ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 176
Скачиваний: 0
коэффициент на порядок выше температурного коэффи циента проволочных термометров, что обеспечивает бо лее высокую чувствительность измерительных схем, однако им присущи нелинейность температурной харак теристики, нестабильность во времени и плохая взаимо заменяемость.
Рис. 11. Схема электрического термометра сопротивления
В качестве измерительных схем для включения тер мочувствительных элементов проволочного и полупро водникового типа обычно применяются уравновешенные и неуравновешенные мосты различной конструкции с пи танием постоянным или переменным током. Одно из плеч моста — термометр сопротивления Rt (рис. 11), остальные плечи — постоянные или регулируемые со противления Ri, R2 и Rs, они изготовляются из метал лов, обладающих значительно меньшим по сравнению с термометром температурным коэффициентом сопротив ления, например из манганина или константана. В одну из диагоналей моста включается источник питания, в другую — измерительный прибор для регистрации соот
73
ветствующего выходного параметра моста (напряжения, сопротивления или проводимости). Мост регулируется таким образом, чтобы при определенной температуре t в измерительной диагонали тока не было. При измене нии температуры на величину At номинальное электри ческое сопротивление термометра Rt изменится на вели чину AR, мост разбалансируется, и в измерительной диагонали появится ток разбаланса, э. д. с. которого пропорциональна этому изменению. Напряжение разба ланса AU оказывается равным
|
|
AU = A R - ^ , |
|
(3.12) |
|||
где |
U — напряжение |
питания |
моста. |
|
|
|
|
|
|
Для измерения и записи тем |
|||||
|
|
ператур |
служат |
регистрирующие |
|||
|
|
(вторичные) приборы. Они могут |
|||||
|
|
быть |
разделены |
на |
следующие |
||
|
|
самостоятельные группы: |
|
||||
|
|
— гальванометры |
стрелочно |
||||
|
|
го типа; |
|
|
|
ос |
|
|
|
— магнитоэлектрические |
|||||
|
|
циллографы; |
|
|
|
||
|
|
— электронные |
автоматиче |
||||
|
|
ские самопишущие приборы. |
|
||||
|
|
При |
океанографических изме |
||||
Рис. |
12. Термобатарея |
рениях |
|
наибольшее |
распростра |
||
с гальванометром |
нение |
получили |
электронные |
ав |
|||
|
|
томатические самопишущие |
при |
боры: электронные потенциометры типа ЭПП-09 или специальные измерительные мосты типа МС-1 с записью на ленточной диаграмме (аппаратура УТСГ-1). Шкалы таких приборов обычно отградуированы в градусах Цельсия (°С), но они также могут работать и с другими датчиками, являющимися источниками э. д. с. или на пряжения. В этом случае шкалы приборов градуиру ются в абсолютных милливольтах.
Гальванометры стрелочного типа используются в ди станционной гидрометеорологической станции ГМ-6.
В термопарах используется эффект Зеебека, заклю чающийся в появлении э. д. с. в замкнутой цепи, состав ленной из двух разнородных металлических проводни ков, нагретых до различных температур. При этом про
74
исходит превращение тепловой энергии в электриче скую; в точках соприкосновения металлов («спаях») возникает контактная разность потенциалов, которая обусловливает появление э. д. с. и тока, величина кото рых пропорциональна разности температур слоев
(рис. 12).
При хорошей линейной зависимости э. д. с. термо пары от температуры термометры этого типа обладают, однако, небольшой чувствительностью (10—50 мкВ/°С). Поэтому, например, для измерения температуры с по грешностью ±0,02° необходимо обеспечить измерение напряжения термопары с точностью не ниже ±0,2— 10 мкВ. Применение термопар при гидрологических ра ботах ограничено, используются они главным образом в актинометрических приборах.
§ 9. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
В § 6 уже указывалось на необходимость не только с высокой точностью, определяемой жесткими требова ниями инструкций и руководств, выполнять измерения основных параметров морской воды, но и с соответ ствующей точностью координировать их в пространстве. Несоблюдение этих требований приводит к снижению научной объективности результатов исследований и раз рабатываемых на их основе военно-прикладных реко
мендаций для ВМФ. |
глубина погружения |
гидрологиче |
Наиболее просто |
||
ских приборов может быть определена |
непосредствен |
|
но— по длине троса, |
на котором опускается прибор, но |
при условии, что трос уходит в воду отвесно и судно все время находится над прибором. Однако в общем случае под действием ветра и волны судно сносит, и трос от клоняется от вертикали. Возникает необходимость да вать тросу «притравку», чтобы вывести прибор на задан ную глубину.
