когда объем ртути в резерву­аре уменьшается, узкий зазор препятствует протеканию ртути из ка­пилляра в резервуар. Следовательно, высота столбика ртути в капилля­ре соответствует наиболее высокой температуре, при которой нахо­дился термометр.

Термометр устанавливают в психрометрической будке типа БП в горизонтальном положении с небольшим наклоном в сторону резерву­ара. После отсчета термометр встряхивают. После встряхивания пока­зание максимального термометра должно быть близким к показанию сухого психрометрического термометра.

0,5

+0,5

1.5. ТЕРМОМЕТР СПИРТОВОЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ МИНИМАЛЬНЫЙ ТМ-2

Назначение - определение минимальной температуры воздуха за определенный промежуток времени.

Основные технические характеристики

Пределы измерений, ⁴С от -75 до +21

от -61 до +31 .от -51 до +31 от -41 до +41

Цена деления,°С

-ЗО'С -40'С. -50°С. -60'С.

Пределы допускаемых погрешностей, °С, при температуре: от -20 до +40°С

±0,8

,±1,0 +1,5 ±2,0

Габариты, мм 019x340

Масса, г. 80

Устройство и эксплуатация. Термометр ТМ-2 (рис. 1.3) изготов­ляют с четырьмя пределами измерений, шкала - вставная. Внутри ка­пиллярной трубки в спирте находится штифтик из темного стекла. Диа­метр штифтика несколько меньше диаметра капилляра, поэтому штиф­тик может свободно перемещаться в нем. При понижении температуры мениск спирта увлекает за собой штифтик, а при повышении темпера­туры штифтик остается на месте, спирт обтекает его и заполняет капил- ляр.

Термометр устанавливают в психрометрической будке типа БП в горизонтальном положении. Отсчет минимальной температуры про­изводится по концу штифтика, направленному в противоположную сто­рону от резервуара. После отсчета термометр следует повернуть ре­зервуаром кверху так, чтобы штифтик переместился по капилляру и уперся в мениск спирта.

1.6. ТЕРМОМЕТР-ПРАЩ РТУТНЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ТМ-8

Рис. 1.4

Назначение - измерение температуры воздуха при метеорологи­ческих наблюдениях в полевых условиях.

Основные технические характеристики

Пределы измерений, "С от -30 до +50

от -35 до +40

Т_к = t°C+273,15°С, t°C = Т_К-273,15°С. 9

Ф=Ф_о.е^_0!/, 111

ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В СВОБОДНОЙ АТМОСФЕРЕ 135

РСУ=0+ДД 159

10. АППАРАТУРА ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ С МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ 170

11. АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ, ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ 167

12. РАДИОПРИЕМНИКИ И РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНИКАХ 208

Основные узлы радиоприемных устройств 200

Р2. 209

13. ФАКСИМИЛЬНАЯ АППАРАТУРА 216

14. ТЕЛЕГРАФНАЯ АППАРАТУРА 234

Устройство и эксплуатация. Будки БП (рис 1.7) и БС отличаются друг от друга размерами и наличием в будке типа БС приспособления для'установки самопишущих метеорологических приборов.

Будки состоят из четырех жалюзийных стенок, пола, потолка и кры­ши, укрепленных на деревянном остове. Стенки представляют собой двойной ряд тонких деревянных планок - жалюзи, наклоненных внутрь и наружу будки под углом 45° к горизонту. Передние стенки закреплены на петлях и служат дверцами. Полы будок состоят из трех досок, причем средние доски укреплены несколько выше крайних для улучшения вен­тиляции будок. Потолки будок - горизонтальные сплошные. Крыши на­клонены в сторону, противоположную дверцам, и немного выступают со всех сторон будок.

1.11. УСТАНОВКА ТЕРМОМЕТРОВ И ПРАВИЛА ОТСЧЕТА ПО НИМ

Для того чтобы получить репрезентативные (сравнимые) показа­ния, термометры устанавливаются по возможности в одинаковых усло­виях.

Метеорологические термометры измерения температуры воздуха нельзя помещать открыто (на солнце), так как их показания существен­но зависят от теплового воздействия прямых солнечных лучей, осад­ков, ветра и т.д.

