Прибор для измерения температуры почвы

Термометры для почвы — это приборы, специально предназначенные для измерения температуры почвы. Садоводы считают эти инструменты полезными для планирования насаждений, а также они используются учеными-климатологами, фермерами и почвоведами. Температура почвы может обеспечить полезной информацией, особенно когда она меняется с течением времени.

Для садоводов и фермеров температура почвы является ключом к принятию решений о посеве. Будь то посадка семян или саженцев, если почва слишком холодная, растения могут умереть. Хотя люди могут использовать рекомендации, такие как дата последнего мороза, температура окружающего воздуха и время года, измерения температуры почвы могут быть очень важными для подтверждения того, что почва готова к вегетации. Аналогичным образом, люди, которые контролируют климат и здоровье почвы, используют термометры в своей работе.

Термометры почвы включают длинный зонд, который позволяет людям глубоко вводить его в почву. Некоторые из них содержат термометрию ртутной лампы. У других есть дисплей сверху термометра, который может быть цифровым или аналоговым, что позволяет людям быстро считывать температуру почвы.

Обычно, зонд имеет специальное покрытие, чтобы противостоять коррозии. Рекомендуется периодически протирать почвенный термометр для удаления грунта и любых солей, которые могут прилипать, чтобы продлить срок службы зонда. Если зонд используется во влажной среде, его следует протереть и высушить перед тем, как убрать его для хранения. Многие термометры поставляются с корпусами или зажимами, которые могут использоваться для защиты их при хранении.

Быстрочитаемый термометр будет полезен для быстрого зондирования почвы, чтобы проверить температурные условия почвы. Другие термометры необходимо оставлять в почве в течение нескольких секунд, чтобы обеспечить стабильное считывание. Некоторые из них разработаны специально для того, чтобы можно было оставлять их в почве на долгое время. В теплицах и других сильно контролируемых средах люди могут оставлять термометры в почве, чтобы можно было регулярно считывать показания.

Одна вещь, которую нужно знать при покупке термометра для почвы, заключается в том, что многие термометры имеют ограничения на высокие температуры, которые они могут считать. Если люди используют термометр для компоста, внутренние температуры могут быть слишком высокими для обычного почвенного термометра. Целесообразно выбирать продукт с широким диапазоном измерения.

Измерительные приборы

Психрометрическая будка

Психрометрическая будка сконструирована таким образом, чтобы резервуары термометров и других приборов находились на уровне двух метров — в приземном слое воздуха. Дверца будки всегда обращена на север. Как вы думаете, почему?

Будка служит для защиты приборов от осадков, сильного ветра и солнечной радиации. Она выкрашена в белый цвет и имеет специальные жалюзи. Стоит отметить, что как на обычной метеостанции, так и на нашей всегда имеются две будки. В одной находятся термометры, психрометр, гигрометр, а в другой — гигрограф и термограф, это приборы-самописцы (на лентах которых в течение суток в автоматическом режиме происходит запись изменения температуры и относительной влажности воздуха).

Психрометрическая будка

Внутреннее устройство психрометрической будки

Психрометрическая будка с самописцами — гигрографом и термографом

Термометры для измерения температуры почвы

На специальном участке — так называемом «участке без растительного покрова» — производятся наблюдения за температурой поверхности почвы и на различных глубинах.

Срочный, минимальный и максимальный термометры служат для измерения температуры поверхности почвы. Зимой эти термометры кладутся на снег.

Максимальный, минимальный и срочный напочвенные термометры (на поверхности снега и почвы)

В метеорологии измеряют не только температуру поверхности почвы (температуру подстилающей поверхности), но и температуру почвы на глубине. Для этого существуют специальные приборы — термометры Савинова и вытяжные термометры.

Опускаемый настил для «подступа» к термометрам

Почвенные термометры Савинова

Наблюдения по термометрам Савинова производятся только в теплое время из-за их хрупкости, они устанавливаются на глубинах 5, 10, 15 и 20 см. Установку термометров, как и других приборов, ведет по специальным ГОСТам и «Наставлению:» наш незаменимый инженер по метеорологическим приборам Григорий Михайлович Жиляев. Заметим, что все приборы ежегодно поверяются в Центре метрологии и стандартизации. И, если показания приборов отклоняются от эталонных, то вводятся поправки. Все термометры на площадке ориентированы по сторонам света (по линии восток — запад).

