Метеорологических измерительных приборов.

 

Изучение этого раздела начните с определения понятий «прибор», «входная и выходная величина», «чувствительность прибора» и т.д. Желательно выписывать эти определения в специальный конспект. Далее обратите внимание на классификацию приборов, а также на то обстоятельство, что приборы подразделяются по нескольким признакам. Выпишите эти признаки. Уясните, что такое сигнал, и чем сигнал отличается от измеряемой величины. Далее переходите к изучению понятия модуляции сигнала, рассмотрите основные виды модуляции.

 

 

Л и т е р а т у р а

[1], разд. «Основные понятия».

[5], вводная лекция.

[6], глава 1.

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое чувствительность прибора, как он связана с его входной и выходной величиной?

2. Какие виды модуляции Вы знаете? Какие виды модуляции предпочтительнее с точки зрения помехоустойчивости сигнала?

3. Что такое активная и пассивная локация? Какие локаторы Вы знаете? Какие из известных Вам локаторов Вы используете в работе?

4. Что такое информационно-измерительная система и чем она отличается от измерительного прибора? Можно ли считать информационно-измерительной системой комплект приборов в метеорологической будке?

5. Определите понятие чувствительности ртутного термометра.

 

 

Измерение температуры

 

Этот раздел начинается с изучения тепловой инерции термометров – общего свойства для всех термометров, имеющих термометрическое тело. Изучите вывод уравнения, описывающего тепловую инерцию. Запомните определение коэффициента тепловой инерции термометра. Для выполнения контрольной работы преобразуйте формулу для коэффициента тепловой инерции ртутного термометра, имеющего шарообразный резервуар, к виду:

 

где ρ – плотность ртути (ρ = 13.5·10³кг/м³), R – радиус резервуара (в метрах!), c – удельная теплоемкость ртути (с = 138 Дж/кг·К), α – коэффициент конвективного теплообмена резервуара со средой. В безветренную погоду можно принять α ≈ 50 Вт/ м²·К. Далее, преобразуйте формулу 1.6 [1] к виду, необходимому для вычисления времени выдержки термометра в воздухе перед снятием показаний:

 

где λ – коэффициент тепловой инерции термометра, T₀ – температура термометра в начальный момент времени, θ – температура окружающей среды, ΔТ – допустимая погрешность в определении температуры.

Далее переходите к изучению основных типов термометров. Изучаются термометры сопротивления, термоэлектрические термометры, деформационные термометры, акустические термометры и радиационные термометры. Изучение каждого типа термометров проводится в следующем порядке – сначала изучается принцип действия, затем чувствительность и способы её увеличения, затем – специфические погрешности прибора и способы их устранения или уменьшения.

 

 

Л и т е р а т у р а

[1], разд.1

[4], тема 1.

[6], гл.2.

 

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Чем обусловлена тепловая инерция термометров?

2. Какие типы термометров являются безинерционными?

3. Какие методы измерения температуры Вы знаете:

4. Предложите метод измерения температуры поверхности земли с искусственного спутника.

5. Почему в радиационных термометрах используется ИК диапазон?

6. Выведите уравнения чувствительности уравновешенного термометра сопротивления.

 

 

Измерение влажности воздуха

Перед началом изучения этого раздела повторите все параметры, характеризующие содержание в воздухе водяного пара. Далее составьте список основных методов измерения влажности и приступайте к их изучению. При изучении психрометрического метода измерения влажности обратите внимание на зависимость психрометрического коэффициента от скорости ветра. Рассмотрите схему конденсационного гигрометра (рис. 2.5. [1]). Свяжите эту схему с общей схемой следящей системы (рис.1.13 [1]). Далее изучите деформационный гигрометр, приведите примеры его использования. Электрохимический, сорбционный и радиационный гигрометр изучаются студентами ФЗО без вывода формул чувствительности. Рассмотрите принцип действия, достоинства и недостатки конденсаторного гигрометра (разд.2.8 [1]).

 

 

Л и т е р а т у р а

[1], гл.2.

[4], тема.2.

[5], лекции по теме «Измерение влажности».

 

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Какими параметрами характеризуется содержание водяного пара в воздухе?

2. Почему температура смоченного термометра, как правило, меньше температуры сухого термометра?

3. Что такое идеальный психрометр? Как его изготовить?

4. Объясните принцип действия конденсационного гигрометра. Какие величины необходимо измерить для определения влажности с его помощью?

5. Какой из изученных Вами методов измерения влажности является самым чувствительным?

6. Объясните принцип действия конденсаторного гигрометра, перечислите его достоинства и недостатки.

7. Какие методы измерения влажности применяются в оперативной работе на метеорологической сети?

 

 

Измерение параметров ветра

При изучении методов измерения скорости ветра важно понять, что известные Вам ротоанемометры не являются единственными приборами для измерения скорости ветра. Тем не менее, изучение этого раздела начинается с изучения теории ротоанемометра. Этот раздел содержит самый сложный во всем курсе математический вывод! Внимательно ознакомьтесь с выводом уравнения движения ротоанемометра для установившегося и для неустановившегося состояния. Обратите внимание на такие понятия, как пороговая скорость и путь синхронизации ротоанемометра. Далее изучаются три типа ротоанемометров – индукционный, импульсный (контактный) и фотоэлектрический. Обратите внимание, что существуют две конструкции индукционных ротоанемометров: дистанционный и ручной анемометр АРИ-49.

Из других способов измерения скорости ветра студенты изучают акустический метод и лазерный доплеровский измеритель скорости.

При изучении методов измерения направления ветра главное внимание уделяется флюгарке – основному датчику направления ветра. Обратите внимание на методы дистанционной передачи информации об угле поворота флюгарки – использование сельсинов (автосинов), и фазоимпульсный метод.

 

 

Л и т е р а т у р а

[1], гл.3.

[4], тема 3

[5], лекции по теме «Измерение влажности воздуха».

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Выведите уравнение ротоанемометра для установившегося и неустановившегося состояния.

2. Почему ротоанемометр дает завышенные показания средней скорости ветра?

3. Какой тип модуляции используется в индукционном ротоанемометре? А в контактном?

4. Какая величина характеризует инерцию ротоанемометра?

5. Укажите безинерционные способы измерения скорости ветра.

6. В чем состоит принцип лазерного доплеровского анемометра?

7. Укажите достоинства и недостатки лазерного доплеровского анемометра. В каких случаях его целесообразно использовать?