Формула |
|
L = Z sec« |
(3.13) |
позволяет определить длину вытравленного троса L, не обходимую для вывода прибора на глубину Z при угле отклонения троса от вертикали, равном а0. Так как дли-
75
на троса L измеряется с помощью блок-счетчиков, то каждый из них должен быть тщательно проверен и для каждого из них определен поправочный коэффициент k:
k = |
L_ |
(3.14) |
т ' |
||
где т — показание блок-счетчика1- |
пропущенного че |
|
L — 100—200 м — длина |
троса, |
рез блок-счетчик, измеренная непосредственно с помощью рулетки.
При опускании приборов на глубину обычно тре буется определить, каков должен быть отсчет т по блок-
счетчику, чтобы прибор |
оказался на заданной глуби |
||||
не Z. Подста‘вив выражение (3.13) в формулу (3.14), |
|||||
получим |
|
Z sec а |
|
||
т = |
(3.15) |
||||
k |
|
||||
|
|
|
|
||
Существуют специальные таблицы, позволяющие для |
|||||
различных значений a, |
Z и k |
определить необходимый |
|||
отсчет т по блок-счетчику [2, |
24]. |
|
К сожалению, задача вывода приборов на заданные горизонты таким путем решается весьма приближенно, так как в каждом конкретном случае влияние сочетания факторов, вызывающих отклонение троса от вертикали (характер сноса судна, неоднородность течения с глуби ной, длина и сечение троса, тип, масса и расположение приборов на тросе и т. д.), не поддается учету — трос может принимать в воде различные формы довольно сложных кривых. Возникает необходимость независимо го измерения глубины погружения с помощью специаль ных приборов — глубомеров.
Почти все существующие типы глубомеров являются гидростатическими, так как принцип их действия осно ван на определении высоты столба воды определенной плотности по измеренному у его основания гидростати ческому давлению.
Г и д р о с т а т и ч е с к о е д а в л е н и е — важнейший параметр физического состояния морской воды. Оно из меняется в Мировом океане в широких пределах и у дна Марианской впадины составляет более 1100кгс/см2.
Какова должна быть высота Z столба воды с основа нием, равным единице площади, и средней плотностью
7 6
рт , чтобы он оказывал на свое нижнее основание давле
ние pz, равное |
1 кгс/см2? |
|
|
рт~ |
|||
Очевидно, |
что в |
пресной воде |
с плотностью |
||||
~1 г/см3 |
увеличение |
гидростатического давления |
на |
||||
1 кгс/см2 соответствует |
увеличению |
глубины на |
10 |
м. |
|||
В морской |
воде, средняя |
плотность которой рт >1 |
г/см3, |
давление возрастает на 1 кгс/см2 с увеличением глуби
ны на каждые 10/рт |
м. |
В океанографии наиболее употребительна единица |
|
давления децибар: |
|
1 дбар = |
0,1 бар = 105 дин/см2. |
Приняв среднюю плотность морской воды рт =1,03 г/см3 и учитывая, что 1 кгс/см2 = 9,81 дбар, получим, что вы сота столба морской воды, оказывающего на свое ниж
нее |
основание давление |
pz, равное 1 дбар, |
составляет |
||
примерно 1 м [39J: |
|
|
|
|
|
|
Pz |
|
Ю |
= 0,9907 ж 1 м |
|
|
g ? m |
9.81-1,03 |
|
||
|
|
|
|||
где |
g = 9,81— ускорение |
свободного падения, м/с2. |
|||
|
Расчеты показывают, |
что на глубинах до |
1000 м при |
крайних значениях гидростатического давления расхож дения в значениях плотности морской воды, вычислен ной на глубине, выраженной в линейных метрах и деци барах, не превышают 0,00005. Поэтому при расчетах плотности можно принять, что на этих глубинах глуби на, выраженная в метрах, численно равна гидростатиче скому давлению на этой глубине, выраженному в деци барах.
