Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

ляется в океанографии широко распространенным стан­ дартным прибором для высокоточных измерений темпе­ ратуры на больших глубинах, так как он:

•— отвечает самым высоким требо­ ваниям, которые могут быть предъяв­ лены к точности такого рода измере­ ний (средняя квадратическая ошибка составляет в зависимости от класса термометра ±0,05—0,01° С);

— пригоден для работы на любых глубинах океана;

— надежен в работе.

Основные недостатки этого при­ бора:

— большая инерционность; время аккомодации (принятия термометри­ ческой жидкостью температуры ок­ ружающей среды) составляет 5— 7 мин;

■— производство наблюдений и их обработка довольно трудоемки;

—наблюдения выполняются толь­ ко на якоре или в медленном дрейфе;

—невозможность автоматизации съема данных измерений;

—предназначен, только для еди­ ничных измерений на данном горизон-

измерения температуры внутри прибора в момент отсчитывания по основному термометру.

Основной термометр (рис. 10) состоит из толстостен­

68

ной капиллярной трубки, заканчивающейся цилиндри­ ческим резервуаром. На некотором расстоянии от резер­ вуара трубка образует петлевидный изгиб, внутри ко­ торого капилляр несколько расширяется. Перед петле­ образным изгибом капилляр суживается и от него отхо­ дит глухой отросток. В верхней части капилляр расши­ ряется, образуя приемник, куда стекает ртуть, отделяю­ щаяся при опрокидывании термометра.

Термометр опускают на глубину, выдерживают для аккомодации в течение установленного времени, а затем

с помощью посыльного грузика его переворачивают. При этом ртуть основного термометра всегда обрывается у глухого отростка и стекает в приемник. От этого расши­ рения (приемника) и нанесены деления шкалы основ­ ного термометра. Ртуть, выходящая из резервуара при дальнейшем нагревании, собирается в расширении пет­ леобразного изгиба и не может соединиться с уже ото­ рвавшимся столбиком, т. е. не может изменить показа­ ний основного термометра.

Однако отсчет по основному термометру происходит при иной внешней температуре, вызывающей избыточ­ ное удлинение столбика ртути основного термометра. Возникает необходимость введения поправки k за раз­ ность температур в момент отсчета и в момент отрыва, называемой редукционной поправкой глубоководного термометра. Эта поправка рассчитывается по формуле

69

Знак редукционной поправки k одинаков со знаком разности (Г—'t).

Пример. Ѵ0 = 180°; Т = 2,00°; t = 16,0°. Найти h x (Ѵ/0 + 7)==182°; (Г — 0 = 14,0°; é = — 0,41°; л; =1,59°.

Необходимые для расчетов величины ѴѴ, Чп и ин­ струментальные поправки основного и вспомогательного термометров выбираются из свидетельства, которым снабжается каждый прибор. При использовании других марок стекла с коэффициентом Чп Ф 1/6300 учитывается дополнительная поправка Ak, выбираемая из таблицы 3 того же пособия, рассчитанная по формуле

где Ап — разность знаменателей относительных объем­ ных коэффициентов совместного расширения стекла и ртути для йенского (6300) и данного стекла.

Знак поправки Ak обратен знаку редукционной по­ правки k.

Пример.

Недостатки, присущие глубоководным термометрам, привели к созданию (порой в ущерб точности) новых приборов для измерения температуры Морской воды, действующих на иных принципах.

В д е ф о р м а ц и о н н ы х т е р м о м е т р а х мерой температуры являются величины упругих деформаций приемника под влиянием тепла. Этот способ измерения основан на теории упругости, согласно которой величина упругой деформации твердого тела прямо пропорцио­ нальна величине действующего усилия. В термобатигра­

фе (греч. thermos — тепло, bathys — глубина, grapho —

пишу)— автоматическом приборе, регистрирующем рас­ пределение температуры по глубине, чувствительным элементом температуры является деформационный тер­

70

мометр, представляющий собой тонкую капиллярную трубку, навитую на хвостовую часть термоблока и со­ прикасающуюся с морской водой. Трубка соединена с геликоидальной манометрической пружиной, один конец которой закреплен, а другой свободен и заканчивается стрелкой. Трубка и внутренняя полость пружины запол­ нены толуолом — органическим веществом с большим

температурным^ коэффициентом расширения. При изме­ нении температуры объем толуола увеличивается или уменьшается, манометрическая пружина получает сме­ щение, пропорциональное величине упругой деформации и фиксируемое на термобатиграмме, которая представ­ ляет собой стеклянную пластинку со специальным по­ крытием. Точность измерения температуры термобатиграфом ниже, чем глубоководными термометрами (сред­ няя квадратическая ошибка т = ± 0 ,1 ° ). Как у всех де­ формационных термометров, показания прибора относи­ тельные, для получения абсолютных значений требуется тарировка прибора по показаниям жидкостных термо­ метров. Для отсчитывания измеренных температур не­ обходимо специальное отсчетное устройство.

Тем не менее термобатиграф нашел самое широкое распространение в качестве стандартного экспедицион­ ного и корабельного прибора, так как он:

—портативен, прост и надежен в эксплуатации;

—фиксирует кривую вертикального распределения температуры, позволяющую по термобатиграмме нагляд­

дом преимуществ перед термометрами других типов, в частности, меньшей инерционностью и широкими воз­ можностями для автоматизации записи результатов из­ мерений.

Чтобы измерить неэлектрическую величину — темпе­ ратуру электрическими методами, ее необходимо преж­ де всего преобразовать в электрическую. Поэтому основ­ ной частью всякого электрического прибора, предназна­ ченного для измерения температуры, является чувстви­

\

В настоящее время для измерения температуры ис­ пользуются следующие чувствительные элементы и дат­ чики: проволочные и полупроводниковые термометры сопротивления и термопары, а также не получившие еще широкого распространения ферритовые и кварцевые тер­ мометры.

Электрические термометры сопротивления основаны на свойстве некоторых материалов менять электриче­ ское сопротивление с изменением температуры. Зависи­ мость сопротивления, например платины, от темпера­ туры в диапазоне от 0 до 660° С подчиняется следующему выражению:

лов — меди, никеля, вольфрама или чаще из платины, обладают большой линейностью и стабильностью. Од­ нако вследствие невысокого температурного коэффи­ циента сопротивления этих металлов (0,3-^-0,4% на 1°) требуется применение измерительных схем высокой чув­ ствительности. Например, для измерения температуры со средней квадратической ошибкой ±0,02° необходимо измерять величину сопротивления с относительной сред­ ней квадратической ошибкой ±0,008%, что на практике не всегда осуществимо, так как пониженная чувстви­ тельность измерительных схем не позволяет реализовать возможные точности измерений температуры.

Проволочные термометры сопротивления использу­ ются для измерения температуры морской воды поверх­ ностного слоя в судовой дистанционной гидрометеоро­ логической станции ГМ-6 и в аппаратуре УТСГ-1, предназначенной для дистанционного измерения и ре­ гистрации вертикального распределения температуры и солености на глубинах 5—300 м с судна, лежащего в медленном дрейфе или стоящего на якоре.

Полупроводниковые электрические термометры — термисторы изготовляются из полупроводящих материа­

72