Снегомер, мерзлотомер

Мерзлотомер для определения глубины промерзания почвы

На каждой метеостанции постоянно установлены на зимний период снегомерные рейки. У нас на площадке их четыре, три — для снегомерной съемки и одна — у мерзлотомера.

Снегомер

Снегомер предназначен для измерения высоты и массы вырезаемого столбика пробы снега. Он состоит из безмена (взвешивающей части) и металлического цилиндра для отбора пробы снега и определения его объема. Плотность снега определяется отношением массы к объему.

Снегомерные рейки — переносная и стационарная

Приборы для измерения скорости ветра

На любой метеостанции обязательно есть высокая мачта. На ней находится ветроизмерительный прибор — флюгер Вильда. На метеостанциях флюгеры бывают двух видов: один с тяжелой доской, другой — с легкой. Два флюгера с разными досками позволяют измерять различные скорости ветра. С легкой доской флюгер может измерять скорость до 20 м/с, с тяжелой — до 40 м/с. Так как в Оренбурге довольно редко ветер превышает двадцатиметровую отметку (среднегодовая скорость составляет примерно 4 м/с), у нас на станции размещен только флюгер с легкой доской.

Флюгер Вильда на 10-метровой мачте

Ручной анемометр

Флюгер (в переводе с немецкого — «крыло») довольно прост в эксплуатации. Его устанавливают в северной части метеоплощадки. На фото ветер имеет южное направление (дует с юга), для определения мы смотрим, куда указывает противовес (шарик на противоположном конце флюгарки), а скорость — 2-3 м/с (определяем по тому, к какому из штифтов отклонилась доска).

«Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам» (эта книга — основной документ на метеостанциях, устанавливающий правила и методику их функционирования) рекомендуется использовать наблюдения по флюгеру Вильда в случае выхода из строя других приборов по ветру (например, электрического анеморумбометра М-63М-1, который запланирован к установке у нас на станции на следующий год). Пока же на станции установлен только флюгер, так что сбои в электроснабжении нам не страшны!

Скорость ветра определяют еще и другим прибором — ручным анемометром. Ручной анемометр замеряет число оборотов чашечек вокруг оси за заданное время, что равно определенному расстоянию, после чего рассчитывается средняя скорость ветра делением расстояния на время.

Измерители осадков и атмосферного давления

На нашей метеостанции проводятся также наблюдения за количеством атмосферных осадков по осадкомеру. Сборником осадков является осадкомерное цилиндрическое ведро, куда попадают осадки. Оно защищено от ветра и, следовательно, падения специальными пластинами. Дважды в сутки осадки сливают в измерительный дождемерный стакан, цена деления которого составляет 1 мм слоя осадков. Если количество осадков составит 50 мм за период не более 12 часов, то этот факт считается опасным метеоявлением, которое «может представлять угрозу жизни или здоровью граждан» (Федеральный закон от 2 февраля 2006 г. № 21-ФЗ).

Осадкомер

Измерительный дождемерный стакан

Атмосферное давление определяем по барометру-анероиду и барографу, которые размещены в помещении станции.

Барометр-анероид

Барограф

Измерение температуры и влажности воздуха

Температуру воздуха, в том числе максимальную и минимальную, определяем по термометрам, размещенным в психрометрической будке. По показаниям сухого и смоченного термометров с использованием специальных психрометрических таблиц находим характеристики влажности воздуха (относительную и абсолютную влажность, точку росы, дефицит насыщения). Так, например, если по сухому температура 7,2 °С, а по смоченному — 6,5 °С, то точка росы — 5,6 °С, абсолютная влажность — 9,1 гПа, относительная — 90 %, а дефицит насыщения — 1,1 гПа.

Психрометрические таблицы

Для определения показателей влажности воздуха также используется аспирационный психрометр Ассмана, который можно переносить, т. е. брать с собой, проводя в полевых условиях изучение микроклимата. Например, мы думаем, что удастся обнаружить с помощью психрометров наличие «острова тепла» над центральной частью города, который, как известно, способствует формированию «городского бриза», влияющего на повышение уровня загрязнения воздуха этой перегретой, особенно летом, части города.

Аспирационный психрометр Ассмана

Наблюдение облаков

Атлас облаков

Форма облаков определяется визуально и сверяется с фото по международному атласу облаков.

Розовые облака (сентябрь 2008 г.)

Перистые облака или Cirrus

В наши планы входит разработка программы наблюдений перламутровых и серебристых облаков — этих уникальных и загадочных «небесных украшений».