Однако в ряде случаев, например при определении плотности морской воды на больших глубинах, при рас четах скорости звука, устойчивости и т. п., такое допу щение (без учета влияния сжимаемости морской воды) оказывается неправомерным, так как ошибка, возни кающая за счет отклонения ускорения свободного паде ния и плотности морской воды от принятых средних зна чений, может достигать 4%, т. е. pz = Z±A% Z. В этом случае
(3.16)
о
77
где Pz, gz , pz — реальное |
гидростатическое давление, |
ускорение |
свободного падения и плот |
ность воды |
in situ; |
p Q— нормальное |
атмосферное давление. |
Основное различие в существующих конструкциях гидростатических глубомеров заключается в устройстве чувствительного элемента — датчика давления. По это му признаку принято выделять воздушные гидростати ческие глубомеры, термометры-глубомеры и глубомеры манометрического типа.
В в о з д у ш н ы х г и д р о с т а т и ч е с к и х г л у б о м е р а х давление вышележащего столба воды опре деляют по изменению объема заключенного в глубомере воздуха. По закону Бойля — Мариотта объем, заполняе мый одной и той же массой газа, при неизменной темпе ратуре обратно пропорционален давлению, под которым он находится:
Vz :V0 = p0:pz, |
(3.17) |
||
где Ѵс— объем глубомера |
при |
нормальном |
атмосфер |
ном давлении ро) |
|
|
|
Vz — объем глубомера |
на глубине Z при |
гидроста |
|
тическом давлении pz . |
|
|
|
Откуда |
|
|
|
|
|
|
(3.18) |
Довольно высокая точность |
определения |
глубины |
|
(с относительной средней квадратической |
ошибкой |
||
±1%) с' помощью воздушных |
глубомеров |
обеспечи |
вается лишь на глубинах до 500 м. На больших глуби
нах чувствительность этих |
приборов становится неудо |
||
влетворительной, в связи |
с чем они |
почти |
полностью |
вытеснены термоглубомерами. |
|
|
|
Устройство т е р м о г л у б о м е р о в , |
или |
термомет |
ров-глубомеров (ТГМ), аналогично устройству глубоко водных (опрокидывающихся) термометров, но в отли чие от них толстостенная стеклянная оболочка термо глубомеров негерметична и не изолирует основной тер мометр ТГМ от воздействия гидростатического давле ния. Поэтому в результате обжатия стекла термометри ческая жидкость основного термометра ТГМ кроме тем пературы воспринимает еще и давление вышележащего
7 8
X
столба воды, что вызывает избыточное удлинение стол бика ртути. Если в паре с ТГМ опустить обычный глу боководный термометр, то можно вычислить эту величи ну избыточного удлинения столбика ртути АТ:
AT = T ~ T W, |
|
(3.19) |
|
где Т = Т' + k — температура |
по термоглубомеру; |
||
V — отсчет по ТГМ, исправленный |
инстру |
||
ментальной поправкой; |
выби |
||
k— редукционная |
поправка ТГМ, |
||
раемая из таблицы 2 [24]; |
|
||
Tw— температура |
in |
situ. |
|
Средняя величина избыточного |
удлинения столбика |
ртути (в градусах шкалы) при изменении внешнего дав ления на 1 кгс/см2, или коэффициент давления ТГМ, определяется опытным путем в компрессорных установ ках для различных значений давления в пределах от 50 до 1100 кгс/см2 по формуле
Р = |
(3.20) |
где АТі — изменение показания ТГМ при изменении дав ления в компрессорной установке на Арі, кгс/см2.
Для различных приборов величина коэффициента давления ß лежит в пределах 0,065—0,150 °С/(кгс* см-2).
Зная величину ß и определив по формуле (3.19) АТ, можно определить величину гидростатического давления на глубине погружения ТГМ:
или, перейдя к глубине,
Z |
10ЛГ |
(3.21) |
|
Ppm |
|||
|
’ |
Пример.
12,04°; Tw = 2,71°; Pm—1,02800; ß= 0,1000. Найти Z.
AT = Т — Tw= 12,04 — 2,71 =9,33°.
10-9,33
Z = 0,1000-1,02800 = 908 M.
79