Измерители температуры поверхности и поверхностного слоя воды.

Под температурой поверхностного слоя понимается температура верхнего слоя морской воды толщиной не более 1 м в месте измерения, принимаемая за среднюю в этом слое и условно распространяемая на ближайшую акваторию. Температуру поверхностного слоя следует отличать от температуры поверхности моря (океана), под которой понимается температура тонкого поверхностного слоя морской воды толщиной от нескольких микрон до 1-2 см. Температура поверхности моря может отличаться от температуры поверхностного слоя на 1-3 °С. Вследствие испарения она обычно ниже температуры поверхностного слоя.

В настоящее время в океанологической практике для измерения ТПМ (ТПО) используются в основном лишь неконтактные методы (ИК- и СВЧ-радиометры). ИК-радиометры используют естественное (тепловое) излучение водной поверхности.

Фундаментальной основой при рассмотрении теплового излучения является понятие об абсолютно черном теле (АЧТ) ‑ теле, поглощающем все падающее на него излучение любых длин волн. Спектральное распределение излучения АЧТ описывается законом Планка.

Анализ спектрального распределения излучения АЧТ позволяет сделать вывод, что лучистый поток, излучаемый АЧТ, быстро возрастает с ростом температуры.

Рассчитав излучение АЧТ при температуре от 240 до 300 К, температурах экстремальных состояний океанологических объектов (-33...27 °С), получим, что максимальная плотность излучения будет лежать в пределах длин волн 9,5-12,1 мкм. Свыше 99 % плотности излучения приходится на спектральную область 4-40 мкм, а в диапазоне 8-13 мкм сосредоточено 35% всей плотности излучения.

Формирование теплового излучения моря происходит в тонком поверхностном слое, толщина которого в диапазоне 8-14 мкм составляет около 0,02 мкм.

Инфракрасные измерительные приборы регистрируют спектральную плотность излучения и носят название инфракрасных радиометров. Принцип получения данных о ТПО по результатам измерения спектральной плотности излучения основывается на использовании законов теплового излучения. Простая и очевидная связь температуры излучающей поверхности и интегральной спектральной плотности вытекает из использования законов Стефана-Больцмана, Ламберта, Кирхгофа.

Радиационный поток от водной поверхности попадает в ИК-радиометр через входное отверстие, закрытое светофильтром, прозрачным для ИК-излучения в пределах рабочего интервала длин волн, и фокусируется зеркальным объективом на приемник излучения. Электрический сигнал от приемника излучения, пропорциональный радиационному потоку, подается в блок усиления и преобразования, после чего попадает на регистратор. Для повышения точности ИК-радиометр снабжается опорным источником для сравнения возникающего сигнала с сигналом от водной поверхности. Для этого используется макет АЧТ в виде, например, полости конической формы, зачерненной внутри. Температура макета АЧТ регулируется и измеряется термосопротивлением. Излучение от водной поверхности и от опорного источника попеременно с помощью модулятора направляется на приемник излучения. В качестве подобного модулятора может использоваться зеркальный диск с прорезями, вращаемый электродвигателем. Перед макетом АЧТ на пути потока излучения ставится светофильтр.

Измерение температуры поверхностного слоя воды (глубина до 1 м) может производиться различными типами измерителей. Ее можно измерить обыкновенным ртутным термометром прямо за бортом или в пробе воды, зачерпнутой ведром. Термометр в специальной оправе ОТ-51. Оправа служит для увеличения постоянной времени термометра после подъема его на палубу.

Для измерения пространственного распределения температуры воды в поверхностном и приповерхностном слоях на ходу судна используются различные буксируемые устройства. Простейшим из буксируемых приборов является термометр сопротивления, буксируемый на кабель-тросе в поверхностном слое воды. Примером такого типа устройств может служить буксируемая система ВМС США. ПИП температуры воды данного устройства в виде платинового ПТС в стальном корпусе с небольшим вертикальным стабилизатором для ориентации по потоку с диапазоном измерений -5...30 ºС и погрешностью измерений ±0,015 °С вмонтирован в кабель-трос.

