Практична частина Прилади для виміру метеорологічних умов
Вимір температури
Прилади для виміру температури підрозділяються на:
термометри розширення (рис. 3.1, а, б, в);
манометричні термометри
термоелектричні термометри;
електричні термометри опору
Термометри розширення. Принцип дії цих приладів заснований на зміні об'єму рідких фаз під впливом температури. Найбільше поширення одержали ртутно-скляні термометри, якими можна виміряти температуру від мінус 30 °до плюс 75 °С.
До термометрів розширення відносяться також прилади, робочий орган яких виготовлений у вигляді металевої пластини або стрічки, згорнутої в спіраль, що складається із двох металів з різними коефіцієнтами температурного розширення. При нагріванні біметал деформується. По ступені деформації судять про температуру.
а – рідинний із зовнішньою шкалою 1 – корпус; 2 – шкала; 3 – капіляр; 4 – резервуар. |
б – рідинний із витяжною шкалою 1 – запаяна трубка; 2 – шкала; 3 – капіляр; 4 – резервуар. |
в – кийовий 1 – скляна планка; 2 – шкала; 3 – капіляр. |
Рисунок 3.1 - Термометри розширення |
||
Манометричні термометри. Принцип дії цих приладів заснований на залежності між температурою й тиском робочої (термометричної) речовини, укладеного в замкнуту систему. Залежно від речовини, що заповнює термосистему, манометричні манометри підрозділяються на газові, паро-рідинні й рідинні.
Термоелектричні термометри (термопари) Принцип дії цих термометрів заснований на виникненні електрорушійної сили (ЕРС) у замкнутому ланцюзі, у схему якої входить термопара, виготовлена їх двох різнорідних металів. Якщо спай термопари помістити в середовище, температуру якого необхідно виміряти, то пропорційно температурі в ланцюзі з'являється ЕРС, яку реєструємо за допомогою мілівольтметра, градуйованого в градусах Цельсія.
Електричні термометри опору. Принцип дії цих приладів заснований на вимірі електричного опору провідникових і напівпровідникових матеріалів при зміні температури вимірюваного середовища. Термометри опору виконують у вигляді невеликої котушки або пластинки з тонкого дроту. Опір термометра вимірюють спеціальним приладом – логометром, шкала якого градуйована в градусах Цельсія.
Вимір температури в даній лабораторній роботі здійснюється за допомогою ртутного термометра.
На практиці використовують самописний метеорологічний термограф.
Принцип дії термографа заснований на властивості датчика (біметалічної пластинки) змінювати радіус вигину зі зміною температури навколишнього повітря.
Прилад забезпечує вимір температури повітря в діапазоні температур від мінус 45°С до 55°С с точністю до плюс (мінус) одного градуса Цельсія.
Реєстрація зміни температури повітря виробляється на діаграмній стрічці, розміщеної на барабані, що приводиться в обертання за допомогою годинникового механізму.
Діаграмна стрічка розділена по вертикалі горизонтальними паралельними лініями із ціною розподілу 1°С. а по горизонталі – вертикальними дугоподібними лініями із ціною розподілу, рівним 15 мінутам. Для введення приладу в роботу необхідно:
завести годинний механізм обертанням ключа в напрямку, зазначеним стрілкою годинника на барабані;
накласти на барабан годинного механізму діаграмну стрічку, попередньо обрізану по лінії відрізу й закріпити затиском;
наповнити перо чорнилом і привести в зіткнення з діаграмною стрічкою;
установити барабан годинного механізму в положення, при якому перо стрілки буде перебувати на розподілі діаграмної стрічки, що відповідає даному моменту часу.
Вимір вологості
Для виміру вологості повітря використовуються прилади, які називаються гігрометрами. Принцип дії гігрометрів заснований на зміні фізичних властивостей матеріалів, що поглинають вологу залежно від вологовмісту навколишнього повітря. Відповідно до цього існують різні прилади для визначення вологості:
психрометри (рис. 3.2, а):
волосяні гігрометри (рис. 3.2, б.);
гігрометри точки роси:
гігрометри з датчиками, що підігріваються;
гігрометри з електричними датчиками.
Психрометри. Психрометри є одним з найпоширеніших інструментів виміру вологості. Принцип дії психрометрів заснований на різниці температур сухого й мокрого термометрів. Інтенсивність випару вологи від резервуара мокрого термометра, а, отже, і його температура залежить від вологості навколишнього повітря. Різниця показань сухого та змоченого термометрів є характеристикою вологості повітря, яку визначають із таблиці.
Волосяний гігрометр. Принцип дії волосяного гігрометра заснований на здатності знежиреного волосся міняти свою довжину при зміні вологості навколишнього повітря. Загальне подовження волосся при зміні відносної вологості від 0 до 100% становить 2,5% його довжини. Як датчик замість волосся можуть бути застосовані синтетичні плівки.
а – Гігрометр психрометричний 1 – корпус; 2- резервуар с водою; 3 – вологий термометр; 4 – сухий термометр; 5 – тканина (вата); 6 – вода. |
б – Гігрометр волосяний 1 – шкала; 2 – стрілка; 3 – вісь; 4 – волос; 5 – пружина. |
Рисунок 3.2 - Гігрометри |
|
Гігрометри точки роси. Цей метод полягає у визначенні температури до якої необхідно остудити повітря при незмінному тиску для того, щоб довести його до стану насичення (точка роси). Температуру точки роси визначають у момент конденсації водяної пари на поверхні твердого тіла (металевого дзеркальця) і по обмірюваній температурі точки роси визначають вологість повітря.