Установка термометров в тени также не позволяет точно измерить температуру воздуха из-за теплового влияния подстилающей поверх­ности и окружающих предметов, а также влияния ветра и осадков. По­этому на метеорологических станциях термометры для измерения тем­пературы воздуха помещают в специальную метеорологическую будку (рис. 1.7), которая защищает их от влияния указанных факторов.

Для обеспечения надежной вентиляции стенки будки состоят из двух рядов деревянных планок, наклоненных друг к другу (жалюзийная ре­шетка). Метеорологическая будка устанавливается на деревянной или металлической подставке и ориентируется дверцей на север, чтобы при производстве наблюдений прямые солнечные лучи не попадали на ре­зервуары термометров. Все части будки с внутренней и внешней сто­рон окрашиваются в белый Цвет для уменьшения нагревания солнечны­ми лучами.

Электрическое освещение в будке должно включаться только на вре­мя отсчета, и мощность лампочки не должна превышать 25 Вт.

Термометры помещаются в будке так, чтобы их резервуары были на высоте 2 м от поверхности земли, и закрепляются на металлическом штативе, который привинчен к основанию будки.

Высота установки термометров влияет на результаты измерений, так как днем воздух наиболее сильно нагревается у самой поверхности земли и с высотой температура быстро падает, а в ясные ночи, наобо­рот, у поверхности земли бывает самый холодный воздух и с высотой температура его несколько повышается.

Высоту установки термометров над поверхностью земли можно регулировать передвижением верхней планки штатива, на которой кре­пятся термометры, или изменением высоты расположения метеоро­логической будки. В будке устанавливаются вертикально два срочных термометра (рис. 3.1). Резервуар термометра, установленного спра­ва, обертывается батистом, свободный конец которого погружается в стаканчик с водой. Этот термометр называется смоченным (его назна­чение описано в гл. 2). Термометр, установленный слева, называется сухим или срочным.

Максимальный и минимальный термометры укладываются в гори­зонтальном положении в нижней части штатива на специальные лапки. Минимальный термометр кладется впереди и ниже, а максимальный - сзади и выше, причем он должен быть несколько наклонен в сторону резервуара. Это делается для того, чтобы столбик ртути не перемещал­ся по капилляру, а касался места сужения в капилляре и не отрывался от него.

Резервуары максимального и минимального термометров обраще­ны в сторону сухого термометра, чтобы исключить влияние испарения воды из стаканчика на их показания.

1.12. ПРАВИЛА ОТСЧЕТОВ ПО ТЕРМОМЕТРАМ

Отсчеты по всем метеорологическим термометрам делаются с точ­ностью до О, Г. Начинать отсчеты необходимо с десятых долей градуса, поскольку термометры настолько чувствительны, что даже присутствие наблюдателя может повлиять на их показания. Нельзя дышать на тер­мометры и тем более дотрагиваться руками до резервуаров.

Отсчеты по термометрам в метеорологической будке производят в Такой последовательности:

• десятые доли сухого термометра;

• десятые доли смоченного термометра;

• целые градусы сухого термометра;

• целые градусы смоченного термометра;

• десятые доли и целые градусы минимального термометра по спир­ту;

• десятые доли и целые градусы минимального термометра по штиф­ту;

• десятые доли и целые градусы по максимальному термометру до встряхивания;

• сравнение показаний максимального термометра после встряхи­вания с показаниями сухого термометра.

При отчетах луч зрения наблюдателя должен быть перпендикуля­рен шкале, чтобы черточки на матовой шкале у конца ртутного или спиртового столбика представляли собой прямую линию как по бокам капилляра, так и за капилляром. Если черточки кажутся искривленными вверх, то луч зрения направлен под углом снизу вверх и отсчеты будут завышенными. Если наблюдатель смотрит под углом сверху вниз, то черточки на шкале кажутся искривленными вниз и отсчеты будут зани­жены.

В ртутных термометрах отсчет делается- по верхней части выпукло­го мениска, в спиртовых - по нижней части вогнутого мениска, а не по -Смоченным краям капилляра.

Температура выше 0°С считается положительной, а ниже 0°С - отри­цательной. Отсчеты по срочному термометру производятся, как пра­вило, ежечасно, а по минимальному и максимальному - один раз в сут­ки. При отсчетах в темное время суток нужно пользоваться электричес­ким фонариком или специальным освещением, включая их только во время отсчетов.

