个人总结,仅供参考如果哪位同学发现错误,请及时在群内发消息通知大家修改我们共同学习,共同进步!1.什么是温度?温标?常用温标有哪几种?绝对温标是如何确定的?它与经验温标如何换算?答:温度:从宏观上讲,温度是反映物体冷热程度的一个物理量;从微观上讲,温度是描述大量分子运动平均动能的一个物理量,也就是说它反映了大量分子无规则运动的剧烈程度温标:为了定量地表示温度,而选定的一个衡量温度的标尺常用温标有:开尔文温标(绝对温标)(K);摄氏温标 (℃);华氏温标(F)绝对温标的确定:用单一固定点来定义,规定水的三相点为273.16K,用T表示换标公式为:K——C换算:;C——F换算:;K——F换算:;2.地温测量有哪些项目,主要的测量仪器有哪些,各有何特点?答:地温包括下垫面温度和不同深度土壤温度(浅层地温和深层地温)下垫面温度:地面温度、草温(雪温)、地面最高温度、地面最低温度浅层地温:离地面以下5、10、15、20cm深度的温度深层地温:离地面以下40、80、160、320cm深度的温度目前我国均以摄氏度(℃)为单位记录,取一位小数主要的观测仪器:人工站:玻璃液体地温表自动站:铂电阻地温传感器仪器的特点:曲管地温表与其他的普通温度表在结构和原理上基本相同;不同点是表身下部伸长,长度不一,并且在感应部分上端弯折,与表身成135°夹角。
铂电阻地温传感器的原理与铂电阻气温传感器相同,不同点在于测量土壤温度的传感器外形较粗,时间常数较大 3.试述玻璃液体温度表的测温原理,并比较水银与酒精温度表的优缺点答:玻璃液体温度表是利用装在玻璃容器中的测温液体随温度改变引起的体积膨胀,从液柱位置的变化来测定温度的,由于玻璃球内的液体的热膨胀系数远大于玻璃,当温度升高时,液体柱升高,反之下降液柱的高度即指示温度的数值优缺点:水银不沾湿玻璃,不易变质,易得到纯度高的,但经济成本高;酒精容易沾湿玻璃,易变质,不易制取纯度高的,但经济成本低4.最高和最低温度表的构造与性能有何不同?答:最高温度表:毛细管较细,液体为水银在玻璃球部焊有一根玻璃针,其顶端伸至毛细管的末端,使球部与毛细管之间的通道形成一个极小的狭缝升温时,球部水银膨胀,水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数,水银被挤进毛细管内;但在降温时,毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部,水银柱在此中断因此,水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度 最低温度表:毛细管较粗,内装透明的酒精,游标悬浮在毛细管中,观测时将游标调整到酒精柱的顶端,然后将温度表平放升温时,酒精从游标和毛细管之间的狭缝过,游标不动;温度下降时,液柱顶端表面张力使游标向球部方向移动,因此,游标指示的温度只降不升,远离球部的一端将指示出一定时段的最低温度。
5.双金属片测温原理是什么?试从测温公式讨论如何提高双金属片的测温灵敏度?答:双金属片是将两种膨胀系数不同的金属片焊接在一起如果膨胀系数大的金属片在下面,膨胀系数小的金属片在上面,当温度升高时,双金属片将成凹形,温度降低时成凸形,随着温度的变化,双金属片的曲率也就随之变化,这样就可利用双金属片曲率随温度变化的特性来测量温度由双金属片的测温原理可得公式:;式中L是双金属片的弧线总长度; h1和h2为两种金属片的厚度;为两种金属片的热膨胀系数;A为一常数,取决于两种金属杨氏模量的比值; 为弧线角的函数由此可知,如需元件的灵敏度提高,则要求L长、h1和h2薄、金属片的曲率小、h1=h2,还要使的比值较大6.热电偶测温原理是什么?测温方法主要有哪两种? 答:将两个不同的金属导体,连接成一个闭合回路由于不同导体的自由电子密度不同,在接触处就会发生电子的扩散,若两端接触点的温度不同,就会产生温差电动势,回路中就有电流产生接触点的温差越大,回路中电动势也就越大,这种现象叫热电现象利用这种原理进行温度测量的仪器称热电偶温度表测温方法主要有:一种是测定热电偶回路中温差电动势的电位计法;另一种是测定热电偶回路中电流的检流计法。
