UniverHelper.RU

Сайт для студентов. Здесь Вы найдёте всё, что нужно для обучения

Лабораторная работа Приборы для определения метеорологических параметров. Вычисление влажности воздуха

лабораторная работа №1

По курсу «Геодезические приборы и измерения»

Тема: «Приборы для определения метеорологических параметров. Вычисление влажности воздуха»

Приборы для измерения метеорологических параметров. Определение метеопараметров атмосферы. Вычисление влажности воздуха.

Цель лабораторной работы: научиться оценивать влияние метеорологических параметров атмосферы на результаты измерений длин линий физическими способами (с использованием электромагнитных волн).

Задача лабораторной работы:

— освоить работу с метеорологическими приборами для определения параметров атмосферы и выполнить измерения указанных параметров;

Выносимые на изучение вопросы:

1. Приборы для измерения метеорологических параметров.

2. Методика измерения метеопараметров атмосферы

3. Расчет влажности воздуха

Объекты изучения:

— метеопараметры атмосферы;

— величина clip_image002 — поправка за атмосферные условия в мм на 1 км длины линии.

Предметы изучения:

— термометр-пращ;

— барометр-анероид;

— психрометр Ассмана;

Используемые формулы:

— формула для вычисления значения влажности воздуха по показаниям психрометра Ассмана (парциального давления водяных паров).

Используемое приборы, оборудование, таблицы, методические указания:

— термометр-пращ;

— барометр-анероид;

— психрометр Ассмана;

— методические указания к лабораторной работе по курсу «Электрооптические и радиогеодезические измерения» (для студентов специальности 1301). Донецк: ДПИ., 1988 г. – 36 с. – Составитель Ю.Ф. Кругликов. — № 3.11

Теоретические сведения

Задача: изучить приборы для определения метеорологических параметров атмосферы, выполнить с их помощью измерения значений метеорологических параметров атмосферы и вычислить по полученным значениям абсолютную и относительную влажность воздуха.

При измерении длин светодальномерами и радиодальномерами для учета параметров атмосферы – температуры, давления и влажности воздуха, — используются три метеорологических прибора: термометр-пращ, барометр анероид и аспирационный психрометр Ассмана [1, стр. 3-6].

Атмосфера по своей природе является неоднородной средой, плотность которой меняется от точки к точке. Плотность атмосферы зависит главным образом от таких ее параметров, как температура, давление и влажность, а. также от состава газов ее составляющих. Неоднородность плотности атмосферы (воздуха) влияет на характер прохождения электромагнитных волн (ЭМВ) в ней, что проявляется в изменении направления и уменьшении скорости распространения ЭМВ.

В западной математической и технической литературе миллионную часть чего-то принято обозначать ppm.

Обозначение ppm является аббревиатурой от словосочетания “parts per million” (читается «пи-пи-эм») и означает не что иное, как «частей на миллион», т.е. миллионная часть чего-то, величину можно именовать поправкой она зависит от метеорологических условий.

Возможны два варианта записи выражений с использованием ppm:

1 — когда в выражении перед ppm стоит числовой коэффициент, как, например, 17ppm; в этом случае обозначение ppm выполняет точно такую же роль, как обозначение % (проценты) или ‰ (промилле); запись 17ppm надо понимать как «семнадцать миллионных», если говорить о безразмерных величинах, или 17 частей с такой-то размерностью, приходящихся на миллион сопоставимых с ними по размерности частей;

2 — когда в выражении величина ppm используется непосредственно без всяких коэффициентов перед нею; в этом случае обозначение ppm выступает как алгебраическая переменная, т.е. надо понимать, что на месте ppm должно стоять число, являющееся миллионной частью чего-то.

Второй вариант записи используется в выражениях общего вида, в то время как первый вариант используется в случаях, когда от выражения общего вида переходят к конкретному выражению.

Термометр-пращ

Термометр-пращ (праща – метательное оружие). Назначение, устройство, цена деления шкалы, точность показаний и отсчетов.

Правила измерения температуры на станции (крутить термометр-пращ над головой на высоте ~2 м в течение 2 минут, примерно 100 оборотов; отсюда название «пращ»). Также необходимо вводить поправки в показания термометра (если есть паспорт и данные калибровки).

Термометр-пращ предназначен для точного измерения температуры окружающего воздуха.

Отечественные (советские) термометры-пращи ТМ-8 представляют собой толстостенный капилляр (рис. 1)

clip_image002

Рис. 1 Термометр-пращ

Один конец капилляра, в котором помещена ртуть, имеет форму цилиндра, а другой заканчивается стеклянным шариком или металлическим наконечником для крепления шнура. Длина термометра-праща 170-200 мм, а внешний диаметр 8 мм. Цена деления шкалы 0.5º или 1.0º, диапазон измерения температур от -36ºC до +50Cº.