Отсчет по минимальному термометру производится в 7 ч утра по местному среднесолнечному времени. При этом определяется мини­мальная температура за предыдущие сутки (предыдущую ночь). Отсчи­тывать необходимо по правому концу штифтика, т. е. наиболее удален­ному от резервуара. Это соответствует минимальной температуре.

После отсчёта температуры термометр необходимо подготовить к дальнейшей работе. Для этого резервуар термометра следует припод- ' нять так, чтобы штифтик переместился по капилляру и уперся в мениск спирта.

Отсчет по максимальному термометру производится в 19 ч по ме­стному среднесолнечному времени. При этом определяют максималь­ную температуру за прошедшие сутки (прошедший день). Во время отсчета по максимальному термометру необходимо следить, чтобы ртутный столбик не отошел от места сужения в капилляре, где образо­вался разрыв между ртутью в капилляре и в резервуаре. Поэтому перед тем как произвести отсчет по максимальному термометру, надо при­поднять конец термометра, противоположный резервуару, а затем про­извести отсчет. После отсчета максимальный термометр необходимо встряхнуть, чтобы он показывал температуру окружающего воздуха в данный момент.

После всех отсчетов дверцу в метеорологической будке необходи­мо закрыть. Показания термометров записываются с десятыми доля­ми градуса. При этом, если температура положительная, знак "плюс" не ставится, а перед отрицательной температурой ставится знак "минус".

13. ВВЕДЕНИЕ ПОПРАВОК В ОТСЧЕТЫ ТЕРМОМЕТРОВ

Для получения более точных значений температуры воздуха в пока­зания термометров необходимо вводить поправки, так как капилляры термометров не всегда удается изготовить одинакового сечения по всей длине.

Поправка - это величина, которую необходимо алгебраически при­бавить к отсчету, чтобы получить истинную температуру. Поправки оп­ределяются путем сравнения показаний изготовленных термометров с показаниями точного термометра (эталона) при разных температурах. Эти поправки для различных участков шкалы каждого термометра за­писываются в свидетельство (паспорт). Поправки могут иметь знаки "минус" и "плюс". Паспорта бывают двух видов, т. е. с поправками "при" такой-то температуре и с поправками "от и до" такой-то температуры.

В таблице ниже приведены поправки к термометру N2 ООО.

Для получения истинной температуры необходимо:

• отыскать интервал, в котором находится отсчитанная температу­ра;

• взять соответствующую этому интервалу температуры поправку;

• найденную поправку алгебраически (т.е. с учетом знака) сложить с отсчетом температуры.

13. УХОД ЗА ТЕРМОМЕТРАМИ И УСТРАНЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Термометры, как всякие стеклянные приборы, требуют осторожно­го обращения. Для сохранения термометры необходимо оберегать от ударов и падений даже тогда, когда они находятся в футлярах.

Температура, °С		Поправка, *С
от	ДО
-40,0	-20,1		-0,1
-20,0	-15,1		*0,2
-15,2	-13,1		+6,1
-13,0	11.1		0,0
11,2	20,0		-0,1

При перевозке и хранении термометры следует держать в футлярах и по возможности в вертикальном положении, резервуаром вниз. Не­допустимо перевозить термометры резервуарами вверх, так как в этом случае могут образоваться разрывы столбика ртути. Для устранения таких разрывов следует взять термометр за металлический колпачок и энергичными взмахами руки стряхнуть ртуть к резервуару так, чтобы оторвавшаяся часть ртути слилась со всем столбиком. При встряхива­нии термометра нужно проявлять осторожность, чтобы не ударить его о какой-либо предмет.

Минимальный термометр можно встряхивать только в тех случаях, когда штифтик вышел из спирта. Исправный минимальный термометр встряхивать нельзя.

Термометры необходимо содержать в чистоте. Загрязнение повер­хности резервуара термометра приводит к ухудшению теплообмена между воздухом и ртутью или спиртом в резервуаре, вследствие чего термометр будет медленнее реагировать на изменение температуры воздуха. Загрязнение поверхности стеклянной оболочки будет также создавать ошибки при отсчете показаний термометра.

