Masurarea temperaturii aerului
Termometrul meteorologic ordinar T.M.O.
Termometrul de maxima
Termometrul de minima
Termograful tip Fischer
Termografele cu tub Bourdon
Bibliografie:
Introducere:
Temperatura reprezinta o insusire fizica esentiala a materiei si de valorile ei depinde starea de incalzire si de racire a diferitelor corpuri. Cunoasterea valorilor de temperatura este absolut necesara in numeroase domenii din sfera socio-economica. Temperatura aerului e cel mai important parametru meteo-climatic ce se utilizeaza in toate caracterizarile, asupra timpului (vremii) pe termen scurt si a climei, la macroscara temporala.
Determinarea valorii de temperatura porneste de la presupunerea cunoasterii si observarii relatiilor existente intre temperatura corpurilor si volumul acestora (cresterea temperaturii determina cresterea volumului si invers). Pentru a putea sesiza si inregistra toate modificarile temperaturii intr-un anumit interval de timp au fost alese acele corpuri (lichide, metalice, aliaje) care intrunesc anumite conditii:
- densitate mare si foarte mare care confera o inertie termica mai mult decat satisfacatoare;
- slaba volatilitate; corpurile/ substantele volatile – lichide in special – nu sunt agreate dar sunt preferate in conditiile in care este absolut necesara si determinarea valorilor de temperatura foarte scazuta (a minimelor termice);
- coeficienti de dilatare constanti pe toata durata manifestarii variatiilor de temperatura.
Lichidele termometrice cele mai folosite in practica sunt: mercurul, alcoolul si toluenul.
Mercurul (Hg) provine din latinescul „mercurius”, este un metal lichid de culoare alb-argintie, care se gaseste in natura sub forma de sulfura (cinabru).
Hidrargirul (argintul viu) are punctul de inghet la –38,87sC si punctul de fierbere la 356,95sC. Are un coeficient de dilatare foarte mare, fiind adesea utilizat in termometrele cu care se masoara temperaturi ridicate (ordinare si de maxima).
Alcoolul (C2H2OH) are punctul de fierbere la 78,5sC iar punctul de inghet la
–117,3sC, fiind folosit, mai ales, la masurarea temperaturilor minime.
Toluenul (C7H8) este o hidrocarbura aromatica cu miros specific, obtinut din gudroanele carbunilor de pamant si din fractiunile petroliere imbogatite prin aromatizare. Are punctul de inghet la -95sC si punctul de fierbere la 110,56sC, fiind uzitat de termometrele care masoara temperaturile scazute.
Intervalul dintre cele doua puncte termice (temperatura de fierbere a apei distilate la presiune normala si temperatura de topire a ghetii) reprezinta scara termometrica, intervalul impartit intr-un numar variabil de parti egale, fiecare dintre ele reprezentand un grad de temperatura. Sunt cunoscute mai multe scari de temperatura:
Scara Celsius, introdusa de astronomul si fizicianul suedez Anders Celsius in 1742, este divizata de la 0-100sC, in 100 de parti egale.
Scara Réamur, introdusa de fizicianul si naturalistul francez René Antoine Ferchault, este divizata in 80 de parti egale (0-80s), gradul Réamur fiind astfel mai mare decat gradul Celsius.
Scara Fahrenheit, introdusa de fizicianul german Gabriel Daniel Fahrenheit in 1715, este impartita in 180 de parti egale (32-212sC).
Intre cele trei scari de temperatura apare o relatie de egalitate, de forma:
Simplificand, proportiile de mai sus devin:
Prin intermediul lor se poate trece de la o scara termometrica la alta astfel:
Scara Kelvin, numita si „scara termometrica absoluta a lui Kelvin”, a fost imaginata de lordul William Thompson Kelvin si este o unitate de masura (simbol K) pentru intervalele de temperatura, egala cu 1/273,15 din temperatura absoluta a punctului triplu al apei. La aceasta scara se noteaza cu 0sK cea mai coborata temperatura posibila
(-273,15sC). Marimea gradelor de temperatura in scara Kelvin este egala cu cea a gradelor din scara Celsius (1sK=1sC), deosebirea fiind data de locul de marcare al valorii zero.
In majoritatea tarilor lumii se uziteaza termometre gradate in scara Celsius si in scara Fahrenheit.
La statiile meteorologice din Romania, in scopul masurarii temperaturii la anumite ore, climatologice (01,07,13,19) sau sinoptice (din ora in ora), se folosesc instrumente cu citire directa (termometre), iar pentru inregistrarea variatiilor continue ale temperaturii aerului intr-o perioada mai lunga (o zi sau o saptamana) se utilizeaza termografe.
Instrumente cu citire directa utilizate pentru masurarea temperaturii aerului:
a) Termometrul meteorologic ordinar (psihrometric) T.M.O. este format din:
Rezervorul este umplut cu lichid termometric (mercur). Forma sa poate fi diferita, de la cilindrica pana la sferica si tronconica.
