大氣探測學(xué)溫度測量

1、大氣探測學(xué)溫度測量 掌握測溫元件的基本原理 掌握測溫元件的熱滯效應(yīng) 了解防輻射設(shè)備的基本特點(diǎn)大氣探測學(xué)溫度測量概述概述測溫元件測溫元件測溫元件的熱滯效應(yīng)測溫元件的熱滯效應(yīng)氣溫測量中的防輻射問題氣溫測量中的防輻射問題大氣探測學(xué)溫度測量 溫度測量包括大氣溫度、土壤溫度、水體溫度及植物群體溫度等的觀測。 為什么要觀測大氣溫度？ 世界萬物的生生息息都與氣溫有著千絲萬縷的聯(lián)系。大氣中的一切物理過程如天氣過程、風(fēng)雨的形成、全球變化等都與溫度有關(guān)。大氣探測學(xué)溫度測量 常用溫標(biāo)有三種：常用溫標(biāo)有三種： 開爾文溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）開爾文溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）(K):Kelvin Temperature (K):Kelvi

2、n Temperature ScaleScale 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) ():Celsius Temperature Scale():Celsius Temperature Scale 華氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)(F):Fahrenheit Temperature Scale(F):Fahrenheit Temperature Scale 它們之間的換算關(guān)系為：它們之間的換算關(guān)系為： K KC C換算：換算： C CF F換算：換算： K KF F換算：換算：273.15KC273.15CK5329CF9325FC532273.159KF9273.15325FK大氣探測學(xué)溫度測量絕對(duì)溫度T(K) 攝氏溫度t

3、() 華氏溫度t( ) )32(95tt3259tttT16.273大氣探測學(xué)溫度測量大氣探測學(xué)溫度測量測溫方法與測溫儀器類型測溫方法與測溫儀器類型 1 1、溫度測量儀器量程的確定、溫度測量儀器量程的確定 測溫儀器量程的確定是根據(jù)區(qū)域氣溫的年最測溫儀器量程的確定是根據(jù)區(qū)域氣溫的年最低、最高值確定的。如：低、最高值確定的。如：-20-20+60+60 2 2、測溫儀器的類型、測溫儀器的類型A.A.接觸式接觸式測溫儀器直接放入大氣介質(zhì)中。測溫儀器直接放入大氣介質(zhì)中。 （1 1）玻璃溫度表（利用液體膨脹特性；不便轉(zhuǎn)換）玻璃溫度表（利用液體膨脹特性；不便轉(zhuǎn)換成電信號(hào)）成電信號(hào)） （2 2）雙金屬片溫度

4、計(jì)（利用固體線膨脹系數(shù)之差；）雙金屬片溫度計(jì)（利用固體線膨脹系數(shù)之差；自記儀器）自記儀器） （3 3）金屬電阻溫度計(jì)（熱電效應(yīng)；性能穩(wěn)定近似）金屬電阻溫度計(jì)（熱電效應(yīng)；性能穩(wěn)定近似線性靈敏度低線性靈敏度低) ) （4 4）熱敏電阻溫度計(jì)（半導(dǎo)體電阻隨溫度特性；）熱敏電阻溫度計(jì)（半導(dǎo)體電阻隨溫度特性；靈敏度高，阻值大，體積小，非線性，互換性差）靈敏度高，阻值大，體積小，非線性，互換性差） （5 5）熱電偶溫度計(jì)（熱電效應(yīng)；可測高溫，靈敏）熱電偶溫度計(jì)（熱電效應(yīng)；可測高溫，靈敏度低，冷端電偶需溫度固定）度低，冷端電偶需溫度固定）大氣探測學(xué)溫度測量B.B.非接觸式非接觸式以遙感方式測量大氣溫度。以遙

5、感方式測量大氣溫度。 （1 1）超聲溫度計(jì)）超聲溫度計(jì) （利用聲速隨大氣溫度變化特性；（利用聲速隨大氣溫度變化特性；觀測速度快，觀測記錄復(fù)雜）觀測速度快，觀測記錄復(fù)雜） （2 2）紅外線輻射計(jì)、微波輻射計(jì)（利用物質(zhì)的輻射）紅外線輻射計(jì)、微波輻射計(jì)（利用物質(zhì)的輻射效應(yīng)與溫度的特性；可遠(yuǎn)距離遙測，冠層及大氣邊效應(yīng)與溫度的特性；可遠(yuǎn)距離遙測，冠層及大氣邊界層溫度觀測）界層溫度觀測） （3 3）聲學(xué)測溫雷達(dá)（利用聲波在大氣中的傳播與溫）聲學(xué)測溫雷達(dá)（利用聲波在大氣中的傳播與溫度的特性；可遠(yuǎn)距離遙測，大氣邊界層觀測）度的特性；可遠(yuǎn)距離遙測，大氣邊界層觀測）大氣探測學(xué)溫度測量 液體玻璃溫度表 熱電偶溫度表

6、 金屬電阻溫度表 熱敏電阻溫度表大氣探測學(xué)溫度測量1 1、基本原理、基本原理液體玻璃溫度表的感應(yīng)部分是一個(gè)充滿液體液體玻璃溫度表的感應(yīng)部分是一個(gè)充滿液體的玻璃球，示度部分為玻璃毛細(xì)管。由于玻的玻璃球，示度部分為玻璃毛細(xì)管。由于玻璃球內(nèi)的液體的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于玻璃，當(dāng)璃球內(nèi)的液體的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于玻璃，當(dāng)溫度升高時(shí)，液體柱升高，反之下降。液柱溫度升高時(shí)，液體柱升高，反之下降。液柱的高度即指示溫度的數(shù)值。的高度即指示溫度的數(shù)值。溫度變化時(shí)，引起測溫液體體積膨脹或收縮，溫度變化時(shí)，引起測溫液體體積膨脹或收縮，使進(jìn)入毛細(xì)管的液柱高度隨之變化。使進(jìn)入毛細(xì)管的液柱高度隨之變化。大氣探測學(xué)溫度測量 式中式中

7、 為液體的熱膨脹系數(shù)為液體的熱膨脹系數(shù); ; 為玻璃球?yàn)椴Ａ虻臒崤蛎浵禂?shù)的熱膨脹系數(shù);S;S為毛細(xì)管的截面積。為毛細(xì)管的截面積。將上式改寫成將上式改寫成等式左邊稱作溫度表的靈敏度。表示溫度等式左邊稱作溫度表的靈敏度。表示溫度改變改變11引起的液體高度變化，靈敏度高引起的液體高度變化，靈敏度高的儀器，刻度精密。的儀器，刻度精密。V V0 0、 越大，越大，S S越小溫度表靈敏度越高。越小溫度表靈敏度越高。設(shè)設(shè)0 時(shí)表內(nèi)液體的體積為時(shí)表內(nèi)液體的體積為V0，當(dāng)溫度，當(dāng)溫度升高升高t 時(shí)，毛細(xì)管中液體柱的長度變時(shí)，毛細(xì)管中液體柱的長度變化為化為L ，則體積的改變量為：，則體積的改變量為：0()VLt

8、S0VtLS 大氣探測學(xué)溫度測量2、各種玻璃溫度表的特性玻璃溫度表液體有水銀、酒精和甲苯。它們的物理特性見下表 表，水銀、酒精、甲苯的物理特性凝固點(diǎn)（凝固點(diǎn)（ ） 沸點(diǎn)（沸點(diǎn)（ ） 熱膨脹（熱膨脹（ 1/） 導(dǎo)熱（導(dǎo)熱（J/cm.s. )比熱比熱(J/g. )水銀水銀-38.862356.9182 83.60.1256酒精酒精-117.578.511018.02.51甲苯甲苯-95.1110.510915.91.63610510510310410410大氣探測學(xué)溫度測量（1 1）水銀玻璃溫度表）水銀玻璃溫度表 優(yōu)點(diǎn)：比熱小；導(dǎo)熱系數(shù)高；飽和蒸汽壓較優(yōu)點(diǎn)：比熱??；導(dǎo)熱系數(shù)高；飽和蒸汽壓較小；性能

9、穩(wěn)定，對(duì)玻璃無濕潤作用；純水銀易小；性能穩(wěn)定，對(duì)玻璃無濕潤作用；純水銀易得。得。 缺點(diǎn)：凝固點(diǎn)高（缺點(diǎn)：凝固點(diǎn)高（-38.862) -38.862) ；膨脹系數(shù)小。；膨脹系數(shù)小。（2 2）有機(jī)液體（酒精、甲苯）溫度表）有機(jī)液體（酒精、甲苯）溫度表 優(yōu)點(diǎn)：凝固點(diǎn)低，可用于低溫；熱脹系數(shù)大優(yōu)點(diǎn)：凝固點(diǎn)低，可用于低溫；熱脹系數(shù)大 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :濕潤玻璃，易發(fā)生斷柱現(xiàn)象；導(dǎo)熱系濕潤玻璃，易發(fā)生斷柱現(xiàn)象；導(dǎo)熱系數(shù)小，球內(nèi)溫度分布不均勻；飽和蒸汽壓高，數(shù)小，球內(nèi)溫度分布不均勻；飽和蒸汽壓高，溫度降低時(shí)會(huì)有液體小滴凝結(jié)在毛細(xì)管上部中溫度降低時(shí)會(huì)有液體小滴凝結(jié)在毛細(xì)管上部中空部分?？詹糠?。大氣探測學(xué)溫度測量大

10、氣探測學(xué)溫度測量3 3、最高、最低溫度表、最高、最低溫度表3.1 3.1 最高溫度表（水銀）最高溫度表（水銀）最高溫度表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)最高溫度表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：毛細(xì)管較細(xì)，液體為水銀。：毛細(xì)管較細(xì)，液體為水銀。在玻璃球部焊有一根玻璃針在玻璃球部焊有一根玻璃針，其頂端伸至毛細(xì)管的，其頂端伸至毛細(xì)管的末端，使球部與毛細(xì)管之間的通道形成一個(gè)極小的末端，使球部與毛細(xì)管之間的通道形成一個(gè)極小的狹縫。狹縫。如圖如圖 大氣探測學(xué)溫度測量最高溫度表的測量原理：最高溫度表的測量原理：升溫時(shí)，球部水銀膨脹，水銀熱膨升溫時(shí)，球部水銀膨脹，水銀熱膨脹系數(shù)大于玻璃熱膨脹系數(shù)，水銀被擠進(jìn)脹系數(shù)大于玻璃熱膨脹系數(shù)，水銀被擠進(jìn)毛細(xì)管

11、內(nèi)；但在降溫時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)的水銀毛細(xì)管內(nèi)；但在降溫時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)的水銀不能通過狹縫退回到球部，水銀柱在此中不能通過狹縫退回到球部，水銀柱在此中斷。因此，水銀柱頂可指示出一段時(shí)間內(nèi)斷。因此，水銀柱頂可指示出一段時(shí)間內(nèi)的最高溫度。的最高溫度。當(dāng)觀測完時(shí)，需要由人工將毛細(xì)當(dāng)觀測完時(shí)，需要由人工將毛細(xì)管中的水銀復(fù)位。管中的水銀復(fù)位。 大氣探測學(xué)溫度測量3.2 3.2 最低溫度表（酒精）最低溫度表（酒精）最低溫度表的結(jié)構(gòu)特征最低溫度表的結(jié)構(gòu)特征：毛細(xì)管較粗，內(nèi)裝透明：毛細(xì)管較粗，內(nèi)裝透明的酒精，游標(biāo)懸浮在毛細(xì)管中。如圖的酒精，游標(biāo)懸浮在毛細(xì)管中。如圖大氣探測學(xué)溫度測量最低溫度表的測量原理：最低溫度表的測量原

12、理： 觀測時(shí)將游標(biāo)調(diào)整到酒精柱的頂端，觀測時(shí)將游標(biāo)調(diào)整到酒精柱的頂端，然后將溫度表平放。然后將溫度表平放。 升溫時(shí)，酒精從游標(biāo)和毛細(xì)管之間的升溫時(shí)，酒精從游標(biāo)和毛細(xì)管之間的狹縫通過，游標(biāo)不動(dòng)；狹縫通過，游標(biāo)不動(dòng)； 溫度下降時(shí)，液柱頂端表面張力使游溫度下降時(shí)，液柱頂端表面張力使游標(biāo)向球部方向移動(dòng)。標(biāo)向球部方向移動(dòng)。 因此，游標(biāo)指示的溫度只降不升，遠(yuǎn)因此，游標(biāo)指示的溫度只降不升，遠(yuǎn)離球部的一端將指示出一定時(shí)段的最低溫離球部的一端將指示出一定時(shí)段的最低溫度。度。大氣探測學(xué)溫度測量 1.1.地面溫度表地面溫度表 地面溫度表（又稱厘米溫度表），地面地面溫度表（又稱厘米溫度表），地面最高和最低溫度表。最高

13、和最低溫度表。 2.2.曲管地溫表曲管地溫表 5,10,15,205,10,15,20厘米曲管地溫表。厘米曲管地溫表。 3.3.直管地溫表直管地溫表 40,80,160,32040,80,160,320厘米直管地溫表。厘米直管地溫表。大氣探測學(xué)溫度測量地面溫度表地面溫度表 地面溫度表（又稱厘米溫度表），地面最高地面溫度表（又稱厘米溫度表），地面最高和最低溫度表的構(gòu)造和原理，與測定氣溫用的溫度和最低溫度表的構(gòu)造和原理，與測定氣溫用的溫度表基本相同。表基本相同。東大氣探測學(xué)溫度測量曲管地溫表曲管地溫表 5,10,15,205,10,15,20厘米曲管地溫表的構(gòu)造和原理亦基厘米曲管地溫表的構(gòu)造和原理

14、亦基本同上，只是表身下部伸長、長度不一，并且在感本同上，只是表身下部伸長、長度不一，并且在感應(yīng)部分上端彎折，與表身成應(yīng)部分上端彎折，與表身成 135135夾角。夾角。大氣探測學(xué)溫度測量直管地溫表直管地溫表40,80,160,32040,80,160,320厘米直管地溫表是裝在厘米直管地溫表是裝在帶有銅底帽的管形保護(hù)框內(nèi)，保護(hù)帶有銅底帽的管形保護(hù)框內(nèi)，保護(hù)框中部有一長孔，使溫度表刻度部框中部有一長孔，使溫度表刻度部位顯露，便于讀數(shù)。位顯露，便于讀數(shù)。保護(hù)框的頂端連接在一根木棒（或三保護(hù)框的頂端連接在一根木棒（或三節(jié)棒）上，木棒長度依深度而定。節(jié)棒）上，木棒長度依深度而定。整個(gè)木棒和地溫表（保護(hù)框

15、）又放整個(gè)木棒和地溫表（保護(hù)框）又放在一根硬橡膠套管內(nèi)。在一根硬橡膠套管內(nèi)。木棒頂端有一個(gè)金屬蓋，恰好蓋住硬木棒頂端有一個(gè)金屬蓋，恰好蓋住硬橡膠套管。木棒上幾處纏有絨圈，橡膠套管。木棒上幾處纏有絨圈，金屬蓋內(nèi)裝有氈墊，以阻滯管內(nèi)空金屬蓋內(nèi)裝有氈墊，以阻滯管內(nèi)空氣對(duì)流和管內(nèi)外空氣交換，也可防氣對(duì)流和管內(nèi)外空氣交換，也可防止降水等物落入。止降水等物落入。大氣探測學(xué)溫度測量東南大氣探測學(xué)溫度測量 基點(diǎn)的永恒位移 玻璃變形引起的誤差 刻度誤差大氣探測學(xué)溫度測量熱敏電阻金屬電阻熱電偶大氣探測學(xué)溫度測量 1 1、溫差電現(xiàn)象（熱電現(xiàn)象）、溫差電現(xiàn)象（熱電現(xiàn)象）兩種不同的金屬導(dǎo)體兩種不同的金屬導(dǎo)體A A和和B

16、 B的兩端，彼此焊接在一的兩端，彼此焊接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同，回路中就有電流產(chǎn)生，如圖所示。不同，回路中就有電流產(chǎn)生，如圖所示。兩焊接點(diǎn)之間的溫差越大，回路中的電動(dòng)勢也越兩焊接點(diǎn)之間的溫差越大，回路中的電動(dòng)勢也越大，這種現(xiàn)象叫做溫差電現(xiàn)象，也稱熱電現(xiàn)象，大，這種現(xiàn)象叫做溫差電現(xiàn)象，也稱熱電現(xiàn)象，這種電路稱熱電偶或溫差電偶。這種電路稱熱電偶或溫差電偶。熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理大氣探測學(xué)溫度測量熱電偶的電動(dòng)勢與溫差之間的關(guān)系為：熱電偶的電動(dòng)勢與溫差之間的關(guān)系為： 由于系數(shù)由于系數(shù) 當(dāng)溫差不太大時(shí)，可用下式當(dāng)溫差不太大時(shí)，可

17、用下式 22121()()ttttt21()ttt大氣探測學(xué)溫度測量21Ttt與的關(guān)系可由下圖表示圖：電動(dòng)勢與溫差的關(guān)系圖：電動(dòng)勢與溫差的關(guān)系大氣探測學(xué)溫度測量氣象上使用的熱電偶幾乎都是銅、或錳銅氣象上使用的熱電偶幾乎都是銅、或錳銅- -康銅，康銅，原因是：原因是：（1 1）熱電偶靈敏度高（）熱電偶靈敏度高（4040v/v/）；）；（2 2）穩(wěn)定性好（可做成熱電堆）；）穩(wěn)定性好（可做成熱電堆）；（3 3）焊接工藝簡便；）焊接工藝簡便；（4 4）成本低。）成本低。 熱電偶溫度表的缺點(diǎn)是測溫時(shí)參考端溫度固定。熱電偶溫度表的缺點(diǎn)是測溫時(shí)參考端溫度固定。采用何種方法來提高熱電偶溫度表的靈敏度和精度？采

18、用何種方法來提高熱電偶溫度表的靈敏度和精度？大氣探測學(xué)溫度測量為了提高熱電偶溫度表的靈敏度，可將若干對(duì)熱電偶為了提高熱電偶溫度表的靈敏度，可將若干對(duì)熱電偶串接起來組成熱電堆，如圖所示：串接起來組成熱電堆，如圖所示：靈敏度為：靈敏度為：4040v/v/* *5=2005=200v/=0.2mv/v/=0.2mv/大氣探測學(xué)溫度測量 焊接點(diǎn)清洗不干凈 元件和焊劑受潮氧化 焊接點(diǎn)附近有電解物質(zhì)而產(chǎn)生附加化學(xué)電動(dòng)勢 導(dǎo)線導(dǎo)熱大氣探測學(xué)溫度測量20(1)tRRtt1.1.原理原理金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度增加的關(guān)系式為：金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度增加的關(guān)系式為： 式中式中t t為攝氏溫度；為攝氏溫度；R R0

19、0為金屬在為金屬在0 0 時(shí)的電阻；時(shí)的電阻；RtRt為為tt時(shí)的電阻；時(shí)的電阻； 為因金屬而異的電阻溫度系數(shù)。為因金屬而異的電阻溫度系數(shù)。和大氣探測學(xué)溫度測量 在大氣測溫范圍內(nèi)，各種金屬的電阻與溫度的在大氣測溫范圍內(nèi)，各種金屬的電阻與溫度的關(guān)系曲線接近直線關(guān)系，即關(guān)系曲線接近直線關(guān)系，即因此，因此，RtRt可寫成：可寫成： 0(1)tRRt大氣探測學(xué)溫度測量溫度表的金屬材料的選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：溫度表的金屬材料的選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：（1 1）溫度系數(shù)）溫度系數(shù)要大要大 ；（2 2）電阻值與溫度的線性度要好，即）電阻值與溫度的線性度要好，即 ；（3 3）電阻率要大，易于繞制大阻值元件；）電

20、阻率要大，易于繞制大阻值元件；（4 4）性能穩(wěn)定。）性能穩(wěn)定。氣象上常用的金屬材料：鉑。氣象上常用的金屬材料：鉑。常用鉑做成標(biāo)準(zhǔn)溫度表。常用鉑做成標(biāo)準(zhǔn)溫度表。大氣探測學(xué)溫度測量大氣探測學(xué)溫度測量地面和淺層地溫傳感器地面和淺層地溫傳感器 地溫傳感器一地溫傳感器一般使用鉑電阻地溫傳感器。般使用鉑電阻地溫傳感器。 自動(dòng)觀測系統(tǒng)中的地自動(dòng)觀測系統(tǒng)中的地面溫度和淺層地溫的觀測面溫度和淺層地溫的觀測地段，設(shè)在原安裝地面溫地段，設(shè)在原安裝地面溫度表和曲管地溫表東側(cè)的度表和曲管地溫表東側(cè)的裸地內(nèi)，地表應(yīng)疏松、平裸地內(nèi)，地表應(yīng)疏松、平整、無草，并與觀測場地整、無草，并與觀測場地相平。相平。大氣探測學(xué)溫度測量深層

21、地溫傳感器深層地溫傳感器 深層深層(40(40、8080、160160、320cm)320cm)地溫地溫傳感器各安裝在一根木棒傳感器各安裝在一根木棒( (或三節(jié)棒或三節(jié)棒) )上，木棒上，木棒的長度依深度而定的長度依深度而定( (可使用原直管地溫表的木可使用原直管地溫表的木棒棒) )，整個(gè)木棒及傳感器放在專用套管內(nèi)。木棒，整個(gè)木棒及傳感器放在專用套管內(nèi)。木棒頂端有一個(gè)金屬蓋，用以蓋住專用套管，木棒頂端有一個(gè)金屬蓋，用以蓋住專用套管，木棒上幾處纏有絨圈，金屬蓋內(nèi)裝有氈墊，以阻滯上幾處纏有絨圈，金屬蓋內(nèi)裝有氈墊，以阻滯管內(nèi)空氣對(duì)流和管內(nèi)外空氣交換，也可防止降管內(nèi)空氣對(duì)流和管內(nèi)外空氣交換，也可防止降

22、水等物落入。專用套管安裝在人工觀測的直管水等物落入。專用套管安裝在人工觀測的直管地溫表套管的南側(cè)地溫表套管的南側(cè)50cm50cm處，并一一對(duì)應(yīng)。然后處，并一一對(duì)應(yīng)。然后將傳感器安裝在相應(yīng)的專用套管內(nèi)將傳感器安裝在相應(yīng)的專用套管內(nèi) 大氣探測學(xué)溫度測量大氣探測學(xué)溫度測量地溫傳感器地溫傳感器大氣探測學(xué)溫度測量深層地溫深層地溫 : 40、80、160、320cm大氣探測學(xué)溫度測量深層地溫傳感器：深層地溫傳感器：40、80、160、320cm大氣探測學(xué)溫度測量2.4 2.4 熱敏電阻溫度表熱敏電阻溫度表 測量溫度熱敏電阻的原材料多是金屬氧化物的測量溫度熱敏電阻的原材料多是金屬氧化物的混合物：如氧化鎳（混

23、合物：如氧化鎳（NiONiO）、氧化錳（）、氧化錳（Mn3O4Mn3O4）的混）的混合物。用這一類半導(dǎo)體材料制成的電阻元件，其溫合物。用這一類半導(dǎo)體材料制成的電阻元件，其溫度系數(shù)大，靈敏度高。度系數(shù)大，靈敏度高。 對(duì)于氣象測溫范圍內(nèi)，熱敏電阻的阻值對(duì)于氣象測溫范圍內(nèi)，熱敏電阻的阻值R RT T與絕與絕對(duì)溫度對(duì)溫度T T的關(guān)系可用下式表示：的關(guān)系可用下式表示：/bTTRA e式中式中A A、b b為元件的系數(shù)。為元件的系數(shù)。靈敏度高于金屬電阻溫度表，但穩(wěn)定性稍差，靈敏度高于金屬電阻溫度表，但穩(wěn)定性稍差，廣泛應(yīng)用于高空遙測。廣泛應(yīng)用于高空遙測。（1）大氣探測學(xué)溫度測量當(dāng)當(dāng)T=TT=T0 0時(shí)，時(shí)，

24、R RT T=R=RT0T00/0b TTTRRAe0/0b TTARe所 以 :0/0bTbTTTRRe00lnlnTTbbRRTT由此可見由此可見，熱敏電阻阻值的對(duì)數(shù)與絕對(duì)溫度的倒數(shù)，熱敏電阻阻值的對(duì)數(shù)與絕對(duì)溫度的倒數(shù)成線性關(guān)系。上式中右邊中括號(hào)中的數(shù)為一常數(shù)。成線性關(guān)系。上式中右邊中括號(hào)中的數(shù)為一常數(shù)。將上式代入（將上式代入（1 1）得：）得：對(duì)上式取對(duì)數(shù)得：對(duì)上式取對(duì)數(shù)得：大氣探測學(xué)溫度測量（2 2）1TTTd RRd T/22()()bTTTdRbbA eRdTTT2TbT R RT T和和T T為非線性關(guān)系，其解決辦法是通過線性化平衡電為非線性關(guān)系，其解決辦法是通過線性化平衡電橋電

25、路實(shí)現(xiàn)線性化測量。橋電路實(shí)現(xiàn)線性化測量。定義半導(dǎo)體熱敏電阻溫度系數(shù)定義半導(dǎo)體熱敏電阻溫度系數(shù)T T，為溫度變化，為溫度變化11引起的元件阻值的相對(duì)變化率，即引起的元件阻值的相對(duì)變化率，即由（由（1 1）式求導(dǎo)得：）式求導(dǎo)得：將（將（3 3）代入（）代入（2 2）式得：）式得：（3 3）大氣探測學(xué)溫度測量三、測溫元件的熱滯效應(yīng)三、測溫元件的熱滯效應(yīng) 當(dāng)測溫元件從一個(gè)環(huán)境迅速地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)溫當(dāng)測溫元件從一個(gè)環(huán)境迅速地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)溫度不同的環(huán)境時(shí)，溫度測量儀表的示度不能立即指度不同的環(huán)境時(shí)，溫度測量儀表的示度不能立即指示新的環(huán)境溫度，而是逐漸趨近于新的環(huán)境溫度，示新的環(huán)境溫度，而是逐漸趨近于新的環(huán)境

26、溫度，這種現(xiàn)象稱為溫度表的熱滯（或滯后）現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為溫度表的熱滯（或滯后）現(xiàn)象。 在它的示度尚未達(dá)到新的環(huán)境溫度之前進(jìn)行觀在它的示度尚未達(dá)到新的環(huán)境溫度之前進(jìn)行觀測，就會(huì)產(chǎn)生誤差，稱作滯差。測，就會(huì)產(chǎn)生誤差，稱作滯差。 造成測量儀器滯后的原因有兩個(gè)：造成測量儀器滯后的原因有兩個(gè)： 一是元件與四周環(huán)境的熱交換需要一個(gè)過程（熱一是元件與四周環(huán)境的熱交換需要一個(gè)過程（熱滯效應(yīng)）；滯效應(yīng)）； 二是指示系統(tǒng)有延遲特性（例電表的阻尼）。二是指示系統(tǒng)有延遲特性（例電表的阻尼）。大氣探測學(xué)溫度測量元件在元件在d d? 的時(shí)間內(nèi)與周圍介質(zhì)交換的熱量為：的時(shí)間內(nèi)與周圍介質(zhì)交換的熱量為：()dQhs Td 其

27、中：其中：T:T:元件溫度；元件溫度； ：環(huán)境溫度；：環(huán)境溫度； S S：有效散熱面積；：有效散熱面積； h h：熱交換系數(shù)：熱交換系數(shù)元件得到（或失去）熱量元件得到（或失去）熱量dQdQ后，增（或降）后，增（或降）溫溫dTdT，則有：，則有： dQ=cMdTc為比熱容，為比熱容，M為元件的質(zhì)量為元件的質(zhì)量3.1、熱滯系數(shù)、熱滯系數(shù)大氣探測學(xué)溫度測量()d Th sTdc M 其中：其中： 為熱滯系數(shù)為熱滯系數(shù), ,單位為秒（單位為秒（s s）。）。1()h sc M1()d TTd 熱滯系數(shù)特性：元件的熱容量越小，散熱面熱滯系數(shù)特性：元件的熱容量越小，散熱面積越大，則積越大，則越越??；熱交換

28、系數(shù)??；熱交換系數(shù)h h的大小取決的大小取決于環(huán)境介質(zhì)性質(zhì)和通風(fēng)量；于環(huán)境介質(zhì)性質(zhì)和通風(fēng)量；簡化為大氣探測學(xué)溫度測量3.2 環(huán)境溫度恒定時(shí)的滯差環(huán)境溫度恒定時(shí)的滯差001TTd TdT0lnTT 0TeT對(duì)上式積分：對(duì)上式積分： 則則大氣探測學(xué)溫度測量3.3 3.3 環(huán)境溫度呈線性變化引起的滯差環(huán)境溫度呈線性變化引起的滯差環(huán)境溫度如不恒定，由于測溫元件的熱滯，示環(huán)境溫度如不恒定，由于測溫元件的熱滯，示度將會(huì)始終落后實(shí)際溫度的變化。環(huán)境升溫時(shí)度將會(huì)始終落后實(shí)際溫度的變化。環(huán)境升溫時(shí)示度偏低；降溫時(shí)示度偏高。示度偏低；降溫時(shí)示度偏高。01()dTTd 01()dTTd 若溫度呈線性變化：若溫度呈線

29、性變化：大氣探測學(xué)溫度測量000TT得：(1)Te , T 當(dāng)時(shí) 上 式 可 簡 化 為例：氣溫每小時(shí)升例：氣溫每小時(shí)升33，=300s=300s，=3/3600/s=3/3600/s，求，求T-T- ？解上式，并設(shè)初始條件解上式，并設(shè)初始條件113000.25(0.25)601()600.05(1200C ssCCsTC ssC 1解 :T-=-=-偏 低1200當(dāng)偏 低 0.05 C)熱滯系數(shù)越小，滯差越小。（熱滯系數(shù)越小，滯差越小。（* *）式表明溫度表對(duì)變化）式表明溫度表對(duì)變化均勻的介質(zhì)環(huán)境溫度的示度差值為一常數(shù)。均勻的介質(zhì)環(huán)境溫度的示度差值為一常數(shù)。大氣探測學(xué)溫度測量3.43.4、環(huán)

30、境溫度呈周期性變化、環(huán)境溫度呈周期性變化002sinAp 若環(huán)境溫度以初始溫度若環(huán)境溫度以初始溫度 0 0 ，周期周期P P，振幅，振幅A A0 0的正弦變化，即：的正弦變化，即：100222:22sin(tan)14/ATppp 計(jì)算后得大氣探測學(xué)溫度測量（1 1）溫度表指示的讀數(shù)也呈周期為）溫度表指示的讀數(shù)也呈周期為p p的正弦變化；的正弦變化；（2 2）示數(shù)的振幅）示數(shù)的振幅AAAA0 0； （3 3）示數(shù)的正弦變化相位落后，落后相角為：）示數(shù)的正弦變化相位落后，落后相角為：由上式可得下述結(jié)論：由上式可得下述結(jié)論：2220/114/1A App 0A當(dāng)時(shí) A1tan2/ p大氣探測學(xué)溫度

31、測量例：例：（1 1）百葉箱內(nèi)，氣溫變化振幅為百葉箱內(nèi)，氣溫變化振幅為A A0 0=5=5，要求日振幅誤，要求日振幅誤差差0.050.05，（，（1 1）計(jì)算測溫元件的熱滯系數(shù)應(yīng)該小于多少？）計(jì)算測溫元件的熱滯系數(shù)應(yīng)該小于多少？（2 2）最高、最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間相位落后引起的誤差小于）最高、最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間相位落后引起的誤差小于5 5分鐘，分鐘，求熱滯系數(shù)？求熱滯系數(shù)？解：解：(1)由式：221/ 225.000.054(1)5.0086400 196033mins(2)由式：5602tan(360)243600864003005mins大氣探測學(xué)溫度測量3.53.5、熱滯系數(shù)與風(fēng)速的關(guān)系、熱滯

32、系數(shù)與風(fēng)速的關(guān)系()nkV為空氣密度；為空氣密度；V V為通風(fēng)速度；為通風(fēng)速度；VV為通風(fēng)量。為通風(fēng)量。熱滯系數(shù)與風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)關(guān)系為熱滯系數(shù)與風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)關(guān)系為：大氣探測學(xué)溫度測量由于太陽的直接輻射、地面的由于太陽的直接輻射、地面的反射輻射等的影響，會(huì)使測溫元件反射輻射等的影響，會(huì)使測溫元件的表示度與實(shí)際氣溫存在差異。在的表示度與實(shí)際氣溫存在差異。在白天強(qiáng)日射的情況下，將使元件溫白天強(qiáng)日射的情況下，將使元件溫度高于氣溫，導(dǎo)致較大的輻射誤差。度高于氣溫，導(dǎo)致較大的輻射誤差。消除和減小輻射誤差，是氣溫測量消除和減小輻射誤差，是氣溫測量中的關(guān)鍵問題。中的關(guān)鍵問題。大氣探測學(xué)溫度測量 屏蔽： 增加元件的反

33、射率： 人工通風(fēng)： 采用極細(xì)金屬絲元件：大氣探測學(xué)溫度測量 百葉箱 通風(fēng)干濕表 防輻射罩大氣探測學(xué)溫度測量大氣探測學(xué)溫度測量干球溫度表干球溫度表濕球溫度表濕球溫度表毛發(fā)溫度表毛發(fā)溫度表最高溫度表最高溫度表最低溫度表最低溫度表水杯水杯大氣探測學(xué)溫度測量 通風(fēng)干濕表有阿通風(fēng)干濕表有阿斯曼通風(fēng)干濕表、百斯曼通風(fēng)干濕表、百葉箱通風(fēng)干濕表以及葉箱通風(fēng)干濕表以及遙測通風(fēng)干濕表等，遙測通風(fēng)干濕表等，均是采用人工通風(fēng)的均是采用人工通風(fēng)的方法防止輻射。用來方法防止輻射。用來測量空氣的溫度和濕測量空氣的溫度和濕度。度。大氣探測學(xué)溫度測量 阿斯曼通風(fēng)干濕球溫度表是德國人R阿斯曼1887年所創(chuàng)，兩支棒狀溫度表放置在防輻射性能極好的通風(fēng)管道內(nèi)，機(jī)械或電動(dòng)通風(fēng)速度為2.5米/秒 。 儀器測量精度高，使用方便，常用作野外測量氣溫和濕度。 大氣探測學(xué)溫度測量大氣探測學(xué)溫度測量 防輻射罩是一種利用自然通風(fēng)、結(jié)構(gòu)簡單的防輻射設(shè)施，適用于野外考察。大氣探測學(xué)溫度測量 結(jié)構(gòu)： 罩的上板為傘形金屬薄板，下為金屬平板，外部涂鉻，使其具有良好的反射率，內(nèi)面涂黑，以便吸收照射到內(nèi)層的輻射，不致反射到元件上。 在金屬板之間有兩塊透明的有機(jī)玻璃板，測溫元件安置在它們之間的夾層中。大氣探測學(xué)溫度測量 缺點(diǎn)： 當(dāng)太陽高度角較低（日出和日落）時(shí)，太陽輻射能直接照射到測溫元件上。 一些測溫精度要求較高的觀測