В максимальном термометре иногда происходит поломка стеклян­ной иглы, создающей сужение в капилляре. Тогда термометр перестает удерживать столбик ртути в капилляре при понижении температуры. Устранить такую неисправность невозможно, поэтому термометр надо заменить новым.

В ртутных термометрах иногда образуется разрыв столбика ртути, и пузырьки газа попадают в резервуар. Первую неисправность можно устранить осторожным многократным нагревом термометра. При этом следует помнить, что малейший перегрев термометра приведет к разрыву капилляра. Попадание пузырьков газа в резервуар обычно происходит при хранении ртутных термометров в горизонтальном по­ложении. Для удаления газовых пузырьков из резервуара термометр необходимо охлаждать твердой углекислотой до тех пор, пока ртуть из капилляра не перейдет в резервуар. При этом термометр следует дер­жать вертикально, резервуаром вниз. В таком же положении произво­дят его последующий нагрев. Охлаждение и нагревание необходимо проделать несколько раз.

Наблюдаются также разрывы столбика спирта в капиллярах спирто­вых термометров. Эту неисправность можно устранить, встряхивая тер­мометр и держа его при этом резервуаром вниз или слегка постукивая резервуаром о резиновую прокладку.

2. ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ И ЕДИНИЦАХ ЕГО ИЗМЕРЕНИЯ

Атмосфера, окружающая земной шар, оказывает своим весом дав­ление на поверхность Земли и различных предметов.

Гидростатическое давление, оказываемое атмосферой на все нахо­дящиеся в ней тела, называется атмосферным давлением. Значение атмосферного давления в данной точке определяется весом вышеле­жащих слоев воздуха.

Атмосферное давление изменяется в пространстве и во времени. С высотой давление убывает за счет уменьшения веса столба вышележа­щего воздуха. На высоте 5 км оно примерно в 2 раза меньше, чем на уровне моря.

Для определения атмосферного давления нет необходимости изме­рять весь столб воздуха. Гораздо удобнее, используя принцип сообща­ющихся сосудов, определить вес столба жидкости в трубке, который уравновешивает вес столба воздуха.

В приборах, которые применяются для измерения атмосферного давления, используются жидкости с большим удельным весом, напри­мер, ртуть, так как высота столба жидкости, уравновешивающая вес стол­ба воздуха, будет невелика. Это удобно при конструировании прибо­ров.

Атмосферное давление равно произведению высоты ртутного стол­ба на удельный вес ртути, но удельный вес ртути - величина постоян­ная, поэтому о давлении атмосферы судят только по высоте ртутного столба. На уровне моря атмосферное давление в среднем равно давле­нию ртутного столба высотой 76 см. Нетрудно подсчитать значение это­го давления. Поскольку удельный вес ртути при 0°С составляет 13,596 г/см³, атмосферное давление будет равно 76-13,596=1033,3 г/см².

За нормальное атмосферное давление принято давление, которое вызывается весом ртутного столба высотой 760 мм,основанием 1 см² , при температуре 0°С, на широте 45°, где ускорение свободного падения на уровне моря равно 980,6 см/с².

Единицы измерений атмосферного давления разделяются на сис­темные и внесистемные.

В Международной системе единиц, принятой на XIV Генеральной конференции по мерам и весам (1971), за основную единицу давления принят гектопаскаль (гПа). 1 паскаль (Па) равен давлению, вызываемо­му силой 1 ньютон, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью в 1 м².

В системе С ГС (сантиметр, грамм, секунда) единицей измерения давления является бар, т. е. давление, оказываемое силой в 1 дину на площадь в 1 см². Однако для измерения атмосферного давления ис­пользуют единицу, равную 0,001 бара, называемую миллибар (мбар).

Необходимо указать, что численные значения одного и того же дав­ления, выраженного в гектопаскапях и миллибарах, равны между собой (1 гПа = i мбар).

Внесистемной единицей измерения атмосферного давления явля­ется миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

В метеослужбе России в настоящее время за единицу атмосферно­го давления приняты миллибар и миллиметр ртутного столба. Для пе­ревода мм.рт. ст. в мбар (в гПа) и, наоборот, существуют следующие соотношения:

1 мм рт. ст. '= 1000/750,1 - 1,333 мбар = 4/3 мбар - 4/3 гПа;

1 гПа = 1 мбар = 750,1/1000 = 0,750 мм рт. ст. = 3/4 мм рт. ст.