Tubul capilar este un cilindru subtire de sticla prin care coloana de mercur poate inainta sau se poate retrage fara a intampina nici un obstacol. La partea inferioara tubul capilar este sudat cu rezervorul, iar la partea superioara se termina cu o concavitate nefunctionala.
Scara gradata este reprezentata de o bucata de portelan sau opal alb pe care sunt marcate diviziuni. Cele multiple de 10s sunt inscrise cu cifre (dispuse simetric de o parte si de alta al lui 0). Diviziunile multiple de 5s sunt marcate fie cu cifra 5 fie printr-o linie continua care in capat seamana cu o sageata. Diviziunile de 1s sunt marcate cu linii mai scurte dar mai lungi decat cele corespunzatoare zecimilor de grad. In general scara gradata a T.M.O este cuprinsa intre -40sC si +60sC. Precizia este de 0,2sC ceea ce se traduce prin aceea ca intre doua grade intregi exista si intervale. La partea superioara scara gradata este fixata printr-o bucata de sarma fina iar in partea inferioara este sustinuta de o garnitura de sticla.
Tubul protector este un cilindru de dimensiuni mult mai mari decat cele ale tubului capilar. Tubul protector inglobeaza practic intreg ansamblul termometrului.
Mansonul metalic are rolul de a preintampina transferul de caldura dintre operator si termometru. Nu se intalneste la toate tipurile de termometre.
Instalarea T.M.O. se face in primul adapost meteorologic in pozitie perfect verticala. Dintre disfunctionalitati, cea mai dea intalnita este intreruperea coloanei de mercur.
Corectia instrumentala este un gen de corectie ce se aplica datorita imperfectiunii calibrarii tunului capilar. Pentru aceasta se realizeaza un sir de determinari simultane la termometrul etalon si la termometrul de la statie (termometrul de etalonat). Media diferentelor citirilor la cele doua termometre ofera valoarea acestei corectii. In functie de semnul ei se va aduna sau se va scadea din toate valorile de temperatura ce vor fi determinate in viitor de termometrul de la statie.
b) Termometrul de maxima (T max)
T max se aseamana destul de mult cu T.M.O., insa are fata de acesta cateva caracteristici de specificitate. Asemanarea este data de lichidul termometric (mercur) si de configuratia generala foarte apropiata de cea a T.M.O.: rezervor, tub capilar, tub protector, scara gradata intre -30s si +50s etc.
Principala sa particularitate este maximilitatea (posibilitatea de a inregistra si pastra valoarea de temperatura cea mai ridicata din intervalul de timp intre doua termene orare de observatie). Maximilitatea este asigurata de insusirea sa fundamentala si anume ingustarea tubului capilar in imediata apropiere a locului unde acesta e sudat cu rezervorul prin intermediul unui dinte (stift de sticla). Rolul acestui stift de sticla este acela de a se constitui un obstacol in calea inaintarii coloanei de mercur in cazul cresterii temperaturii (forta de frecare dintre peretii tubului capilar si dintele de sticla e mai mica totusi decat forta de coeziune dintre moleculele de mercur astfel incat coloana de mercur poate depasi obstacolul stift si sa se fixeze in dreptul celei mai mari valori de temperatura). La momentul in care temperatura aerului incepe sa scada, coloana de mercur va ramane blocata. Acest lucru este asigurat de pozitia aproape orizontala a termometrului in adapost.
T max este mai scurt decat T.M.O., are precizie mai slaba (0,5sC). El este instalat pe furca superioara a stativului cu termometre din primul adapost meteorologic.
Determinarea celei mai ridicate temperaturi a aerului cu ajutorul termometrului de maxima se face la orele de observatii climatologice 01, 07, 13, 19. In prealabil se impune verificarea pozitiei coloanei de mercur din tubul capilar deoarece aceasta poate fi deplasata catre dreapta fata de locul intreruperii, ca urmare a trepidatiilor adapostului meteorologic sau pozitiei gresite a termometrului.
Dupa inscrierea valorilor termice in registru, termometrul de maxima se „opereaza”, adica se scutura energic pana cand mercurul din tubul capilar se retrage in rezervor. Dupa operare, termometrul de maxima tinut cu rezervorul in jos, se reinstaleaza in suportul sau usor inclinat. El este bine „operat” numai daca, in urma aplicarii corectiei instrumentale indica aceeasi temperatura cu termometrul psihrometric uscat, caruia i s-a aplicat aceasta corectie.
c) Termometrul de minima (T min)
Termometrul de minima T min este un termometru meteorologic cu alcool care se intrebuinteaza pentru determinarea celei mai scazute temperaturi a aerului (minima) din intervalele cuprinse intre orele de observatii. El se deosebeste de celelalte termometre meteorologice prin cateva particularitati de constructie:
- rezervorul cu alcool are dimensiuni mai mari in scopul de a prezenta o inertie capabila sa-l fereasca de influenta microvariatiilor momentane ale temperaturii aerului.