Перламутровые (стратосферные) облака — наблюдались над всей Европой.
3 февраля 2008 г. (фото с сайта Meteoweb)

Схематический рисунок наиболее типичных форм облаков

Гелиограф

Продолжительность солнечного сияния определяется по гелиографу, стеклянный шар которого собирает солнечные лучи в фокус, и при перемещении луча на ленте появляется линия прожога. По длине линии в часах и считают продолжительность сияния. В Оренбурге за год получается величина более двух тысяч часов, почти как в Крыму!

Гелиограф

Ленты с участками прожога

Исследование промерзания почвы и твердых атмосферных осадков

Помимо стандартной программы работ, на нашей метеостанции осуществляются также некоторые уникальные наблюдения. К ним относятся измерения глубины промерзания почвы (по мерзлотомеру) — об этом уже было рассказано, заметим лишь, что отсчеты по мерзлотомеру начинают проводить после даты перехода среднесуточной температуры воздуха через ноль градусов (осенью 2008 года это произошло 6 ноября). Кроме того, мы проводим наблюдения за отложениями слоя льда (на специальном гололедном станке), инеем и изморозью (по ледоскопу). Отложение измеряется по толщине слоя льда на проводах, а также по объему воды, получившейся от таяния отложения.

Гололедный станок

Ледоскоп с инеем

В программу работ также включены исследования твердых атмосферных осадков (их классификация в соответствии с указаниями Международной комиссии по льду и снегу, выяснение причин многообразия и наличия необычных форм).

Классификация твердых атмосферных осадков Международной комиссии по льду и снегу

Остальные измерения

Проводим наблюдения и за опасными атмосферными явлениями: шквалами, грозами, метелями, туманами, мглой и смогом, пыльными бурями.

Проводим наблюдения за оптическими явлениями: разнообразием гало — противосолнцем, паргелиями (это ложные солнца), глорией, гало Бугера, или белой радугой, «восточной зарей», или «тенью Земли», мечтаем увидеть зеленый луч, изумрудной вспышкой озаряющий небо после заката. Вот и лунную радугу (о существовании которой мы знаем еще из книги Аристотеля «Метеорологика») теоретически увидеть можно, но нам пока не удавалось.

За горизонтальной дальностью видимости мы наблюдаем по ориентирам, расстояния до которых известны, т. к. заранее определены.

Все наблюдения и измерения производятся в строгом соответствии с принятыми международными и отечественными нормами, установленными Всемирной метеорологической организацией и Росгидрометом.

Для автоматизированной обработки и логического контроля текущих данных метеорологических наблюдений, выпуска бюллетеня метеорологических наблюдений разрабатывается оригинальный комплекс пpогpаммного обеспечения «МС-ОГУ».

Программа регулярных наблюдений даст бесценные архивные и оперативные данные, позволяющие комплексно, во взаимосвязи одних показателей с другими, решать широкий круг научных и прикладных задач.

Хотелось бы обратить внимание на то, что учебная метеостанция может стать немаловажным звеном в российском МЧС в части обнаружения и предупреждения опасных и неблагоприятных погодных явлений (ураганных ветров и шквалов, сильных ливней и града, гололеда и др.), то есть являться надежным «часовым погоды», несущим вахту в северной части города Оренбурга. Такие предупреждения позволят снизить не только экономический ущерб от особо опасных метеоявлений, но и сберечь здоровье людей.

Данные МС нужны климатологам для изучения мезоклимата Оренбурга, оценки динамики климатических условий полумиллионного города. По этим данным могут разрабатываться рекомендации градостроителям и, конечно, службам жизнеобеспечения города.

Для измерения температуры воздуха применяют три термометра: психрометрический сухой (срочный), максимальный и минимальный. Для непрерывной регистрации температуры воздуха служат суточный и недельный термографы.

Срочный термометр ТМ-3, ртутный, с цилиндрическим резервуаром и ценой деления шкалы 0,2 или 0,5 0 С используют для измерения температуры воздуха и поверхности почвы в данный момент (срок).

Максимальный термометр ТМ-1, ртутный, служит для измерения наивысшей температуры воздуха и поверхности почвы за период между сроками наблюдений.

Максимальный термометр отличается от срочного тем, что в канал капилляра непосредственно около резервуара входит тонкий штифтик, впаянный в дно резервуара. В результате этого в месте сужения происходит разрыв ртути, и таким образом фиксируется максимальное значение температуры за данный промежуток времени.