Если давление обозначить буквой Р, то эти соотношения можно за­писать:

Р мм = 3/4 Р мбар = 3/4 Р гПа;

Р гПа = Р мбар = 4/3 Р мм.

Для ускорения перевода значения давления из одних единиц в дру­гие на метеорологических станциях пользуются специальными табли­цами, рассчитанными по указанным соотношениям.

Обратный перевод давления из миллиметров ртутного столба в дав­ление, выраженное в миллибарах, встречается в метеорологической практике редко. Однако если возникнет такая необходимость, то для перевода можно воспользоваться теми же таблицами или построить новую.

Для предсказания погоды и решения некоторых других практичес­ких задач необходимо знать величину атмосферного давления в раз­личных пунктах. В связи с этим на всех метеорологических станциях производятся регулярные измерения атмосферного давления.

Давление воздуха является одним из важнейших метеорологичес­ких элементов в обеспечении безопасности полетов, поэтому измере­ние его должно осуществляться точно и в строго установленные сроки.

Современная авиация располагает целым комплексом радиотех­нических средств, позволяющих совершать взлет и посадку самолета при ограниченной видимости и низкой высоте облаков, но в любом случае летчик должен совершенно точно знать значение давления в мил­лиметрах ртутного столба на уровне ВПП.

При отсчете давления надо быть особенно внимательным, так как ошибка в 1 мм рт. ст. приводит к ошибке в высоте почти в 10 м. Так, если давление завышено, то действительная высота самолета будет мень­

ше, чем показывает высотомер, и не исключена возможность столкно­вения с землей при снижении. Если давление занижено, то самолет подойдет к точке приземления на большой высоте. В обоих случаях неправильные данные о давлении, переданные летчику, являются пред­посылкой к летному происшествию.

Давление воздуха учитывается летчиками и в полете. Полет осуще­ствляется по барометрическому высотомеру, поэтому абсолютная вы­сота полета будет изменяться в зависимости от атмосферного давле­ния и для обеспечения безопасности полета определяются безопас­ные высоты.

Точное знание давления особенно необходимо при полетах на ма­лых высотах, так как в этом случае даже небольшие неточности могут привести к невыдерживанию заданной высоты полета и столкновению с землей.

Рриборы, служащие для измерения давления воздуха, называются барометрами. В настоящее время применяются в основном два типа барометров: жидкостные, действующие по принципу сообщающихся сосудов, и металлические (анероиды), в которых используются вакуу- мированные барокоробки.

Рассмотрим только те приборы, которые применяются в метеослуж­бе ВВС.

2.2. БАРОМЕТРЫ СТАНЦИОННЫЕ ЧАШЕЧНЫЕ РТУТНЫЕ СР-А и СР-Б

Назначение - измерение атмосферного давления в метеоподраз­делениях.

Рис. 2.1

Основные технические характеристики

Пределы измерений, мбар:

СР-А

СР-Б

Пределы допускаемых погрешностей, мбар, не более,

Габариты, мм

Масса (без фуляра), кг.

Диапазон рабочих температур, "С:

,810-1070 680-1070

±0,50

070x920 3,0

от +5 до +45

ср-А :

СР-Б от-5 до +45

Комплектация: барометр (1 шт.), крючок-винт (1 шт.), футляр (1 шт.), паспорт (1 шт.).

Устройство и эксплуатация. Действие приборов основано на за­висимости положения уровней жидкости в сообщающихся сосудах от разности давлений. Приборы (рис 2J) состоят из стеклянной калибро­ванной трубки, верхний конец которой запаян, а нижний погружен в чашку со ртутью. Чашка содержит три свинчивающиеся части. Средняя часть имеет диафрагму с отверстиями, служащую для исключения возмож­ности резких колебаний ртути. Трубка и чашка наполняются очищенной ртутью. Ртуть, находящаяся в барометре, сообщается с воздухом через отверстие в крышке чашки, закрывающейся винтом с кожаной шайбой.

