大氣探測(cè)學(xué)溫度

大氣探測(cè)學(xué)溫度第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第二章溫度的測(cè)量溫度、溫標(biāo)、測(cè)溫器玻璃液體溫度表雙金屬片溫度計(jì)鉑電阻溫度傳感器熱電偶溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器晶體溫度傳感器第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1溫度、溫標(biāo)、測(cè)溫器溫度的概念氣溫、地表溫度、土壤溫度溫標(biāo)及其參考點(diǎn)絕對(duì)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、ITS90測(cè)溫儀器類型熱膨脹、溫差電勢(shì)、電阻溫度效應(yīng)。。。第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.1溫度的概念溫度——表征物體冷熱程度的物理量微觀觀點(diǎn)：物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小宏觀觀點(diǎn)：兩個(gè)物體或系統(tǒng)通過熱交換達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡（熱平衡）時(shí)所具有 的一個(gè)共同的物理性質(zhì)第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.1溫度的概念地面氣溫——離地面1.5米左右，處于通風(fēng)防輻射條件下溫度表度取得溫度值。正點(diǎn)前十分鐘平均氣溫，最高、最低氣溫地溫地表溫度、最高、最低地表溫度淺層土壤溫度（-5，-10，-15，-20CM）深層土壤溫度（-40，-80，-160，-320CM)高空氣溫第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.2溫標(biāo)溫標(biāo)——衡量溫度的標(biāo)尺（起點(diǎn)、基本單位）熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）量值正比于理想氣體運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能，單位K1K等于水三相點(diǎn)（273.16K）溫度度量的1/273.16。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)（℃）華氏溫標(biāo)（℉）換算t(℃)=T(K)-273.15(K)t(℃)=(5/9)*(τ℉-32）第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.3溫標(biāo)的實(shí)現(xiàn)ITS90氣體溫度表理想氣體狀態(tài)方程PV=RT理想氣體在固定容積下（V=常數(shù)），容器內(nèi)的氣體壓力每改變1/273.15時(shí)，其溫度變化相當(dāng)于絕對(duì)溫度1K。氫氣或氦氣分子量小，接近于理想氣體，可以用測(cè)量固定容器內(nèi)的氫氣或氦氣的壓力變化的方法，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)絕對(duì)溫標(biāo)標(biāo)定。氣體溫度表龐大復(fù)雜，引入實(shí)用溫標(biāo)。第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.3溫標(biāo)的實(shí)現(xiàn)ITS90實(shí)用溫標(biāo)ITS90系列參考點(diǎn)（指定物質(zhì)的相平衡點(diǎn)）氣象范圍：氬、汞、水三相點(diǎn)、銦凝固點(diǎn)內(nèi)插儀器（標(biāo)準(zhǔn)傳遞儀器）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度表國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度表及其偏差函數(shù)內(nèi)插公式及其轉(zhuǎn)換公式系數(shù)正溫負(fù)溫（現(xiàn)代大氣觀測(cè)，P8-P11)第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.3溫標(biāo)的實(shí)現(xiàn)ITS90水的三相點(diǎn)水固、液、氣三相平衡共有的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定不變的溫度和氣壓值。溫度等于273.16K水氣壓為6.11hpa第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.1.4常用的測(cè)溫方法和分類利用物體某一屬性隨溫度變化作為依據(jù)，而這種屬性又是可以容易準(zhǔn)確度量的。測(cè)溫物質(zhì)和測(cè)溫特性測(cè)溫方法接觸式測(cè)量（以介質(zhì)直接接觸建立熱平衡）脹縮式（氫氣、水銀、雙金屬片）電測(cè)式（電阻、熱電偶、半導(dǎo)體）諧振式（石英晶體）非接觸式測(cè)量（遙感）被動(dòng)式（紅外、微波、光學(xué)輻射溫度計(jì)）主動(dòng)式（聲學(xué)測(cè)溫、激光雷達(dá)）第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.2玻璃液體溫度表利用玻璃容器中的測(cè)溫液體隨溫度變化引起體積膨脹，從液柱位置的變化來測(cè)定溫度感應(yīng)部分——充滿液體的玻璃球視度部分——玻璃毛細(xì)管⊿V=Vt–V0=V0(1+a⊿t)-V0=V0a⊿t⊿L=⊿V/S=V0a⊿t/S⊿L/⊿t=Va/Ss⊿L第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.2玻璃液體溫度表常用測(cè)溫液體汞——凝固點(diǎn)-38.862℃，4%鉈合金-62℃