7.金属电阻温度表与热敏电阻温度表的测温特性有何不同?答:金属导体电阻的阻值随温度的升高而增大;半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,因此它具有负温度系数这是因为当温度升高时,半导体内载流子受热激发,使载流子浓度大大增加,从而使半导体电阻值急剧下降8.常用的金属电阻温度表使用的金属是哪一种,为什么?答:气象上,常用于测温的金属电阻材料是铂因为铂电阻的性能稳定,电阻率大,易于提纯,而且电阻与温度的线性关系较好,工艺性能也好,可以加工成极细的铂丝,常用来制作标准温度表9.试述用平衡电桥法和不平衡电桥法测量温度有什么不同?各有哪些优缺点?答:平衡电桥法:将电阻温度表的电阻Rt作为电桥的一个臂,R1 和为R2为固定电阻,R3为可变电阻当电桥平衡时当温度发生变化时,Rt就有变化,使电桥平衡被破坏,此时调节R3,使电桥重新恢复平衡状态可见Rt随温度的变化仅对应于R3,故我们只需将R3的变化刻成温度刻度,便可用平衡电桥直接测出温度来平衡电桥法的一个缺点是:每次测量时,都必须调整电桥的平衡,因此不能用于测量迅速变化的温度脉动对于温度的脉动变化,要用不平衡电桥法来测量 不平衡电桥法:将电阻温度表的电阻Rt仍作为电桥的一个臂,R1、R2和R3都是固定电阻。
当Rt变化时,由于D、B两点电压不等,电流表G中就会有电流Ig通过,其数值为 式中E为电源电压,Rg为电流表内阻由于式中除Rt外,其余全是固定电阻,因此,当E一定时,Ig只与Rt有关,也就是说Ig的大小仅与温度变化有关故我们只需将电流表按温度数值刻度,便可用不平衡电桥直接测出温度来 不平衡电桥法的缺点是:为了使Ig与Rt成线性关系,必须先保持电压不变即稳定性的要求高,而且电流计的灵敏度要求高这些都是不平衡电桥法的缺点10.什么叫测温仪器的热滞现象?热滞系数值大小与哪些因素有关?怎样理解热滞系数的定义?答:温度表在与被测介质接触后,如果两者温度不同,就要产生热量交换,以逐渐趋于热平衡状态但是进行热量交换,建立热平衡需要一定的时间,温度表反映出介质的温度变化,总是 落后于实际变化的, 温度表的这种性质称为热惯性或热滞现象热滞系数公式λ=mc/hs,mc为温度表热容量;h为温度表与介质的热交换系数;s是实现热量交换作用的温度表的表面积可知热滞系数值的大小和热交换系数h,实现热量交换作用的温度表的表面积s,以及温度表在单位时间内吸收损失的热量和介质温度有关热滞系数λ的物理意义为:当介质温度保持不变时,温度表示度和介质温度之差t-θ减小到起始温度差t0-θ的1/e,即减小到起始温差的37%时所需要的时间。
11.温度表在介质温度保持不变、呈线性变化或周期性变化时,其热滞误差各有何特点?答:介质温度保持不变时的热滞误差:λ意义为当介质温度保持不变,温度表示度和介质温度之差,减小到起始温差的37%时所需要的时间介质温度呈线性变化时的热滞误差: ,当τ/λ>5 ,即感应时间远大于热滞系数λ时,上式简化为t-θ=-βλ,说明t-θ为一常数,且βλ的乘积越大,热滞误差越大;β为正时,t<θ,即仪器温度示度偏低,β为负时,t>θ,即仪器温度示度偏高介质温度呈周期性变化时的热滞误差:(1)温度表示度也呈周期性变化,其周期也是T(2)温度表示度的振辐小于介质温度的振辐,为介质振辐的(3)温度表示度有位相落后,其落后相角为 从以上分析可以看出,只有当T>>λ时,示度的变化才能充分接近实际温度的变化12、为什么说测温仪器的滞后性能使仪器对温度具有自动平均的能力?