Высота столба ртути измеряется по шкале, нанесенной с левой сто­роны на латунной защитной оправе. Шкала нанесена вдоль края сквоз­ной вертикальной прорези в защитной оправе, что позволяет видеть мениск ртутного столба в трубке. В этой же прорези с помощью крема­льеры движется кольцо с укрепленным на нем нониусом, нижний край которого служит индексом для наводки на мениск ртути. Нониус позво­ляет производить отсчеты с точностью до десятых долей деления шка- Ж Для определения температуры барометра имеется термометр, ук­репленный в прорези защитной оправы барометра. Цена деления тер­мометра 1,0°С, но отсчет температуры производится с точностью до О, ГС, по показаниям термометра определяется температурная поправ­ка.

Кольцо, расположенное сверху корпуса барометра, предназначено для его подвески в вертикальном положении. Барометр устанавлива­ется в рабочем помещении метеоподразделения в таком месте, где нет резких колебаний температуры (вдали от печей, окон, входных наруж­ных дверей) и где на него не падают прямые солнечные лучи. Наряду с этим в месте установки должно обеспечиваться достаточное освеще­ние прибора. Желательно устанавливать барометр в специальном шкаф­чике, прочно закрепленном на капитальной стене с таким расчетом, чтобы чашка прибора была на высоте 70 - 75 см над полом. Барометр подве­шивается за кольцо на специальном крюке-винте. После установки ба­рометра винт, расположенный на крышке чашки барометра, отвинчива­ют на 1,5-2 оборота.

2.3. Инспекторский и контрольный сифонно-чашечные барометры ир и кр

Назначение - измерение атмосферного давления и в качестве об­разцовых приборов: ИР - для сравнения с барометрами типа СР-А (СР- Б); КР - для сравнения с инспекторскими барометрами.

Основные технические характеристики

Т_к = t°C+273,15°С, t°C = Т_К-273,15°С. 9

Ф=Ф_о.е^_0!/, 111

ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В СВОБОДНОЙ АТМОСФЕРЕ 135

РСУ=0+ДД 159

10. АППАРАТУРА ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ С МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ 170

11. АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ, ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ 167

12. РАДИОПРИЕМНИКИ И РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНИКАХ 208

Основные узлы радиоприемных устройств 200

Р2. 209

13. ФАКСИМИЛЬНАЯ АППАРАТУРА 216

14. ТЕЛЕГРАФНАЯ АППАРАТУРА 234

Устройство. Прибор (рис. 3.5) состоит из чувствительного эле­мента, передаточного механизма, стрелки, шкалы и металлической рам­ки, на которой закреплены детали прибора. Чувствительным элемен­том служит обезжиренный волос. Изменение длины волоса с помощью передаточного механизма преобразуется в перемещение стрелки от­носительно шкалы прибора. Натяжение волоса обеспечивается специ­альным грузиком. С помощью регулировочного винта можно при не­обходимости перемещать стрелку относительно шкалы. Изменение чув-

ствительности прибора достигается изменением длины рычага, пере­мещающего стрелку.

Эксплуатация. Гигрометр устанавливается в психрометрической будке и крепится на штативе между сухим и смоченным термометрами станционного психрометра. Отсчет по волосному гигрометру делают­ся в целых делениях шкалы непосредственно после отчетов по психро­метру. Гигрометр по сравнению с психрометром является менее точ­ным прибором, но в зимнее время (при температуре ниже -Ю'С), ког­да психрометры не применяются, он является основным. Для получе-

ния действительной относительной влажности в показания гигрометра вводят поправки, которые находят сравнением показаний гигрометра с показаниями психрометра в течение 1-1,5 мес. до наступления устой­чивых морозов,

3.6. ГИГРОГРАФЫ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ М-21Н и М-21С

Назначение - непрерывная регистрация относительной влажности воздуха в наземных условиях. Поставляются два типа гигрографов: не­дельный - М-21н (продолжительность одного оборота барабана часо­вого механизма 176 ч) и суточный - М-21с ( продолжительность одного оборота барабана часового механизма 26 ч).

