温度的测量学时

温度的测量学时第1页，共52页，2023年，2月20日，星期六第一节概述第2页，共52页，2023年，2月20日，星期六为什么要观测大气温度？世界万物的生生息息都与气温有着千丝万缕的联系。大气中的一切物理过程如天气过程、风雨的形成、全球变化等都与温度有关。第3页，共52页，2023年，2月20日，星期六常用温标有三种：

开尔文温标（绝对温标）(K):KelvinTemperatureScale

摄氏温标(℃):CelsiusTemperatureScale

华氏温标(F):FahrenheitTemperatureScale

它们之间的换算关系为：

K——C换算：

C——F换算：

K——F换算：第4页，共52页，2023年，2月20日，星期六温度尺度绝对温度T(K)摄氏温度t(℃)华氏温度t(℉)

第5页，共52页，2023年，2月20日，星期六观测项目（单位以℃表示，取一位小数）定时气温日最高气温日最低气温配有温度计的气象站做气温的连续记录地温地面温度地面最高、最低温度草面(雪面）温度浅层地温：离地面5，10，15，20厘米深度的地中温度深层地温：离地面40，80，160，320厘米深度的地中温度

第6页，共52页，2023年，2月20日，星期六第二节液体玻璃温度表第7页，共52页，2023年，2月20日，星期六基本原理 液体玻璃温度表的感应部分是一个充满液体的玻璃球，示度部分为玻璃毛细管。 温度变化时，引起测温液体体积膨胀或收缩，使进入毛细管的液柱高度随之变化。第8页，共52页，2023年，2月20日，星期六常用的液体玻璃温度表干湿球温度表最高温度表最低温度表地面温度表曲管地温表直管地温表第9页，共52页，2023年，2月20日，星期六干湿球温度表

由两支型号完全一样的温度表组成。其中干球温度表用于测定1.5米高度处的气温。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期六2.最高温度表第11页，共52页，2023年，2月20日，星期六最高温度表的测量原理：

升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数，水银被挤进毛细管内；但在降温时，毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部，水银柱在此中断。因此，水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度。

当观测完时，需要由人工将毛细管中的水银复位。

第12页，共52页，2023年，2月20日，星期六3.最低温度表第13页，共52页，2023年，2月20日，星期六观测时将游标调整到酒精柱的顶端，然后将温度表平放。升温时，酒精从游标和毛细管之间的狭缝通过，游标不动；温度下降时，液柱顶端表面张力使游标向球部方向移动。因此，游标指示的温度只降不升，远离球部的一端将指示出一定时段的最低温度。第14页，共52页，2023年，2月20日，星期六第15页，共52页，2023年，2月20日，星期六4.地面温度表

地面温度表（又称０厘米温度表），地面最高和最低温度表的构造和原理，与测定气温用的温度表基本相同。第16页，共52页，2023年，2月20日，星期六

5.曲管（浅层）地温表

5,10,15,20厘米曲管地温表的构造和原理亦基本同上，只是表身下部伸长、长度不一，并且在感应部分上端弯折，与表身成135°夹角。第17页，共52页，2023年，2月20日，星期六6.直管（深层）地温表

40,80,160,320厘米直管地温表原理亦基本同上。

装在带有铜底帽的管形保护框内，保护框中部有一长孔便于读取温度数。保护框的顶端连接在一根木棒。整个木棒和地温表（保护框）又放在一根硬橡胶套管内。第18页，共52页，2023年，2月20日，星期六第19页，共52页，2023年，2月20日，星期六第三节双金属片温度计第20页，共52页，2023年，2月20日，星期六

双金属片温度计是自动记录气温连续变化的仪器。它由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。第21页，共52页，2023年，2月20日，星期六感应元件是双金属片，由膨胀系数相差较大的两片金属焊接成，将其一端固定，另一端随温度变化而发生位移，位移量与气温接近线性关系。第22页，共52页，2023年，2月20日，星期六第23页，共52页，2023年，2月20日，星期六第四节电测温度表第24页，共52页，2023年，2月20日，星期六1、温差电现象（热电现象）两种不同的金属导体A和B的两端，彼此焊接在一起，构成一个闭合回路时，若两个接触点的温度不同，回路中就有电流产生两焊接点之间的温差越大，回路中的电动势也越大，这种现象叫做温差电现象，也称热电现象，这种电路称热电偶或温差电偶。1.热电偶温度表第25页，共52页，2023年，2月20日，星期六1.热电偶温度表第26页，共52页，2023年，2月20日，星期六