测温仪器的热惯性系数是越小越好呢?还是越大越好?答:由于仪器的热滞现象,使得高频率的温度振动不能被反映出来,这就是说测温仪器具有自动平均能力,且测温元件的热滞系数愈大,其自动平均能力也愈强;与仪器的使用需求有关13、为什么地表温度的测量要比空气温度的测量复杂?答:1.地表面及贴地层的温度梯度往往很大,要使传感器只与土壤表面进行热交换,而不受地表面以下土壤或贴地层空气的影响是不可能的;2.防辐射问题不能用遮蔽阳光的方法;3.即使同一块地面(裸地),由于地表不同部位的物理、化学性能的差别以及平整度和土壤颗粒大小不同,测出来的温度也会有较大的差别。
14.草温和雪温的测量各有何特点?答:草面(或雪面)温度传感器仍使用铂电阻传感器在冬季,当有降雪但未掩没草层时,继续进行草温观测当积雪掩没草层时,将传感器置于原来位置的雪面上,一半埋在雪中,一半露出雪面,这时测量雪面温度观测雪面温度时,如雪层发生变化,应在巡视时将传感器重新置于雪面上积雪融化后,继续观测草温草温和雪温观测的切换应在20 时进行15.防辐射罩的作用是什么? 答:轻便防辐射罩是利用自然通风的防辐射装置其结构简单,罩的上板为伞形金属薄板,下板为金属平板与伞板相连,金属板外测镀铬具有良好反射率,向内的一面涂黑,以便吸收罩内层的辐射,使其不能反射到传感器上两块金属板之间嵌有两块透明的有机玻璃,传感器就安置在它们之间的夹层中,板的作用是为了隔绝金属板上的热对流16.在自然条件下进行气温的测定存在的主要问题是什么? 怎样解决?答:由于太阳的直接辐射、地面的反射辐射等的影响,会使测温元件的表示度与实际气温存在差异在白 天强日射的情况下,将使元件温度高于气温,导致较大的辐射误差消除和减小辐射误差,是气温测量中的关键问题;使用防辐射设备:百叶箱、通风干湿表、防辐射罩17.防止温度测量中辐射误差的途径有那些?答:防止温度测量中辐射误差的途径有那些? 解答:防止温度测量中辐射误差的途径有:(1)屏蔽,使太阳辐射和地面辐射不能直接照射到测温元件上。
2)增加元件的反射率,使到达元件表面的短波辐射绝大部分被反射掉3)人工通风,促进元件与空气之间的热交换,减小两者之间的温差4)采用极细的金属丝元件,减小元件的热容量,有利于热交换18.一个测温元件的热惯性系数λ=50秒,当时它与介质的温度差为10℃,若要求读数精确到0.1℃(即测温仪器的示度与介质的温度之差小于0.1℃),则需要的感应时间为多长?答:因为λ=50s, t0-θ=10℃,若使测温误差小于0.1℃,则温度表感应时间至少需要:=50*ln(10/0.1) =50* 4.6051701859881≈250s19.一个测温元件,当时它与介质的温度差为10℃,若要求读数精确到0.1℃,它需要的感应时间为460秒,问这个测温元件的热惯性系数是多少?答:因为τ=460s,t-θ=0.1℃,t0-θ=10℃,则由公式 可得λ=τ/ln[(t0-θ)/( t-θ)]= τ/ln[(t0-θ)/(t-θ)]=460/ln100=460/4.6051701859881≈10s20.在高空大气探测中,设温度的铅直递减率为dθ/dz=0.065℃/米,探空仪的上升速度为dz/dt=6米/秒(相当于气球升速400米/分),若测温元件的热惯性系数为λ=50秒,试求出测温仪器的热惯性误差。
答:介质温度呈线性变化时: 式中 是介质温度的变化率,是一个常数 因为 =(dθ/dz)*( dz/dt),设初始条件τ=0时,t=t0 =θ0 ,则 当τ/λ>5 ,即感应时间远大于热滞系数λ时,上式简化为t-θ=-βλ,推出t-θ=-(dθ/dz)*( dz/dt)λ,t-θ=-0.065*6*50=-19.5s。