Гігрометри з датчиками, що підігріваються. Цей тип гігрометрів заснований на принципі зміни точки роси над насиченим сольовим розчином. Точка роси будь-якої солі є залежним від вологості навколишнього повітря. Використовуючи цю залежність, по обмірюваній температурі точки роси над розчином обчислюють вологість повітря. Як робоча рідина звичайно використовують розчин, що володіє великий гігроскопічністю. Достоїнством цих датчиків є можливість їхнього використання при негативних температурах (до мінус 50°С)
Гігрометри з електричними датчиками. Ці гігрометри мають чутливий елемент, виконаний з гігроскопічного матеріалу, що при змінах вологості перебуває в пірометричній рівновазі з контрольованим газом (повітрям). Так, наприклад, вимірюючи опір плівки електроліту, здатного поглинати вологу, можна визначити вологість повітря.
Вимір вологості здійснюють за допомогою психрометра й самописного гігрографа. Гігрограф забезпечує запис вимірів відносної вологості повітря від 30 до 100%, при температурі від мінус 30°С до 45°С.
Принцип дії приладу заснований на властивості знежиреного людського волосся змінювати свою довжину при різній вологості повітря. Зміна довжини пучка волосся, викликана зміною відносної вологості повітря, перетворитися за допомогою передавального механізму в переміщення стрілки з пером по паперовій діаграмній стрічці. При збільшенні відносної вологості повітря пучок волос подовжується, стрілка з пером переміщується нагору, а при зменшенні – опускається долілиць. Обертання барабана з надягнутої на нього стрічкою здійснюється годинним механізмом, що розміщений усередині барабана. Годинний механізм заводиться ключем.
Діаграмна стрічка розділена горизонтальними паралельними лініями із ціною розподілу 2% відносної вологості й вертикальних дугоподібних ліній із ціною розподілу, що відповідає 15 хвилинам часу.
Для введення приладу в дію необхідно:
з'єднати за допомогою гачка пучок волосся з механізмом приладу;
обрізати нижню крайку діаграмної стрічки;
накласти діаграмну стрічку на барабан і закріпити її стрічко-власником;
завести годинний механізм;
заповнити перо чорнилом і привести стрілку з пером у зіткнення з діаграмною стрічкою.
Вимір атмосферного тиску
Для виміру тиску існує багато різних приладів, які за принципом дії діляться на п'ять основних груп:
рідинні;
поршневі;
пружинні (рис. 3.3);
електричні;
п'єзоелектричні.
Рідинні манометри. Дія рідинних приладів заснована на зрівноважуванні вимірюваного тиску висотою стовпа робочої рідини (гідростатичним тиском).
Найпоширенішим є U-Образний манометр, у якому робочою рідиною служить вода, ртуть, масло. Для виміру невеликого надлишкового тиску застосовують мікроманометр із похилою трубкою.
Поршневі манометри. Принцип роботи поршневих манометрів заснований на зміні об'єму газу (повітря) у циліндрі з поршнем. Під дією тиску поршень змінює своє положення, що фіксується.
Пружинні манометри. Принцип дії цих приладів заснований на випрямленні порожньої пружини під дією тиску. Різновидом пружинних манометрів є мембранний манометр, що служить для виміру невеликого тиску.
Рисунок 3.3 - Трубчасто-пружинний манометр (Бурдона)
1 – зубчасте колесо; 2 – зубчастий сектор; 3 – тяга; 4 – вісь;
5 – трубчаста пружина; 6 – стрілка; 7 – шкала.
Електричні манометри. Принцип дії цих приладів заснований на зміні електричного опору провідникових матеріалів при зміні тиску.
П'єзоелектричні манометри. У цих приладах використовують п'єзоелектричний ефект кварцу й деяких інших матеріалів. Якщо кварцову пластинку стискати уздовж її осі, то на її площинах виникають електричні заряди, пропорційно тиску (до прогинання). Величина заряду фіксується по шкалі мілівольтметра, градуйований в одиницях тиску.
Принцип роботи барографа заснований на властивості анероїдних коробок реагувати на зміну атмосферного тиску зміною своїх геометричних розмірів по висоті за рахунок деформації мембран. Реєстрація зміни атмосферного тиску виробляється на діаграмній стрічці, закріпленої на барабані, що приводиться в обертання годинним механізмом. Погрішність приладу становить ±0,7 мбар на кожні 10 мбар зміни атмосферного тиску.
Діаграмна стрічка розділена по вертикалі горизонтальними паралельними лініями із ціною розподілу, що відповідає 1 мбар атмосферного тиску, а по горизонталі – вертикальними дугоподібними лініями із ціною розподілу, рівним 15 хвилинам.
Вимір швидкості руху повітря
Вимір швидкості повітря здійснюється за допомогою чашкового або крилатого анемометрів. Чим більше швидкість повітря, тим більше швидкість обертання анемометра, що фіксується на шкалі приладу. Для виміру швидкості руху повітря необхідно встановити прилад (крилатий анемометр) перпендикулярно осі руху повітря, відрахувати число розподілів шкали, відзначених приладом за одиницю часу й за графіком визначити швидкість руху повітря.