- forma rezervorului este cilindrica (modelele rusesti) si asemanatoare unei furci sau literei „U” (modelele germane).
Ea urmareste sa creeze o suprafata cat mai mare de contact cu mediul.
Constructia termometrului de minima are drept principala caracteristica prezenta in interiorul coloanei de alcool a indicelui mobil de portelan sau sticla. Acesta are forma alungita (12-14 mm) si capetele bombate ca gamalia unui ac.
Scara termometrului de minima este gradata din 0,5 in 0,5sC, intre limitele -45sC si +45sC.
Termometrul de minima se instaleaza pe furca inferioara a stativului de termometre din primul adapost meteo in pozitie perfect orizontala, cu rezervorul indreptat spre stanga si mansonul metalic spre dreapta fasa de persoana care efectueaza observatia.
Pozitia orizontala este necesara pentru ca deplasarea indicelui de portelan in tubul capilar sa nu fie influentata de forta gravitatiei. La instalare, indicele de portelan trebuie sa se gaseasca in interiorul coloanei de alcool, cu capatul din dreapta (opus rezervorului) aflat in contact cu pelicula superficiala care formeaza meniscul concav al alcoolului din tubul capilar. Cand temperatura aerului scade, alcoolul se contracta, coloana micsorandu-se; indicele este antrenat si el catre rezervor, deoarece forta de frecare a capetelor sale de peretii tubului capilar este mai mica decat forta de rezistenta a peliculei superficiale (data de coeziunea dintre moleculele alcoolului). Ulterior, atunci cand temperatura aerului incepe sa creasca, alcoolul se dilata prelingandu-se printre peretii tubului capilar si capetele indicelui fara ca acesta sa fie antrenat catre temperaturile mai mari. Acest lucru este posibil pentru ca indicele se afla in contact cu partea inferioara a peliculei superficiale.
Citirile termometrului de minima se fac la orele de observatii climatologice 01,07,13,19, fara a-l atinge sau scoate din suportul sau. Intrucat scara termometrului este gradata din 0,5 in 0,5sC, iar precizia determinarilor trebuie sa fie de 0,1sC, zecimile de grad se apreciaza din ochi.
Termometrul de minima poate suferi o serie de dereglari. Cea mai frecventa este intreruperea coloanei de alcool prin intermediul unor bule de aer. Ea se produce fie din cauza variatiilor brusce ale temperaturii aerului, fie din cauza trepidatiilor puternice. Termometrele de minima se verifica (se etaloneaza) o data la 3 ani.
Termometrului de minima i se poate aplica si corectia suplimentara in raport cu termometrul ordinar, in sensul ca se poate face o comparatie/verificare a nivelurilor celor doua coloane (cu alcool si mercur); indicatiile trebuie sa fie identice.
Aparate inregistratoare
(termografe):
Termografele sunt aparate inregistratoare complexe care permit inregistrarea continua a variatiilor de temperatura si care sunt alcatuite din urmatoarele parti:
- partea receptoare, reprezentata de o placa bimetalica, curbata (obtinuta prin sudarea a doua lamele cu coeficienti de dilatare diferiti: una de otel si cealalta dintr-un aliaj al otelului) sau de un tub manometric Bourdon; ea are rolul de a sesiza variatiile temperaturii.
- partea transmitatoare, transmite si amplifica variatiile termice receptate de cateva zeci de ori, este alcatuita dintr-un sistem de axe si parghii.
- partea inregistratoare, un tambur cilindric pe care se infasoara diagrama de temperatura numita termograma (pe aceasta sunt inscrise variatiile temperaturii; diagrama are, pe orizontala, diviziuni pentru timp - in ore, iar pe verticala diviziuni pentru temperatura – in grade).
Exista mai multe tipuri: Rossel, Junkalor, Fischer, Fuess, Bourdon etc.
a) Termograful tip Fischer
Are piesa receptoare in interiorul aparatului, ventilatia facandu-se prin orificiile practicate in peretii de plexiglas ai capacului. Cele doua lame bimetalice care constituie piesa receptoare sunt fixate rigid la unul din capetele de garnitura metalica. Capetele lor libere se unesc prin lamela rasucita cu dispozitivul de amplificare, care la etalonare se fixeaza de axul de suspensie intr-o anumita pozitie cu ajutorul surubului. De axul de suspensie este fixata si parghia penitei care se pune in valoare prin intermediul surubului.
b) Termografele cu tub Bourdon
Sunt inregistratoare de temperatura, mai putin raspandite care au drept piesa receptoare un tub Bourdon plat, cu sectiune eliptica al carui interior este umplut complet cu alcool sau alt lichid organic cu insusiri asemanatoare. Tubul Bourdon este piesa receptoare a termografelor de tip R. Fuess si J. Richard.
|
