Засоби і методи метеорологічних вимірювань.

Засоби вимірювань, які застосовуються для визначення значень метеорологічних величин, називають метеорологічними. Метеорологічні вимірювання основуються головним чином на фізичних методах. Останнім часом розвиваються також хімічні методи дослідження атмосфери. Метеорологічні засоби вимірювання дуже різноманітні з призначення, принципу дії і будови. Поряд з вимірювальними системами 1, складними установками 2 і приладами 3 застосовуються дуже прості з будови установки і прилади. Вимірювальний прилад повинен вироблювати зорові сприйнятливі (спостерігачем) сигнали вимірювальної інформації. За формою виданих сигналів вимірювальні прилади ділять на аналогові, які дають безперервні значення вимірюваної величини, і цифрові, що вироблюють дискретні значення у вигляді сигналів в цифровій формі. Показні вимірювальні прилади забезпечують тільки можливість відліків показань, реєструючі прилади забезпечують крім того запис показань (цифродруковані і самопишучі вимірювальні прилади). Прийняті назви конкретних метеорологічних приладів визначаються вимірюваною ними величиною (або об’єктом вимірювання), причому назва показних приладів має закінчення «метр» або «мір» (наприклад, барометр, дощомір), реєструючі – «граф» (барограф). Зустрічаються також назви з двох слів (наприклад, вимірювач тиску, вказівник напрямку, реєстратор тиску).

Кожний вимірювальний прилад складається з декількох елементів, які виконують послідовне перетворення вимірюваної величини в зоровий сприйнятливий сигнал або сигнал, що сприймається реєструючим пристроєм.

Таблиця 1.1 - Метеорологічні елементи і вимірювані (обчислені) величини

Метеорологічний елемент	Вимірювана (обчислена) характеристика	Одиниця вимірювання, оцінка характеристики
Найменування	Позначення
Температура повітря	Температура (поточна, екстремальна) Градієнти температури	Градус Цельсія, кельвін Градус на метр, кельвін на метр	ºС, К ºС/м, К/м
-//- води	-//-	-//-	-//-
-//- ґрунту	-//-	-//-	-//-
Атмосферний тиск	Тиск	Паскаль, мілібар, міліметр ртутного стовпа	Па, мбар, мм.рт.ст.
Барична тенденція	Зміна тиску за 3 години	Мілібар на 3 години	Мбар/3 год
Вологість повітря	Парціальний тиск водяної пари	Паскаль	Па
Відносна вологість	Процент	%
Точка роси	Градус Цельсія	ºС
Вітер	Швидкість (миттєві, середні і максимальні значення)	Метр за секунду, бал	м/с, бал
Напрямок	Градус дуги, румби	º; С, В, Ю, З
Опади	Кількість (товщина шару води, що випала, на горизонтальну поверхню)	Міліметри	Мм
Вид (тверді, рідинні)	Позначення по коду
Інтенсивність	Міліметр за хвилину	Мм/хв
Тривалість (початок, кінець)	Години, хвилини	Год, хв
Сніговий покрив	Щільність	Грам на кубічний сантиметр	г/см^3
Запас води (товщина шару води, що утворилася при повному таненні снігу)	Міліметр	Мм
Висота	Сантиметр	См

Продовження табл.1.1

Ожеледиця	Густина	Грам на кубічний сантиметр	г/см^3
Кількість льоду, який осаджується на погонний метр дроту	Грам на метр	г/м
Роса	Кількість (товщина шару води на Горизонтальну поверхню)	Міліметр	Мм
Час випадання і випаровування	Години, хвилини	Год, хв.
Випаровування з ґрунту, з водяної поверхні	Кількість (товщина шару випаровуваної води)	Міліметр	Мм
Хмарність	Кількість	В балах (за 10-ти бальною системою)	Бал
Висота нижньої і верхньої меж	Метри	М
Форма	По Атласу хмар
Видимість	Прозорість атмосфери	Процент	%
Метеорологічна дальність видимості	Метр, кілометр	М, км
Туман	Інтенсивність	По настанові
Тривалість	Години, хвилини	Год, хв
Гроза	Інтенсивність	Число розрядів	-
	Тривалість	Години, хвилини	Год, хв
Пряма сонячна радіація	Тривалість сонячного сяйва	Години, хвилини	Год, хв
Енергетична освітленість	Ватт на квадратний метр, калорія за хвилину на квадратний сантиметр	Вт/м^2, кал/(хв·см^2)
Доза опромінення	Джоуль на квадратний сантиметр, калорія на квадратний сантиметр	Дж/см^2, Кал/см^2
Сумарна, розсіяна, відбита, залишкова (баланс) сонячна радіація	Енергетична освітленість	Ватт на квадратний метр, калорія за хвилину на квадратний сантиметр	Вт/м^2, кал/(хв·см^2)
Доза опромінення	Джоуль на квадратний сантиметр, калорія на квадратний сантиметр	Дж/см^2, Кал/см^2

Продовження табл.1.1

Довгохвильова радіація атмосфери	Доза опромінення (за годину, добу, декаду, місяць, рік)	Джоуль на квадратний сантиметр, калорія на квадратний сантиметр	Дж/см^2, Кал/см^2
Енергетична освітленість	Ватт на квадратний метр, калорія за хвилину на квадратний сантиметр	Вт/м^2, кал/(хв·см^2)
Напруженість електричного поля атмосфери	Напруженість електричного поля	Вольт на метр	В/м
Провідність атмосфери	Електропровідність	Сименс на метр	Си/м
Радіоактивність повітря	Радіоактивність	Кюрі	Ки
-//- води	Концентрація розчину речовини	Кюрі на метр, кюрі на кубічний метр	Ки/м, Ки/м^3
-//- поверхні ґрунту	Густина випадань	Кюрі на квадратний метр, кюрі на квадратний кілометр	Ки/м^2, Ки/км^2
-//- снігового покрову	Доза опромінення	Рентген	Р
-//- опадів	Потужність дози опромінення	Рентген за секунду	Р/с
Забруднення атмосфери	Концентрація забруднюючих речовин в повітрі	Міліграм на кубічний метр	Мг/м^3
Вміст хімічних речовин в опадах	Концентрація речовин	Міліграм на літр	Мг/л

Структура приладу місцевої дії, яка містить три вимірювально-перетворювальних елементи, наведена на рис.1.1.

	Первинний перетворювач		Вказівний (реєструючий) пристрій
		Проміжні перетворювачі

вхідна вихідна

величина величина

Рисунок 1.1 - Структурна схема приладу місцевої дії

Первинний перетворювач (чутливий елемент) сприймає вплив деякої фізичної величини і перетворює її на іншу величину, яка сприймається проміжним перетворювачем. Останній в свою чергу перетворює її на величину, що сприймається наступним перетворювачем, який безпосередньо зв’язаний з вказівним або реєструючим пристроєм, і дає вихідну величину. Більшість метеорологічних приладів і установок, особливо дистанційної дії, мають більш складну структуру.

Прилади і установки дистанційної дії, на відміну від приладів місцевої дії, дозволяють отримувати результати вимірювань на значних відстанях.

В пункті (точці) вимірювання установлюється датчик, який через канал зв’язку підключається до віддаленого від нього на ту чи іншу відстань приймального пристрою. В дистанційному приладі процес вимірювання складається з великої кількості операцій перетворення вимірюваної величини на проміжні. Первинний перетворювач датчика (рис.1.2) сприймає вимірювану величину і за допомогою інших перетворювачів послідовно перетворює її в величину, придатну для передачі по каналах зв’язку в приймальний пристрій. Перетворювач приймального пристрою перетворює одержану від датчика величину в іншу, яка сприймається вказівним (реєструючим) пристроєм.

Перетворення вимірюваних метеорологічних неелектричних величин на електричні потребує електричних джерел живлення, які містяться в сучасних приладах і установках.

В залежності від призначення, принципу дії і конструкції приладу він може мати різну кількість перетворювачів різного функціонального призначення. Але головним чином первинний перетворювач (чутливий елемент) визначає фізичний принцип дії приладу. Вибрана як вихідна величина чутливого елемента, яка характеризує його стан, повинна бути в однозначній функціональній залежності від вимірюваної величини.

Датчик Приймальний пристрій

Первинний

вхідна

величина

Передавальний

Перетворювачі

Лінія зв’язку

Рисунок1.2 - Структурна схема дистанційного приладу

Середовище, в якому проводяться метеорологічні вимірювання (наприклад, атмосфера) є складною фізичною системою. Вона характеризується багатьма фізичними величинами. Тому прилад (його перетворювачі і елементи) виявляються під впливом не тільки вимірюваної, але й інших величин, що може вплинути на результат вимірювання. Величину, вплив якої відчувається на результатах вимірювання, називають впливовою величиною.

Вплив таких величин на показання приладу виключають додатковими пристроями або враховують під час отримання результату вимірювань шляхом приведення його до нормальним умов (при нормальних значеннях впливових величин, установлених для даного виду приладів стандартом або іншими нормативними документами).

Таким чином, метеорологічні прилади, сприймаючи вплив вимірюваної метеорологічної величини (наприклад, атмосферний тиск), повинні видавати значення цієї величини в прийнятих для її вимірювання одиницях (наприклад, мбар) або в умовних одиницях. В останньому випадку для отримання кінцевого результату вимірювання необхідно виконати деякі обчислення.

Дата добавления: 2015-10-13