Термометр облает свойство инерциальности. Скорость восприятия термометром температуры окружающей среды – коэффициент термической инерции для неподвижного воздуха около 100 с. Он зависит от интенсивности теплообмена и параметров термометра. Так как в движущемся воздухе свободный теплообмен, на принципе которого основано измерение температуры, происходит гораздо скорее, чем в неподвижном, то термометр за привязанный к нему шнур вращают над головой, и сделав около 100 оборотов, производят отсчет. Температуру измеряют несколько раз, при этом показания термометра не должны расходиться более чем на 1.0º.

Барометр-анероид

Барометр-анероид (анероид, др.-греч. – неводный). Назначение, устройство, цена деления шкалы, точность показаний и отсчетов. Сертификат барометра. Правила измерения давления на станции. Поправки в показания барометра (шкаловая, температурная, добавочная). Правила ввода поправок.

Барометр-анероид (рис.2) предназначен для измерения атмосферного давления воздуха.

clip_image002[8]

Рис. 2 Барометр – анероид

Приемником давления и анероида является мембранная анероидная коробка. Внутренняя полость коробки герметична и находится под вакуумом. Внешнее давление атмосферы значительно превышает внутреннее давление и коробки и стремясь сдавить коробку, уравновешивается пружиной. При измерении атмосферного давления, мембранная коробка деформируется, меняя натяжение пружины. По величине этого натяжения ( или величине деформации коробки) определяют атмосферное давление. Механизм прибора устанавливается в футляре на амортизаторах. Анероидом следует пользоваться при горизонтальном положение шкалы.

Правила измерений

Открыв крышку футляра, отсчитывают по термометру при анероиде температуру с точностью до десятой доли градуса. Отсчет по термометру необходимо произвести в первую очередь потому, что показания термометра могут измениться от присутствия наблюдателя. Затем, постучав слегка по стеклу анероида, производят отсчет положения конца стрелки по шкале с точностью до десятых долей миллиметра. При отсчете положения стрелки необходимо помещать глаз т.о., чтобы он как раз находился над ее концом. В этом случае конец стрелки виден наблюдателю в виде очень тонкой черты. После того, как произведен отсчет, крышку футляра закрывают.

Расчет давления по отсчету анероида

Для получений действительной величины атмосферного давления по отсчету, произведенному по анероиду, его исправляют тремя поправками:

— шкаловой (∆ш);

— температурной (∆t);

-добавочной (∆д).

Эти поправки производятся в поверочном свидетельстве, прилагаемом к анероиду.

В поверочном свидетельстве в анероиду шкаловые поправки приводятся для всей шкалы через каждые 10 мм давления. Чтобы вычислить необходимую поправку для отсчета, ее следует найти путем интерполяции между двумя соседними величинами поправок для тех точек шкалы, между которыми находится произведенный отсчет.

Психрометр Ассмана

clip_image004

Рис.3 Психрометр Ассмана

Психрометр Ассманаэто прибор, служащий для определения влажности воздуха. Психрометр позволяет определять влажность при температуре воздуха не ниже —10°.Пример психрометра Ассмана показан на рисунке 3.

В аспирационном психрометре Ассманна ртутные шарики термометров защищены от действия лучистой энергии футлярами с двойными стенками. Прибор снабжен вентилятором, обеспечивающим постоянную скорость движения воздуха у ртутных шариков термометров (2 м/сек). Перед определением ртутный шарик смоченного термометра, смачивают дистиллированной водой. Избыток воды удаляют встряхиванием, после чего включают вентилятор и прибор помещают в точке, где необходимо произвести определение. При температуре воздуха 15—20° отсчет показаний термометра производят через 4 мин. При температурах ниже 15° длительность протягивания воздуха увеличивают до 20—30 мин. (до тех пор пока не установится постоянная температура смоченного термометра). Расчет результатов определения производят по формуле Шпрунга. Психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометров с градуированной шкалой (до +50° и —25°) с интервалом делений 0,2°. й. Интенсивность испарения воды с поверхности резервуара смоченного термометра будет зависеть от влажности исследуемого воздуха и его подвижности.

Определение абсолютной и относительной влажности воздуха

Для вычисления влажности воздуха первоначально необходимо вычислить парциальное давление водяных паров.

Парциальное давление (partialis, лат. — частичный) — давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений каждого газа в смеси.

Парциальное давление водяных паров clip_image002[4] определяется по формуле Шпрунга

clip_image004, (1)

где clip_image006 — парциальное давление насыщенного водяного пара;

clip_image008 — атмосферное давление;

clip_image010 — коэффициент, равный

clip_image012 (2)

clip_image014 — психрометрическая постоянная (постоянная Ассмана), которая может принимать два значения в зависимости от того, положительная или отрицательная температура воздуха

clip_image016 при clip_image018, (3)

clip_image020 при clip_image022. (4)

Значения парциального давления насыщенного пара clip_image006[1] и коэффициента clip_image010[1]определяются по таблице 1.3 методических указаний [1]. Входными данными для определения указанных величин является температура по влажному (смоченному) термометру. Кроме того, при отрицательной температуре на батисте влажного термометра может быть либо переохлажденная вода, либо лед. Поэтому зимой при отрицательных температурах надо всегда проверять, что находится на батисте мокрого термометра и в зависимости от этого пользоваться разными частями таблицы 1.3 в [1].