Основные технические характеристики

Пределы регистрации относительной влажности воздуха, %

30-100

Основная погрешность:

а) измерения относительной влажности, %:

Т_к = t°C+273,15°С, t°C = Т_К-273,15°С. 9

Ф=Ф_о.е^_0!/, 111

ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В СВОБОДНОЙ АТМОСФЕРЕ 135

РСУ=0+ДД 159

10. АППАРАТУРА ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ С МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ 170

11. АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ, ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ 167

12. РАДИОПРИЕМНИКИ И РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНИКАХ 208

Основные узлы радиоприемных устройств 200

Р2. 209

13. ФАКСИМИЛЬНАЯ АППАРАТУРА 216

14. ТЕЛЕГРАФНАЯ АППАРАТУРА 234

Рис. 3.6

Эксплуатация. Гигрограф устанавливается в метеорологической будке типа БС. Зимой следует учитывать, что нормальная работа часо­вого механизма и пригодность чернил гарантируются заводом-изго­товителем только до температуры -35"С. Поправки в записи прибора вводятся с помощью графика, составленного на основании сравнитель­ных значений относительной влажности воздуха в сроки наблюдений, полученных по психрометру, и значений, снятых с лент гигрографа с точностью до VC. График строится так же, как и для поправок к гигро­метру. Для теплого времени года обработка лент ведется ежемесячно с помощью графика, составленного поданным текущего месяца. При тем­пературе ниже -10*С, влажность по психрометру не определятся, обра­ботка лент производится с помощью сезонного графика, составленно­го по данным двух ближайших месяцев (осенних или весенних) до на­ступления холодного периода или после него.

4. ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Воздух находится в непрерывном движении относительно земной поверхности. Причиной его перемещения является неравномерность распределения атмосферного давления и температуры на земной по­верхности. Воздух движется из областей высокого давления в области низкого давления.

Ветром принято называть горизонтальное движение воздуха. Наря­ду с горизонтальным движением почти всегда наблюдаются и вертикаль­ные составляющие, зависящие от рельефа местности и температуры подстилающей поверхности, но они в большинстве случаев невелики и в сотни раз меньше горизонтальных.

Ветер, как всякое движение, характеризуется скоростью и направ­лением.

Скоростью ветра называется путь, пройденный частицами воздуха в единицу времени. В метеорологии скорость ветра измеряется в мет­рах в секунду (м/с) и километрах в час (км/ч). Для перевода скорости из одних единиц в другие служит коэффициент 3,6. Если скорость вет­ра, выраженную в м/с, умножить на 3,6, получим скорость, выраженную в км/ч. Если скорость ветра, выраженную в км/ч, разделить на 3,6, по­лучим скорость в м/с.

В некоторых странах скорость ветра измеряют в узлах, 1 узел при­мерно равен 0,5 м/с.

В обыденной жизни часто используют качественные характеристики ветра по его скорости: ветер скоростью до 3 м/с - слабый, 4-7 м/с - умеренный, 8-14 м/с - сильный, 15 - 19 м/с - очень сильный, 20 - 24 м/ с - шторм, 25 - 30 м/с - жестокий шторм, более 30 м/с - ураган.

За направление ветра в метеорологии принимается та сторона го­ризонта, откуда перемещается воздух. Направление ветра измеряется в градусах и румбах. Один градус соответствует 1/360 части горизонта. Счет градусов ведется от северного конца географического меридиана по ходу часовой стрелки от 0 до 360'.

Для приблизительного определения направления ветра использу­ют 16 направлений или румбов. Один румб соответствует 1/16 части горизонта, при этом 8 румбов называются основными, (север, северо- восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад.), на каждый основной румб приходится по 45°.

Различают еще 8 дополнительных румбов (северо-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юго-юго-восток, юго-юго-за­пад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, северо-северо-запад).

В аэронавигации за направление ветра принимают ту часть гори­зонта, куда перемещается воздух, т. е. оно отличается от метеорологи­ческого на 180°.

Ветер не представляет собой однородного, устойчивого течения. Особенно неустойчив ветер у земной поверхности, где в результате встреч с различными препятствиями он становится порывистым и образует завихрения, что вызывает непрерывные быстрые колебания его направ­ления и скорости. По скорости различают ровный и порывистый ветер, по направлению - постоянный и меняющийся. Ветер считается порывис­тым, если его скорость в течение 2 мин изменяется на 4 м/с и более. Когда направление ветра за 2 мин изменяется более чем на 1 румб, его называют меняющимся. Резкое кратковременное усиление ветра до 20 м/с и более со значительным изменением направления называется шква­лом.