Минимальный термометр ТМ-2, спиртовой, применяют для измерения самой низкой температуры воздуха и поверхности почвы за период между сроками наблюдений. Особенность устройства этого термометра заключается в том, что внутрь капилляра закладывается маленький из темного стекла штифтик.

При понижении температуры поверхностная пленка мениска движется в сторону резервуара и перемещает за собой штифтик. При повышении температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифтик. Последний остается на месте, указывая удаленным от резервуара концом минимальную температуру между сроками наблюдений.

Психрометрический термометр ТМ-4. Психрометрический сухой (срочный) термометр является частью прибора — станционного психрометра (психрометра Августа), который служит для измерения температуры и влажности воздуха.

Психрометрический сухой термометр — это абсолютный прибор для измерения температуры воздуха. Все остальные термометры и термограф — приборы относительные.

Устройство. Срочный термометр — это ртутный термометр с шаровидным резервуаром и ценой деления 0,2 °С. Инерция термометра в неподвижном воздухе составляет

5 мин. Термометр устанавливают в психрометрической будке в вертикальном положении. Для этого на верхнем конце стеклянной оболочки термометра укреплен при помощи сургуча металлический колпачок.

Психрометрическая будка БП-1. Температуру воздуха в метеорологии никогда не измеряют «на солнце». Ее измеряют внутри защитной психрометрической будки, которая защищает находя­щиеся внутри нее приборы от воздействия внешних факторов.

Устройство будки: стенки и дверца психрометрической будки представляют собой двойные жалюзи, расположенные под углом 45°к горизонтали на расстоянии 2,5см друг от друга. Будка изготовлена из дерева, окрашенного в белый цвет. Дверцу будки ориентируют на север (в северном полушарии, в южном –наоборот) и укрепляют на металлической подставке высотой 175см.

Для непрерывной записи изменений температуры воздуха за сутки или за неделю в метеорологии применяют самописцы — суточный и недельный термографы, они отличаются лишь угловой скоростью вращения барабана. Прибор представляет собой конструкцию из биметаллического датчика, передающей части и барабана с часовым механизмом и закрепленной на нем диа­граммной лентой. Вращаясь, барабан обеспечивает развертку температуры во времени — термограмму.

Приемной частью (датчиком) термографа является биметаллическая пластинка, состоящая из двух слоев разнородных металлов: инвара и стали, отличающихся друг от друга термическим коэффициентом линейного расширения. При изменении температуры воздуха биметаллическая пластинка сгибается или разгибается.

Передающий механизм термографа преобразует незначительные деформации датчика в значительный размах колебаний линии записи температуры на ленте. К свободному концу пластинки прикреплен рычаг, который тягой соединен с рычагом коленчатого вала. Вторым рычагом коленчатого вала является стрелка с пером, рисующим на ленте барабана термограмму. Перо заполняется анилиновыми чернилами с глицерином, они медленно высыхают и не замерзают при низких температурах.

Регистрирующая часть термографа — это стрелка с пером и барабан с лентой. Барабан имеет внизу шестеренку часового устройства. Сам барабан надевают на неподвижную ось, расположенную вертикально на плате прибора. Перед установкой ключом заводят пружину часового механизма до отказа, ленту плотно оборачивают вокруг барабана. Лента термографа имеет шкалу времени и три температурных шкалы. Цена деления по времени у суточных лент — 15 мин, у недельных — 2 ч.

Приборы для измерения температуры почвы.

На метеорологических станциях производятся измерения температуры поверхности почвы и до глубины 3,2 м.

На поверхности почвы температура определяется при помощи лежащих на ней стеклянно-жидкостных термометров: срочного, максимального и минимального. Термометры кладут на не затененной оголенной площадке размером 4 х 6 м. Весной ее перекапывают, разрыхляют, систематически ухаживают (пропалывают, рыхлят корку после дождя, убирают мусор). Установка термометров – резервуар и внешняя оболочка наполовину погружаются в почву. Резервуар к востоку, через каждые 5-6 см. Последовательность термометров: укладываются с севера к югу срочный, минимальный, максимальный. Зимой термометры кладут на поверхность снега.

Термометр–Щуп АМ–6 – это толуоловый термометр, заключенный в металлическую оправу с заостренным наконечником на нижнем его конце. Резервуар термометра, находящийся в наконечнике оправы, окружен металлическими опилками для большей чувствительности. В верхней части прорезь, через которую производится отсчет температуры по шкале. Цена деления –1°С . Наблюдения проводятся весной на полях под посев яровых культур на глубине 5-10 см (по два отсчета). На оправе нанесены деления, для определения глубина измерения почвы. Очищается от почвы насухо. Переносить только в вертикальном положении. Пределы измерений 0° — 60°.