После того как будет определено парциальное давление водяных паров необходимо вычислить относительную влажность воздуха по формуле

clip_image026 (5)

Методика измерения метеопараметров атмосферы

Измерение температуры

Измерение температуры осуществлялось с помощью термометра – праща. В движущемся воздухе свободный теплообмен, происходит гораздо быстрее, чем в неподвижном, поэтому термометр за привязанный к нему шнур вращают над головой, при этом необходимо сделать около 100 оборотов и потом взять отсчет. Температуру необходимо измерить несколько раз, при этом показания термометра не должны расходиться более чем на 1ºС. На лабораторной работе было сделано три приёма, в результате чего были получены следующие результаты:

Таблица 1 Результаты измерений температуры

image

Измерение давления

Измерение давления осуществлялось с помощью барометра-анероида. При измерении барометр должен находиться в горизонтальном положении он должен находится в таком положении несколько минут после чего можно брать отсчёт по шкале. На лабораторной работе было взято три отсчёта. Отсчёты брались на разных высотах. Результаты измерений:

1 Приём — 745.5 мм.рт.ст.

2 Приём — 746 мм.рт.ст.

3 Приём — 745 мм.рт.ст.

После этого в результаты необходимо ввести соответствующие поправки которые зависят от величины давления поправка за температуру составит 0.05 мм., добавочная поправка составит 0,8 мм. В результате получим:

1) 745,5+0,5+0,8 = 746,8 мм.рт.ст.

2) 746+0,5+0,8 = 747,3 мм.рт.ст.

3) 745+0,5+0,8 = 746,3 мм.рт.ст.

Измерение влажности воздуха

Принцип действия психрометра основан на разности показаний сухого и смоченного термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха. Для начала необходимо удалить избыток воды встряхиванием, после чего включают вентилятор и прибор помещают в точке, где необходимо произвести определение. Затем смачивают один термометр водой, заводят вентилятор. После остановки вентилятора берут отсчёты по сухому и влажному термометру. Всего было выполнено три приёма измерений. В каждом приёме смачивались разные термометры. Временной интервал между каждым приёмом составил пять минут. Результаты приведены ниже.

Таблица 2 Результаты измерения влажности воздуха

image

Расчет влажности воздуха

Для того чтобы определить влажность воздуха необходимо определить парциальное давление водяных паров.

Парциальное давление водяных паров clip_image002[6] определяется по формуле Шпрунга:

clip_image002[8], (6)

где clip_image004[4]— парциальное давление насыщенного водяного пара;

clip_image006[6]— атмосферное давление;

clip_image008[4]— коэффициент, равный

clip_image010[6] (7)

clip_image012[5]— психрометрическая постоянная, которая может принимать два значения в зависимости от того, положительная или отрицательная температура воздуха

clip_image014[4] при clip_image016[4], (8)

clip_image018[4] при clip_image020[4]. (9)

Значения парциального давления насыщенного пара clip_image022[4] и коэффициента clip_image024определяются по таблице 1.3 методических указаний [1].

Относительная влажность находится по формуле:

clip_image026[4] (10)

По данным формулам была определенна относительная влажность воздуха, результаты представлены ниже.

1 случай:

— температура воздуха 10ºС,

— атмосферное давление 745.5 мм рт. ст.,

— температура по сухому термометру 15 ºС, по влажному 11.2 ºС.

Решение.

По таблице 1.3 в [1] определяем значения E’=9.98 мм рт. ст. и коэффициента K=1490. Подставив полученные значения в формулу получим

clip_image028

Подставив значения clip_image030 и clip_image004[5] в формулу получим значение относительной влажности в процентах:

clip_image033

2 случай

— температура воздуха 10.5ºС,

— атмосферное давление 746 мм рт. ст.,

— температура по сухому термометру 15 ºС, по влажному 11.2 ºС.

Решение

По таблице 1.3 в [1] определяем значения E’=10.52 мм рт. ст. и коэффициента K=1489. Подставив полученные значения в формулу (3.5) получим

clip_image035

Подставив значения clip_image030[1] и clip_image004[6] в (3.5), получим значение относительной влажности в процентах

clip_image037

3 случай

— температура воздуха 11ºС,

— атмосферное давление 745.5 мм рт. ст.,

— температура по сухому термометру 16.4 ºС, по влажному 14.4 ºС.

Решение

По таблице 1.3 в [1] определяем значения E’=12.31 мм рт. ст. и коэффициента K=1485. Подставив полученные значения в формулу получим:

clip_image039

Подставив значения clip_image030[2] и clip_image004[7] в формулу, получим значение относительной влажности в процентах

clip_image041

Вывод: на лабораторной работе студенты ознакомились с метеорологическими параметрами и приборами для их измерения. На лабораторной работе были измерены: температура воздуха, атмосферное давление и влажность воздуха. Была изучена величина ppm.

Обновлено: 06.02.2019 — 00:07

Добавить комментарий

Образовательный сайт © 2019