热电偶的电动势与温差之间的关系为：

由于系数当温差不太大时，可用下式

第27页，共52页，2023年，2月20日，星期六

气象上使用的热电偶几乎都是铜、或锰铜——鏮铜，原因是：（1）热电偶灵敏度高（40μv/℃）；（2）稳定性好（可做成热电堆）；（3）焊接工艺简便；（4）成本低。热电偶温度表的缺点是测温时参考端温度固定。第28页，共52页，2023年，2月20日，星期六2.金属电阻温度表

金属导体电阻的阻值随温度的升高而增大第29页，共52页，2023年，2月20日，星期六

在大气测温范围内，各种金属的电阻与温度的关系曲线接近直线关系，即因此上式可写成：

第30页，共52页，2023年，2月20日，星期六金属电阻温度表的选材温度一次项系数较大二次项系数远小于一次项系数电阻率大，易于绕制高阻值元件性能稳定气象上常用的金属材料：铂、镍、铜。常用铂做成标准温度表、气温和地温传感器。第31页，共52页，2023年，2月20日，星期六地面和浅层地温传感器

第32页，共52页，2023年，2月20日，星期六深层地温传感器

第33页，共52页，2023年，2月20日，星期六3.热敏电阻温度表原料常是某些金属氧化物的混合物。常见的有棒状、珠状和片状。半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。灵敏度高于金属电阻温度表，但稳定性稍差，广泛应用于高空遥测。第34页，共52页，2023年，2月20日，星期六第五节测温元件的热滞效应当测温元件从一个环境迅速地转移到另一个温度不同的环境时，温度测量仪表的示度不能立即指示新的环境温度，而是逐渐趋近于新的环境温度，这种现象称为温度表的热滞（或滞后）现象。在它的示度尚未达到新的环境温度之前进行观测，就会产生误差，称作滞差。第35页，共52页，2023年，2月20日，星期六元件在dז

的时间内与周围介质交换的热量为：其中：T:元件温度；θ：环境温度；

S：有效散热面积；h：热交换系数元件得到（或失去）热量dQ后，增（或降）温dT，则有：

dQ=CMdT一、热滞系数第36页，共52页，2023年，2月20日，星期六令：为热滞系数，则：其中λ为热滞系数，单位为秒。热滞系数特性：元件的热容量越大，散热面积越小，则λ越大；热交换系数h的大小取决于环境介质性质和通风量；第37页，共52页，2023年，2月20日，星期六热滞系数和风速的关系第38页，共52页，2023年，2月20日，星期六环境温度恒定时的滞差则：第39页，共52页，2023年，2月20日，星期六

1、τ一定时，λ愈小，T愈趋近于θ。

2、λ一定时，τ愈长，T愈趋近于θ。

3、τ＝λ时，T－θ＝1/ｅ(t0－θ)。

热滞系数λ的物理意义为：当介质温度保持不变时，温度表示度和介质温度之差T－θ减小到起始温度差T0－θ的１／ｅ，即减小到起始温差的３７％时所需要的时间。第40页，共52页，2023年，2月20日，星期六环境温度呈线性变化引起的滞差环境温度如不恒定，由于测温元件的热滞，示度将会始终落后实际温度的变化。环境升温时示度偏低；降温时示度偏高。第41页，共52页，2023年，2月20日，星期六例：气温每小时升3℃，λ=300s，β=1/1200℃/s，求T-？上式可简化为T－θ=-βλ第42页，共52页，2023年，2月20日，星期六环境温度呈周期性变化时的滞差第43页，共52页，2023年，2月20日，星期六温度表读数也呈周期为P的正弦变化温度指示的振幅A小于实际振幅A0温度表读数的正弦变化相位落后第44页，共52页，2023年，2月20日，星期六第六节气温测量中的防辐射设备防辐射途径屏蔽增加元件的反射率人工通风，促使元件散热采用极细金属丝元件，细丝具有较大散热系数第45页，共52页，2023年，2月20日，星期六百叶箱第46页，共52页，2023年，2月20日，星期六第47页，共52页，2023年，2月20日，星期六第48页，共52页，2023年，2月20日，星期六阿斯曼通风干湿表第49页，