Глубоководные опрокидывающиеся термометры. Они состоят из основного и вспомогательного термометров, заключенных в общую стеклянную оболочку, предназначенную для предохранения термометров от внешнего давления.

Основной термометр, служащий для измерения температуры воды на горизонте наблюдений, состоит из резервуара с ртутью и прикрепленного к нему толстостенного капилляра с нанесенной на него шкалой. Пространство между резервуаром и стеклянной оболочкой для увеличения теплопроводности заполнено ртутью, отделенной от остальной части термометра пробкой, служащей одновременно и для крепления термометра. Капилляр на некотором расстоянии от резервуара имеет сужение и специальное ответвление (глухой отросток), предназначенное для обрыва ртути при опрокидывании термометра и фиксации определенного ее объема, соответствующего измеренной температуре. Вслед за отростком капиллярная трубка завернута петлей для приема излишка ртути. С противоположной стороны капилляр заканчивается приемником, который при опрокидывании термометра заполняется полностью.

Вспомогательный термометр, вмонтированный в опрокинутом положении относительно основного, служит для измерения температуры внутри стеклянного баллона в момент производства отсчета, что позволяет внести поправку в показания основного термометра на изменение температуры окружающей среды (редукционная поправка).

Если в глубоководном опрокидывающемся термометре разгерметизировать наружный стеклянный кожух в его нижней части со стороны резервуара основного термометра, то в таком незащищенном от давления термометре длина столбика ртути в капилляре будет изменяться не только под влиянием температуры, но и в результате меняющегося гидростатического давления. Такое устройство получило название термометр глубомер ТГМ. В конструкции ТГМ предусмотрено отверстие в его верхней части для стока воды, а резервуар его основного термометра отогнут и располагается вдоль капилляра для уменьшения общей длины глубомера. Одновременно с ТГМ на ту же глубину опускается обычный глубоководный термометр.

Отсчет по глубоководному термометру дает истинную температуру воды на данном горизонте, а отсчет по ТГМ искажен влиянием давления, поэтому значение последнего может быть рассчитано по разности показаний обоих термометров.

Глубоководный опрокидывающийся термометр RPV 4002 и глубомеры PRM 2000, 6000, 10000. Это не привычные стеклянные ртутные термометры, а миниатюрные электронные измерители, выполненные в стандартных габаритах для крепления их в обычной двухпенальной раме батометра. Показания датчика высвечиваются, на пятиразрядном LCD-табло, аналогичном применяемому в наручных часах. Двух литиевых элементов питания от обычных наручных часов хватает на 2700 измерений. Высокая временная стабильность (уход составляет 0,00025 °С в месяц) позволяет с помощью этих устройств проводить метрологическую поверку СТД-систем даже непосредственно в экспедициях.

Батитермограф ГМ-9-ΙΙΙ состоит из термоблока, регистрирующего устройства и батиблока, соединенных вместе с помощью корпуса прибора (соединительной гильзы). Термоблок предназначен для регистрации температуры, а батиблок показывает глубину. Движение этих двух блоков комбинируется в одно движение пера, записывающего на пластинке из стекла со специальным покрытием изменение температуры в зависимости от глубины. Таким образом получают температурную кривую от поверхности до глубины 200 м. Прибор предназначен для зондирования верхнего слоя океана с судна, лежащего в дрейфе, стоящего на якоре или на ходу судна.

Теряемые батитермографы (ХВТ).

Преимуществом использования подобных систем является возможность проведения измерений на ходу судна.

В состав теряемых зондов входят: сами зонды; бортовой блок, состоящий из персонального компьютера со специализированным программным обеспечением; ручное или палубное стационарное метательное устройство. Зонды в виде обтекаемого корпуса состоят из измерительного блока, пенала и катушки с сигнальным кабелем. Последний через метательное устройство, в котором устанавливается вторая катушка с кабелем, связывает погружаемый зонд с бортовым блоком. В настоящее время большое распространение получили теряемые термозонды типа Т-5 и Т-7 «Deep Blue».

Среди отечественных приборов имеется измеритель, схожий с зарубежными аналогичными образцами, ‑ термозонд обрывной. В основном он используется при проведении океанографических работ на судах Главного управления навигации и океанографии Министерства обороны.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: