Przyrządy pomiarowe z meteorologii

1.Do pomiaru temperatury

• Termometr oporowy -działa na zasadzie zmiany oporu elektrycznego przewodnika ze wraz ze zmianą temperatury. Czujnikiem temperatury jest cienki drucik platynowy nawinięty na rdzeń wykonany z materiału izolacyjnego i umieszczonego na odpowiedniej osłonie ochronnej. Ważną zaletą termometrów oporowych jest możliwość wykonywania pomiarów wielopunktowych.

• Term. kolankowy - do pomiaru na głębokości 5, 10, 20, 50 cm ; term. ten jest zwykłym termometrem meteorologicznym z kapilarą zgiętą pod kątem 45 st. i przedłużoną stosowania do głębszego pomiaru temperatury. Zgięcie kapilary ułatwia pomiar.

• Term. wyciągowy gruntowy- w rurze osłonowej z winiduru, ebonitu. Dolna część osłony zakończona jest metalowym krążkiem. Rura wystaje ponad pow. ok.10cm Zbiornik term. Umieszczonego w rurze ochronnej ma metalową obudowę, która styka się z metalowym dnem osłony. Do odczytu temp. Term. wyciąga się z gleby. Odczyt temp. na głęb.50cm dokonuje się 3 razy dziennie, na głęb. 1m. i więcej - 1 raz dziennie.

• Termograf- czujnikiem tego przyrządu jest płytka sporządzona z dwu metali o różnej rozszerzalności liniowej, czyli o różnym zwiększaniu się długości w miarę wzrostu temperatury . W czasie wzrostu temperatury płytka wygina się w stronę metalu mającego mniejszą rozszerzalność, przy spadku - odwrotnie. Układ dźwigniowy przenosi odkształcenia płytki na ramię piórka, które na pasku papieru, przesuwanym przez mechanizm zegarowy, kreśli przebieg temperatury. Pasek z zapisem temperatury nosi nazwę termogramu.

• Termometr maksymalny - różni się od zwykłego tym że jego kapilara podobnie jak w termometrze lekarskim , w pobliżu zbiorniczka jest nieco przewężona albo w dno zbiorniczka wtopiony jest pręcik. Wchodzi on górną częścią do kapilary , zmniejszając jej średnice. Przy wzroście temperatury rtęć zwiększa swoją objętość i przeciska się przez przewężenie, natomiast przy spadku przewężenie lub pręcik nie pozwalają na powrót rtęci do zbiorniczka. Dzięki temu pozostaje ona w kapilarze i zaznacza najwyższą temperaturę powietrza od ostatniego nastawienia. Po wykonaniu obserwacji wieczornej termometr maksymalny należy wstrząsnąć.

• Termometr minimalny - zamiast rtęci zawiera toluen albo alkohol, gdyż rtęć zamarza już przy 38.9 stopniach . W celu zwiększenia dokładności pomiaru wyposaża się go w duży zbiorniczek, zwykle rozwidlony . W kapilarze, wewnątrz cieczy umieszczony jest szklany pręcik . Rozszerzająca się ciecz termometryczna swobodnie opływa pręcik , natomiast kurcząc się, przesuwa pręcik w kierunku zbiorniczka, aż do momentu ustalenia się najniższej temperatury. Koniec pręcika od strony zbiorniczka wskazuje najniższą temperaturę. W celu przygotowania termometru do następnego pomiaru należy termometr przechylić zbiorniczkiem do góry aby pręcik powrócił do menisku cieczy. Termometry minimalny i maksymalny umieszczone są poziomo.

2. Do pomiaru wilgotności powietrza

• Psychrometr Augusta- składa się z dwóch jednakowych termometrów zawieszonych obok siebie pionowo na statywie w klatce meteorologicznej. Jeden z nich nazywamy suchym-wskazuje aktualną temperaturę powietrza. Drugi - zwilżony- owinięty jest kawałkiem batystu; dolny koniec batystu zanurzony jest w wodzie destylowanej. Woda poprzez batyst podsiąka do góry i zwilża zbiornik termetru.. Pomiar wilgotności psychrometrem polega na określeniu różnicy temperatur wskazanych przez termometr suchy i wilgotny. Parowanie , a więc i pobieranie ciepła jest tym intensywniejsze im mniej pary wodnej znajduje się w powietrzu. Toteż różnica wskazań obu termometrów zależy od ilości pary znajdującej się w powietrzu. Po określeniu różnicy temperatur prężność pary wodnej odczytuje się w tablicach psychrometrycznych.

• Psychrometr Assmanna- używany do pomiaru temp. i wilg. powietrza poza klatką meteorologiczną ponieważ ma specjalne osłony ochronne przed prom .słońca i opadami. Składa się z dwóch term. - suchego i zwilżonego, umieszczonych w poniklowanej obudowie, dobrze odbijającej prom. słoneczne. W głowicy przyrządu jest wentylator powodujący przepływ pow. wokół zbiorników termometru ze stałą prędkością ok.3m/s. Pomiaru dokonuje się w nast. sposób: zwilżamy wodą destylowaną batyst, którym jest owinięty zbiornik jednego z termometrów i nakręcamy went. Gdy temp. na termometrze zwilżonym przestanie się obniżać odczytujemy wynik na obydwu term. Do wyznaczania wilgotności pow. przy pomocy tego urządzenia służą specjalne tablice.

• Higrograf - przyrząd ten rejestruje ciągły przebieg wilgotności względnej powietrza. Elementem pomiarowym są odtłuszczone włosy ludzkie . Każde z pasm umocowane jest jednym końcem nieruchomo , a drugim końcem połączone z układem dzwigni zakończonych piórkiem . Piórko przylega do paska papieru nałożonego na bęben obracającym się ze stałą prędkością i kreśli na pasku zmiany długości włosów , odpowiadające zmianom wilgotności względnej powietrza .

3. Do pomiaru intensywności parowania

• .Ewaporometr Piche`a - jest rurką szklaną o dł. ok.30 cm otwartą z jednego końca , a z drugiego zamkniętą i zakończoną uszkiem do zawieszenia . Na rurce jest podziałka w cm³ . Na dolny otwarty koniec rurki nałożony jest metalowy uchwyt ze sprężynką, która dociska do krawędzi otworu rurki krążek bibuły o śr.40mm, zamykając ten otwór . Rurkę po napełnieniu wodą destylowaną zawiesza się w klatce . Woda paruje przez bibułę zmniejszając poziom wody w rurce .Różnica z dwóch kolejnych odczytów określa parowanie w cm³ .

• Ewaporometr GGI -3000 - składa się z dwóch cylindrycznych zbiorników blaszanych - właściwego ewaporometru i deszczomierza - o pow. przekroju 3000cm2. Zbiorniki umieszcza się obok siebie w glebie lub umocowuje na trawie i zanurza w wodzie np. w jeziorze. Zbiornik właściwego ewaporometru wypełniony jest wodą do poziomu gleby lub wody, np. w jeziorze i ma sztywno przymocowany do dna pionowy pręt metalowy z umieszczoną na poziomym ramieniu ostrą iglicą, ułatwiającą utrzymywanie stałego (zerowego) poziomu wody w zbiorniku. W wyniku parowania poziom wody w zbiorniku obniża się. Ilość wyparowanej wody określa się za pomocą odpowiedniej miarki objętościowej ,zawartość wody w miarce mierzy się szklaną menzurką ,a następnie przelicza na [mm].Przy obliczeniach parowania należy uwzględnić wysokość ewentualnego opadu mierzonego deszczomierzem.

• Ewaporometr Wilda - przyrząd ten jest wagą uchyloną odpowiednio przystosowaną do pomiaru parowania . Szalkę wagi stanowi naczynie blaszane o pow. 250cm² i głęb. 15 mm, które napełnia się wodą. Skala wagi wycechowania jest w [mm] z dokładnością odpowiadającą 0,1mm .Wskutek parowania poziom wody w szalce stopniowo opada , co powoduje obniżenie się szalki, które można odczytać na skali. Różnica dwu kolejnych pomiarów określa wielkość parowania. Przyrząd ustawia się w klatce meteorologicznej lub pod daszkiem żaluzjowym.

• Lizymetr glebowy-wpuszczony w glebę pojemnik wypełniony monolitem glebowym z urządzeniami pozwalającymi regulować poziom sztucznie utrzymywanej wody gruntowej . Ilość wyparowanej wody określa się poprzez przeliczanie objętości wody dolanej do uzyskania złożonego poziomu wody , który obniżył się w wyniku parowania . przyrządy te budowane są obecnie z blachy lub betonu i mogą mieć dowolne rozmiary powierzchni i głębokości.

• Ewaporometr glebowy- jest to wpuszczony w glebę pojemnik wypełniony monolitem glebowym lub glebą bez zachowania jej naturalnej struktury, przenoszony na wagę lub stale spoczywający na wadze. Wielkość parowania mierzy się przez ważenie pojemnika z gleby w pewnych odstępach czasu . Znając ilość wody dostarcz. przez opady atmosf. można wyliczyć wielkość parowania z pow. gleby lub parowania terenowego.

4. Do pomiaru opadów atmosferycznych

• Pluwiograf- pozwala zmierzyć natężenie i wysokość opadu . Opad zbierany jest w górnej części Plug. Przez cylindryczne naczynie o powierzchni zbierającej 200 lub 500 cm2 . Z naczynia tego woda opadowa spływa rurką do umieszczonej niżej komory pływakowej W komorze jest pływak połączony układem dźwigni z piórkiem pisaka , piórko przylega do paska papieru nałożonego na bęben rejestracyjny poruszający mechanizmem zegarowym ,komora pływakowa ma z boku wmontowany lewar do wylewania wody. Gdy opad nie występuje , poziom wody w zbiorniku nie zmienia się, pływak utrzymuje się na stałym poziomie a piórko kreśli na pasku , obracając się wraz z bębnem prostą poziomą linię. Podczas deszczu woda spływa do komory pływakowej , poziom wody i pływaka unoszą się do górą a piórko pisze na pasku krzywą pochyłą jako wypadkową podnoszenia się pływaka i obrotu bębna . Gdy woda w cylindrze z pływakiem osiągnie poziom równy opadowi = 10mm piórko dojdzie do setnej podziałki paska . urządzenie wymuszające wylew powoduje szybkie opuszczenie komory . Woda spływa do innego naczynia kontrolnego a piórko opada w dół do swojego położenia zerowego kreśląc linię pionową . Gdy opad trwa dalej piórko pisze od początku krzywą pochyłą .

• Deszczomierz Hellmana -naczynie blaszane w kształcie walca, składająca się z górnej części zbierającej opad, podstawy ze zbiornikiem na wodę opadową i wkładki. Otwór naczynia części chwytającej opad zakończony jest ostrym pierścieniem mosiężnym o pow. wlotu 200cm2 lub 500 cm2, a dno ma kształt lejka, przez który woda spływa do zbiornika. Zbiornik umieszczony jest na dnie wodoszczelnej podpodstawy. Część zbierającą opad nakłada się na górną krawędź podstawy. Do deszczomierza dołączona jest szklana menzurka z podziałką specjalnie dostosowaną do wielkości pow. zbierającej deszczomierza, przy czym 1mm odczytu w menzurce odpowiada 1 litrowi wody spadłej na 1m2.Zawieszony jest na słupku od str. PN tak aby pow. zbierająca była idealnie pozioma i na wys. 1m. nad pow. gleby, a 10 cm nad słupkiem.

• Śniegomierz wagowy- podstawowymi częściami tego przyrządu są metalowa rura do pobierania próbki śniegu i waga jednoramienna . Długość rury to 100cm, a przekrój to 10cm.Otwarty koniec zakończony jest ostrym ząbkowanym pierścieniem. Na rurze znajduje się centymetrowa podziałka . W celu zmierzenia gęstości śniegu rurę wciska się w pokrywę śnieżną prostopadle do powierzchni pokrywy i odczytuje się na podziałce wysokość warstwy śniegu. Rurę zawiesza się na wadze w położeniu poziomym i odczytuje masę. Objętość pobranej próbki śniegu odpowiada iloczynowi powierzchni przekroju rury przez wysokość warstwy znajdującego się w niej śniegu.

5. Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego

• Barometr rtęciowy- pomiar ciśnienia tym przyrządem sprowadza się do zmierzenia wysokości słupa rtęci w rurce ponad jej poziom w naczyńku ( w mm Hg) . Składa się z zatopionej w górnym końcu rurki szklanej napełnionej chemicznie czystą rtęcią, zanurzonym dolnym ( otwartym) końcem w naczyniu żelaznym, również w znacznej części napełnionej rtęcią . górna część rurki nad rtęcią jest pozbawiona powietrza i stanowi próżnię Torricellego. Rurka szklana umieszczona jest wewnatrz ochronnej pochwy metalowej , która w dolnej części jest przyśrubowana do wspomnianego naczyńka metalowego. W górnej części jest kółko do zawieszania. U góry pochwy w granicach spotykanych ciśnień znajdują się dwa wycięcia , jedna naprzeciw drugiego , przez które odczytuje poziom rtęci. Z boku tego wycięci umieszczona jest skala z milimetrową lub milibarową skalą . Dla osiągnięci dokładności odczytu oprócz milimetrowej podziałki skala ma noniusz , który może być przesuwany wzdłuż skali głównej .

Przy odczytywaniu ciśnienia ustawiamy noniusz w ten sposób aby jego dolna krawędź tworzyła styczną z meniskiem rtęci. Po dokładnym ustawieniu noniusza odczytujemy liczbę całkowitych milimetrów na skali głównej barometru, części dziesiętne zaś na skali noniusza. Uzyskany w ten sposób odczyt ciśnienia nazywa się surowym, do którego trzeba jeszcze wprowadzić niezbędne poprawki, wskazania bowiem barometru są zależne nie tylko od ciśnienia atmosfery, ale także od kilku innych czynników ubocznych:

• poprawka na temperaturę

• na ciężkość normalną ze względu na szerokość geograficzną

• na ciężkość normalną ze względu na wysokość nad poziom morza

• poprawka instrumentalna

• Barometr metalowy - inaczej aneroidy, których działanie jest oparte na sprężności motelowego pudełka hermetycznie zamkniętego, z którego usunięto powietrze. Obydwa dna takiego pudełka zrobione są z elastycznego metalu . Aby pudełko nie zostało zgniecione przez ciśnienie atmosferyczne, obydwa dna przytrzymuje elastyczna sprężynka, umieszczona wewnątrz lub zewnątrz . W związku ze zmianami ciśnienia zewnętrznego obydwa dna odbywają ruchy proporcjonalnie do ciśnienia. Ruchy te za pomocą systemu dźwigni przenoszone są na wskazówkę poruszającą się po skali, która jest wycechowania wg wskazań barometru rtęciowego.

• Barometr Fortina- w przyrządzi tym można zmienić płożenie dna zbiorniczka barometrycznego za pomocą pokrętki, regulując tym samym poziom menisku rtęci w naczyniu. Górna część naczynia jest oszklona, a do jego pokrywy przymocowane jest ostrze, którego koniec stanowi punkt zerowy podziałki barometru. W chwili pomiaru koniec ostrza powinien dotykać menisku rtęci w naczyniu.

• Barograf- oparty jest na zasadzie działania barometru metalowego. W barografie stosuje się kilka puszek Vidiego, połączonych ze sobą szeregowo . Działanie puszek przenosi się za pomocą mechanizmu dźwigniowego na piórko, które na pasku papieru z odpowiednią podziałką, poruszanym mechanizmem zegarowym, wykreśla linię obrazującą zmiany ciśnienia ( tzw. barogram) .

6. Do pomiaru prędkości wiatru.

• Anemometr indukcyjny - układ wirujących 3 czasz pozwala na odczytanie prędkości chwilowych. Osadzony jest na osi na której znajduje się magnes otoczony spiralą. Gdy magnes zaczyna się obracać popłynie prąd indukcyjny i na podziałce zaobserwujemy zmiany (chwilową prędkość wiatru) Przy pomocy tego przyrządu jesteśmy w stanie określić porywy wiatru.

• Anemometr kontaktowo-całkujący - dolna część osi jest nagwintowana, obok znajduje się kółko zębate. Gdy oś się obraca ruch zostaje przeniesiony na koło zębate. Pełen obrót koła daje impuls elektryczny, gdy wiatr jest duży ilość impulsów się zwiększa. Charakterystyką przyrządu jest linia prosta. Prędkość średnią wiatru odczytuje się mając ilość impulsów podzieloną przez ilość podziałów czasowych otrzymujemy wartość K. Wartość tą odkładamy na wykresie i odczytujemy prędkość.

• Wiatromierz Wilda - składa się z żelaznego sworznia z ośmioma prętami kierunkowymi , klina (dwie łopatki i przeciwwagi ) oraz wskaźnika prędkości wiatru

( płytka i ośmiowskażnikowa skala prędkości ). Przeciwwaga wskazuje kierunek wiatru .Prędkość wiatru określamy oceniając wychylania płytki w stosunku do prętów skali i korzystając z odpowiedniej skali zamieszczonej w dzienniczku meteorologicznym. Wiatromierz zawieszony jest 10 m nad ziemią na płaskim terenie, przyrząd obserwujemy przez 2 minuty i określamy średnią prędkość i średni kierunek wiatru, pomiar nie jest dokładny.

• Anemometr ręczny- częścią reagującą na wiatr jest wirnik czaszowy . Liczba obrotów wirnika rośnie wraz ze wzrostem prędkości wiatru. Dzieląc liczbę metrów uzyskanych w czasie pomiaru przez liczbę sekund trwania pomiaru otrzymuje się prędkość wiatru w m/s. Do pomiaru tym prędkości wiatru tym przyrządem niezbędny jest stoper. W trakcie pomiaru anemometr powinien być umieszczony na odpowiedniej wysokości ( ok. 2.5 m) .

7. Do pomiaru natężenia promieniowania słonecznego.

• SOLARYMETR MOLLA GORCZYŃSKIEGO- służy do pomiaru natężenia promieniowania. Odbiornikiem promieniowania jest termos Molla połączony z miliwoltomierzem. Termos Molla jest baterią złożoną z kilkudziesięciu sztuk termoelementów połączonych szeregowo, co zwiększa termoelektryczność. Wykonane z płytek manganinowych i konstantanowych - spojonych srebrem. Wszystkie te elementy są przyspawane końcami do metalowych kołków osadzonych na metalowej płytce lub pierścieniu i tworzą płaską powierzchnie termostosu o wym. 1-2 cm². Powierzchnie te poczernia się w celu zapewnienia nieselektywnego pochłaniania promieni . Pod wpływem działania promieni słonecznych występuje między spojeniami gorącymi a zimnymi różnica temperatur i powstaje prąd elektryczny, którego natężenie jest proporcjonalne do natężenia promieniowania słonecznego. Dla wykonania pomiaru poziomego powierzchnię termosu kieruje się góra dół naprzemiennie. Solarymetr ten ma tę zaletę , że po zastosowaniu dodatkowych urządzeń i odpowiednim ustawieniu może służyć do pomiaru promieniowania bezpośredniego, całkowitego lub rozproszonego. Przy pomiarze albeda osłonięty termostos umieszczony jest na odpowiednim statywie z wysięgnikiem i połączony z miliwoltomierzem.

• Aktynometr Sawinowa-Janiszewskiego - służy do pomiaru natężenia promieniowania bezpośredniego. Odbiornik promieniowania w postaci cienkiego , wykonanego ze srebra i wyczernionego na zewnątrz krążka jest umieszczony w głębi rurki, dzięki czemu w trakcie pomiaru dociera do niego tylko bezpośrednie promieniowanie słoneczne. Pierścienie znajdujące się wewnątrz rurki stanowią dodatkowe zabezpieczenie przed promieniowaniem rozproszonym. Ponadto rurka chroni odbiornik przed wiatrem. Aktynometr jest zainstalowany na statywie paralaktycznym. Oś obrotu statywu powinna być równoległa do osi obrotu Ziemi. Aktynometr należy połączyć z galwanometrem i - po zdjęci pokrywki zamykającej otwór rurki- wycelować go w słońce. Po wykonaniu tych czynności należy:

• zamknąć otwór rurki pokrywką i po upływie ok. 25- 30 sekund odczytać tzw. położenie zerowe wskazówki galwanometru

• zdjąć pokrywkę, sprawdzić dokładność ustawienia przyrządu, a następnie wykonać 3-5 odczytów wskazań miernika w 10 - 15 sekundowych odstępach czasu [ N₁, N₂, ...., N_n )

• ponownie zasłonić odbiornik i określić położenie zerowe wskazówki galwanometru.