У поверхности земли скорость ветра может достигать 50 м/с и бо­лее, в свободной атмосфере 100- 150 м/с и более.

Для решения ряда практических задач, в том числе и для прогнози­рования погоды, необходимо знать скорость и направление ветра как у земли, так и на высотах.

Измерение скорости и направления ветра на аэродромах произво­дится дистанционными метеорологическими станциями М-49, анемо- румбометрами М-47 и М-63М-1, анемометрами ручными индукционны­ми АРИ-49, датчиками параметров ветра десантных метеокомплектов (ДМК) и комплексных радиотехнических автоматических метеорологи­ческих станций.

4.2. АНЕМОМЕТР РУЧНОЙ ИНДУКЦИОННЫЙ АРИ-49

Назначение - определения мгновенных значений скорости ветра у земли.

Основные технические характеристики

Пределы измерений, м/с 2-30

Цена деления шкалы, м/с 1

Погрешности измерений скорости ветра V, м/с ±(0,5+0,05F)

Порог чувствительности при нормальных условиях, м/с,

не более 1,5

Габариты, мм : 0120x200

Масса, кг. 0,35

Диапазон рабочихтемператур, °С от-40 до +45

Рис. 4.1

Принцип действия и устройство (рис. 4.1). Принцип действия прибора основан на использовании индукционных токов, возникающих во вращающемся магнитном поле вследствие вращения вертушки и свя­занной с ней магнитной системы. Трехчашечная вертушка, являющаяся чувствительным элементом прибора, укреплена на свободно вращаю­щейся оси. С нижней частью оси жестко скреплена магнитная система, размещенная внутри металлического колпачка, который, в свою оче­редь, также может вращаться на своей оси. С колпачком связаны спи­ральная пружина и указательная стрелка. Шкала расположена в окне нижней части корпуса прибора. Прибор снабжен съемной ручкой и спе­циальным наконечником, который навертывается на хвостовик вместо ручки, когда анемометр устанавливается на деревянном шесте.

Работает анемометр следующим образом. Вертушка прибора вра­щается всегда в одну и ту же сторону независимо от направления воз­душного потока. При вращении вертушки вращается и жестко связан­ная с ней магнитная система, которая создает в приборе вращающее­ся магнитное поле, вызывающее в металлическом колпачке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем магнита воз­никает момент, под действием которого колпачок поворачивается, зак­ручивая стальную пружину, натяжение которой отрегулировано так, чтобы уравновешивалось действие вихревых токов. Величина угла поворота оси с металлическим колпачком пропорциональна скорости вращения вертушки, следовательно, отклонение указательной стрелки анемомет­ра пропорционально скорости ветра.

При равномерном характере ветра анемометр обеспечивает дос­таточно точное измерение его скорости, при порывистом - дает осред- ненные значения. Однако осреднения происходят за сравнительно ко-

роткие промежутки времени (менее 30 с), при этом чем больше значе­ние измеряемой скорости ветра, тем за меньший промежуток времени происходит осреднение, вследствие чего при сильном порывистом ха­рактере ветра отдельные отчеты могут в какой-то мере характеризо­вать силу этих порывов.

Эксплуатация. Измерение скорости ветра может осуществляется двумя способами: поднятием прибора за ручку вертикально вверх на вытянутой руке или поднятием его на шесте длиной около 2 м. В обоих случаях наблюдатель должен стоять лицом к ветру и держать прибор так, чтобы хорошо видеть шкалу. В непосредственной близости от на­блюдателя не должно быть препятствий, искажающих действительную скорость ветра (здания, кустарники, забор и т. п.).

При равномерном характере ветра отсчет по шкале анемометра может производиться один-два раза, при порывистом ветре следует произвести две-три серии отсчетов, каждая из которых должна состо­ять из четырех-пяти отсчетов, и затем вычисляется среднеарифмети­ческое значение. При этом необходимо зафиксировать крайние правые положения стрелки прибора. В каждый из отчетов необходимо ввести шкаловую поправку, взятую из аттестата, прилагаемого к прибору. При эксплуатации анемометр не должен подвергаться ударам и резким со­трясениям.