2. Коленчатые термометры (Савинова) для измерения температуры почвы на глубинах 5,10,15,20 см, устанавливаются в теплый период года (после схода снежного покрова и до перехода температуры г/р 0°). Выступающие из земли части коленчатых термометров должны располагаться в ряд по нарастающим глубинам и направлены с В на З. Резервуары обращены на север, расстояние между ними – 10 см. Выпускаются комплектом – 4 шт. Цена деления 0,5°, пределы измерений от –10° до +50°. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°.

3.Вытяжные термометры (ТПВ – 50) устанавливаются на метеорологической площадке с естественным покровом. Трубы располагаются в один ряд через 50 см. по возрастающей глубине с В на З. Глубина: 40,80,120,240,320 см. Чтобы при наблюдениях не нарушать естественный покров делается откидной помост с севера + лесенка. Установка – бурится скважина, в нее устанавливается трубка, в нее вставляется термометр.

Термометр – ртутный, метеорологический почвенно-глубинный цена деления 0,2° диапазон измерений от –20° до +41°.

Устройство: термометр помещен в оправу. В оправе вокруг резервуара насыпают медные опилки, – они обеспечивают хороший тепловой контакт, оправа с термометром укреплена на деревянном шесте (длинна 40,80…320 см). Деревянный шест с укрепленным термометром опускается в эбонитовую трубку на нужную глубину.

4. АМ – 2 М, АМ –29 — это термометры сопротивления, Принцип действия — зависимость электрического сопротивления (проводимости) различных материалов от температуры. В схеме используются проволочные и полупроводниковые терморезисторы. Используются для измерения температуры почвы на глубине залегания узла кущения озимых культур и корневой шейки многолетних трав (3см). Состоит из 1) измерительного пульта; 2) комплект датчиков. Датчик состоит из проволочного медного терморезистора и соединен кабелем с вилкой. Точность –1°С. Пульт – переносной. Источником электрического питания прибора является батарея сухих элементов, вделанная в корпус пульта. Для установки датчика в поле в почве выкапывается канавка глубиной 3 см шириной 5-8 см, длинной 1,5 м. В углубление на глубину 3 см вставляется приемная часть датчика. Подключение датчика к пульту осуществляется при помощи штепсельной вилки и розетки. Пределы измерений — 30°…+45°. Пульт хранится в помещении.

ТЭТ – 2, ТЭЦ – 2 – термометры термотранзисторные, они состоят из: измерительного блока и датчиков, присоединенных к измерительному блоку. Блок помещен в пластмассовый корпус, на котором есть экран отчетного устройства и разъемы для подключения датчиков. Датчик – выполнен в металлическом корпусе и с помощью кабеля соединен с измерительным блоком. Датчиков может быть 2…10. В качестве датчиков температуры используются транзисторы типа МГТ – 108 г.

АМ–17 (термометр манометрический максимально – минимальный) пределы измерений –35°… +35°. Используется для измерения температуры почвы на глубине залегания узла кущения озимых культур (3см). По АМ-17 наблюдают срочную, максимальную и минимальную температуру. Устройство: термобалон соединен с геликоидальной манометрической пружиной. На зачерненном барабане стрелка с пером чертит график изменения температуры. Все в корпусе под крышкой. Принцип действия: при изменении температуры датчика пружина раскручивается и пером на стрелке на поверхности барабана прочерчивается дуга. Крайние точки дуги показывают экстремальные температуры. Левый — минимальный, правый – максимальный, поперечная черта – срочная. Температура. Сам прибор устанавливается на метплощадке на вертикальном деревянном столбике, закрепляют, а датчик укладывают в почву на глубину 3 см и засыпают землей. Установка проводится до промерзания верхнего слоя почвы.

Коробка Низенькова — это минимальный термометр в металлической коробке помещается в почве на глубину 3 см. Все наблюдения за температурой на узле кущения помещаются в специальной книжке -КСХ – 2 (м).

Задание к занятию.

Задание 1.Провести наблюдения по максимальному и минимальному термометрам и записать в таблицу.

1.1 отсчитать показания максимального термометра (до встряхивания).

1.2 встряхнуть максимальный термометр

1.3 отсчитать показания максимального термометра после встряхивания

1.4 отсчитать показания мениска спирта минимального термометра (спирт)

1.5 отсчитать показания правого конца штифта (штифт)