• odczytać temperaturę wskazywaną przez termometr cieczowy wmontowany w obudowę galwanometru współpracującego z galwanometrem

Natężenie bezpośrednie promieniowania słonecznego oblicza się wg wzoru:

...................................................................

• Parynometr termoelektryczny Janiszewskiego - służy do pomiaru natężenia promieniowania słonecznego rozproszonego i całkowitego w zakresie długości fal 0,3 do 2,4 nm. Przyrząd ten może być również wykorzystywany do mierzenia natężenia promieniowania odbitego od powierzchni czynnej . Odbiornikiem promieniowania jest zespół termoelementów składających się z płytek manganinowych i konstantanowych. Kwadratowa , izolowana od pozostałych części powierzchnia odbiorcza pokryta jest sadzą i magnezją . Natężenie promieniowania padającego na odbiornik określa się na podstawie wskazań galwanometru włączonego do obwodu termobaterii.

• Parynometr destylacyjny Bellaniego - składa się z :

• szklanej kuli, wyczernionej, zawierającej alkohol

• rurka kondensacyjna wykalibrowana w cm³

Alkohol znajdujący się w kuli paruje kosztem ciepła uzyskiwanego przez przyrząd w wyniku absorpcji promieniowania ( bezpośredniego, rozproszonego i odbitego od powierzchni czynnej), a następnie skrapla się w rurce kondensacyjnej. Odpowiednio przeliczając pobrane wielkości możemy mierzyć sumę promieniowania w danym przedziale czasowym.

• Bilansomierz termoelektryczny Janiszewskiego - jest przyrządem służącym do pomiarów wartości różnicowanego strumienia promieniowania powierzchni czynnej. Dwie kwadratowe powierzchnie odbiorcze wykonane są z folii miedzianiowej. Spojenia baterii termoelementów przymocowane są na przemian do wewnętrznych stron powierzchni górnej i dolnej. Górna powierzchnia odbiorcza może pochłaniać krótkofalowe promieniowanie słoneczne oraz długofalowe promieniowanie atmosfery, dolna natomiast krótkofalowe promieniowanie odbite od podłoża i długofalowe promieniowanie Ziemi. Wielkość różnicowego strumienia promieniowania określa się na podstawie wskazań galwanometru połączonego z końcówkami termobateryjnymi. Wychylenia wskazówki galwanometru zależą od różnicy temperatury obu powierzchni odbiorczych bilansomierza. Przyrząd ten nie jest osłonięty od działania wiatru i trzeba obliczyć także współczynnik jego działania na ten przyrząd.

• Heliograf Cambella-Stokesa - jest to przyrząd do mierzenia usłonecznienia ( jest to czas, w którym bezpośrednia promieniowanie słoneczne dociera do wybranego punktu Ziemi). Zasadniczy element heliografu stanowi szklana kula , będąca soczewką skupiającą bezpośrednie promieniowanie słoneczne. Rejestrację usłonecznienia uzyskuje się na kartonowym pasku z wydrukowaną podziałką godzinną wsuwanym w jedną z trzech par rowków wewnątrz metalowego łożyska. Łożysko jest fragmentem powierzchni kulistej, współśrodkowej z soczewką. Wsunięty pasek znajduje się dokładnie w odległości ogniskowej od soczewki, zatem w razie docierania do soczewki bezpośredniego promieniowania słonecznego powstają na pasku przepalenia , pozwalające wnioskować o wielkości usłonecznienia ( z dokładnością do 0,1 godziny).

Strona 1 z 5

---