沸點(diǎn)356.9℃

熱膨脹系數(shù)1.82*10exp-4/℃(18℃)

用于干濕球溫度表、最高溫度表，低溫不能用酒精——凝固點(diǎn)-177.5℃，沸點(diǎn)78.5℃， 膨脹系數(shù)1.10*10exp-3/℃(18℃)

用于最低溫度表、不能用于高溫（地表溫度）第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.2玻璃液體溫度表常用液體溫度表普通水銀干濕球玻璃溫度表（準(zhǔn)確度±0.2℃）測(cè)定氣溫、濕球溫度組成：感應(yīng)球部、毛細(xì)管、標(biāo)尺板、外套管、液柱最高溫度表最低溫度表地表面溫度表曲管地溫表直管地溫表第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.2玻璃液體溫度表主要誤差零點(diǎn)永恒位移由玻璃溫度表球部容積隨時(shí)間縮小球部暫時(shí)變形環(huán)境溫度的繼續(xù)變化引起刻度誤差玻璃毛細(xì)管截面積的非均勻性引起刻度的非線性第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.3雙金屬片溫度計(jì)基本原理基本結(jié)構(gòu)感應(yīng)部分雙金屬片（主動(dòng)片、被動(dòng)片）傳遞放大部分自動(dòng)記錄部分第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.3雙金屬片溫度計(jì)oA’AB’B第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4鉑電阻溫度傳感器金屬的電阻特性

R=ρL/S電阻率隨溫度變化金屬的電阻值與溫度的關(guān)系

Rt=R0(1+at+bt2)

當(dāng)a>>b時(shí)，Rt=R0(1+at)dR/dt=R0a=ρ0

aL/S第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4.1鉑電阻溫度

傳感器特性作為溫度傳感器要求：物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定電阻溫度系數(shù)穩(wěn)定、連續(xù)電阻率長(zhǎng)期穩(wěn)定性好電阻率及溫度系數(shù)大第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4.1鉑電阻溫度傳感器特性鉑電阻計(jì)算公式

-200℃~0℃:Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)3)0℃~650℃:Rt=R0(1+At+Bt2) A=3.96847E-3℃-1 B=-5.84E-7

℃-2

C=-4.22E-12℃-4一般測(cè)量用鉑電阻Bt100（R0=100Ω）第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4.2鉑電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)陶瓷絕緣支架直徑0.03~0.07鉑絲，雙線無感繞法玻璃或金屬保護(hù)套管，熱傳導(dǎo)好四引出線，注意避免藕接電勢(shì)第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4.2鉑電阻溫度傳感器測(cè)量電路平衡電橋非平衡電橋?qū)Ь€電阻對(duì)溫度測(cè)量的影響第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.4.3鉑電阻溫度傳感器測(cè)量電路四線制恒流供電阻測(cè)量電路恒流源dI/dt=0，dI/dT=0高輸入阻抗電壓測(cè)量電路Rin>10MΩ>>R0

數(shù)字電壓表

R=V/I0DVM第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.5熱電偶溫度傳感器第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.6半導(dǎo)體溫度傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻二極管溫度傳感器（P-N結(jié)）三極管溫度傳感器半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器（IC）模擬量輸出(AD590)數(shù)字量輸出(DS1820)網(wǎng)絡(luò)化溫度傳感器（TCP/IP）第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日半導(dǎo)體溫度傳感器特性比較熱敏電阻二極管三極管集成電路原理測(cè)量電橋差動(dòng)反饋輸出數(shù)據(jù)靈敏度較高高很高內(nèi)置調(diào)理線性好不好不好內(nèi)部校準(zhǔn)一致性不好不好一般內(nèi)部校準(zhǔn)準(zhǔn)確度3210.5氣象站地溫第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.7晶體溫度傳感器石英晶體諧振器壓