2.2 Інерція термометрів.

Термометр, поміщений в будь-яке середовище для вимірювання її температури, приймає температуру середовища не миттєво. Час, необхідний для цього, залежить від інтенсивності теплообміну між середовищем і термометром, і від параметрів термометра. Наприклад, один і той же термометр при інших рівних умовах швидше прийме температуру рухомого відносно нього повітря, ніж нерухомого. Кількість тепла , яке за кожний малий відрізок часу , термометр отримує від середовища (або віддає середовищу), пропорційне цьому відрізку часу, різниці температур термометра і середовища , а також залежить від площі поверхні термометра , через яку здійснюється теплообмін між термометром і середовищем. Кількість тепла , отримане (згублене) термометром за час , з достатньою точністю визначається рівнянням

, (2.1)

де - коефіцієнт зовнішнього теплообміну, який залежить від характеристик термометру і середовища.

Приток тепла до термометру приводить до зміни його температури на , який може бути визначений на основі рівняння

, (2.2)

де - теплоємність речовини термометра;

- маса термометра.

Переходячи до нескінченно малих величин, тобто коли , і , на основі рівнянь (2.1) і (2.2) отримаємо

, (2.3)

де .

З рівняння (2.3) видно, що швидкість зміни температури термометра прямо пропорційна різниці температури термометра і середовища, і зворотно пропорційна величині , названою коефіцієнтом термічної інерції термометра. Поділивши змінні в рівнянні (2.3) та інтегруючи його для випадку, коли температура середовища постійна, одержуємо

,

звідки

. (2.4)

Сталу інтегрування С визначають за начальних умов при і з (2.4), тоді . Підставивши це значення С в (2.4), отримаємо

. (2.5)

З рівнянь (2.4) і (2.5) видно, що різниця між температурою термометра і середовища протягом часу прямує до нуля. Це відбувається тим швидше, чим менше (рис.2.1).

Рівняння (2.5) визначає залежність між коефіцієнтом інерції , часом знаходження термометра в середовищі до моменту вимірювання (часом витримки) і різницею температур середовища, і термометра в момент вимірювання, тобто похибкою вимірювання.

Якщо в рівнянні (2.5) припустити, що час чисельно рівним коефіцієнту інерції , то отримаємо

. (2.6)

На основі рівнянь (2.5) і (2.6) коефіцієнт інерції термометра визначається як час, за який початкова різниця температур термометра і середовища зменшується в разів ( - основа натурального логарифма).

с

70

20

0 50 100 150 , с

Рисунок 2.1 - Залежність сприйняття термометром температури середовища від коефіцієнта термічної інерції

За допомогою формули (2.6) може бути визначена експериментально. Для цього, нагрівши термометр на декілька градусів вище температури середовища, помістимо його знову в середовище. Знаючи температуру середовища , вимірюємо по секундоміру час, за який термометр змінив температуру від довільно вибраної температури до температури , обчисленої на основі формули (2.6).

На основі виразу (2.5) можна також визначити час, необхідний для того, щоб термометр з відомим коефіцієнтом інерції, поміщений в середовище, прийняв її температуру із заданою точністю.

Коефіцієнт інерції термометру в рідинному і газоподібному середовищі залежить від швидкості переміщення середовища відносно термометру. Це є наслідком зміни коефіцієнта зовнішнього теплообміну із зміною відносної швидкості руху середовища.

Установлено, що коефіцієнт інерції термометра у повітряному середовищі зворотно пропорційний квадратному кореню з швидкості руху повітря відносно термометра.

2.3 Види термометрів для метеорологічних вимірювань.

Термометрів, які застосовуються для метеорологічних вимірювань, досить багато, проте найбільше застосування на метеорологічній мережі мають:

• рідинні термометри, дія яких заснована на зміні об’єму рідини при зміні температури;

• деформаційні термометри, дія яких заснована на зміні лінійних розмірів твердих тіл із зміною температури;

• термометри опору, дія яких заснована на зміні електропровідності тіл із зміною температури;

• термоелектричні термометри, дія яких заснована на зміні електрорухливої сили термоелементів при зміні різниці температури спайок;

• термотранзисторні термометри, дія яких заснована на залежності напруги емітера – база транзистора від температури.