Старая версия

Особенности измерения температуры воздуха

Особенности измерения температуры воздуха © Getty Images

Температура воздуха является, пожалуй, наиболее важной характеристикой состояния погоды и занимает ключевую роль во многих сферах жизнедеятельности человека. Однако, её способы и средства измерения достаточно разнообразны.


Температура воздуха представляет собой меру кинетической энергии молекул газа. Попросту говоря, чем быстрее двигаются молекулы, тем значение температуры выше. И хотя первые приборы для определения температуры – термометры, появились несколько веков назад, но даже в наше время существует масса трудностей, связанных с точностью проводимых измерений. Термометры, которые у многих установлены на оконных рамах или автомобильные датчики не показывает реальную температуру воздуха. Они показывает температуру воздуха вокруг здания или автомобиля. Измерить реальную приземную температуру воздуха очень сложно. В этом деле существует множество факторов, которые следует учитывать.

Согласно общепринятым стандартным нормам, которые утверждены Всемирной метеорологической организацией (ВМО), истинная температура приземного воздуха измеряется на высоте 2 метра от поверхности земли и обязательно в тени! Уровень в 2 метра выбран не случайно, ведь именно на данной высоте обычно проходит жизнь и деятельность человека (если не брать во внимание здания). Земная атмосфера так устроена, что всегда существует вертикальный температурный градиент. Это значит, что температура на уровне первого этажа здания всегда будет отличаться от температуры на 10 или 15 этаже. Иногда различия могут достигать 5 – 7 градусов! Поэтому, что бы привести все измерения к единому «знаменателю», то условились их проводить на уровне 2 метра, хотя в некоторых странах существуют незначительные отклонения от данного уровня: 1,5 и 1,75 метра.

В наши дни существует огромное разнообразие бытовых и профессиональных термометров. Принцип из действия, в основном, построен на четырёх основных механизмах:

  1. Термометры, в которых чувствительным элементом выступает термометрическая жидкость (обычно это спирт или толуол). При изменениях температуры меняется объём жидкости в стеклянной трубке и по нанесённой шкале можно фиксировать данные изменения. Это наиболее распространённый тип, который в том числе применятся и на профессиональных метеостанциях. Однако, точность таких термометров зависит от состава жидкости, производителя, назначения и т.д. К примеру, на метеостанциях используются ртутные психрометрические термометры (ТМ-4), а также спиртовые низкоградусные (ТМ-9). Их цена наиболее высокая, но зато и точность измерения с наиболее низкой погрешностью.
  2. Биметаллические (механические) термометры. Их принцип работы построен на изменении коэффициента расширения металла в зависимости от изменений температуры. Чувствительным элементом таких термометров является металлическая спираль или лента из биметалла. На метеостанциях по их принципу работают термографы – приборы для регистрации температуры воздуха, которые позволяют фиксировать изменения температуры непрерывно во времени.
  3. Электронные термометры. Они получили наибольшее распространение и популярность в последние годы. Их принцип работы основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электронные термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры). Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику.
  4. Оптические термометры (бесконтактные). Данный класс менее распространён, и обычно применяется в узкопрофильных целях – медицине, науке, строительстве и т.д. Такие термометры способны регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров. К примеру, инфракрасный термометр отлично подходит для измерения температуры вулканической лавы при извержениях, либо для быстрого определения температуры отдельных объектов.

Какой бы термометр вы не выбрали, недостаточно просто его купить. Необходимо ещё выбрать наиболее оптимальное место для установки. Зачастую на уличный термометр действует множество факторов, которые искажают его показания. Зимой – это тепловое излучение здания, открытые окна, системы отопления и т.д. Все эти факторы завышают температуру в зимнее время, особенно в многоэтажках. Летом – это солнечное излучение, излучение здания и антропогенные (человеческие) источники тепла или холода. Автомобильные датчики также часто завышают температуру, особенно у машин с тёмным корпусом. На измерение температуры влияет и рельеф местности. Даже небольшой овраг, либо близость водоёма может снизить температуру на несколько градусов.

Чтобы свести к минимуму эти факторы, была придумана метеорологическая будка. Её конструкция впервые была предложена в 1864 году шотландским инженером Томасом Стивенсоном. Она защищает термометры от действия атмосферных осадков, прямых солнечных лучей и порывов ветра. Устанавливается на высоте 2-х метров над уровнем поверхности и свободно продувается со всем сторон. Параметры метеобудки регулируется ГОСТом 14211-79 «Будки защитные жалюзийные для метеорологических приборов. Общие технические условия». Наследие прошлых лет всё ещё продолжает служит верой и правдой, ведь тысячи метеостанций разрабатывались по этой стандарту.

Как правило, будки красят в белый цвет, чтобы уменьшить нагрев стенок лучами солнца. Их стенки состоят из рам и планок, образующих жалюзи, которые фиксируют в боковых стенках под углом 60 градусов к горизонту, а в передней и задней — под углом 40 градусов. Это требуется, чтобы при обеспечении хорошего проветривания избежать попадания осадков на оборудование. В них можно поместить любой тип термометров, начиная от ртутных и спиртовых и заканчивая электронными датчиками, которые передают дистанционно сведения по радиоканалу. Метеобудки в разных странах существенным образом не отличаются. Это тоже необходимо для стандартизации измерений. Данные этих станций используют для описания климата местности, строительства дорог, зданий и прочих объектов инфраструктуры.

Какой же вывод можно сделать из всего вышесказанного? Добиться наиболее достоверных результатов измерения температуры воздуха весьма сложно в бытовых условиях (особенно, если вы житель многоквартирного дома). Для этого необходимо подобрать более-менее качественное оборудование, выбрать специальное место для установки (что бы избежать прямого попадания на термометр солнечных лучей), исключить антропогенные воздействия и влияние различных объектов инфраструктуры. Если вы хотите знать точные цифры, то обращайте внимание на официальные сводки наблюдательной сети Украинского гидрометцентра. Они наиболее объективные. Их можно найти здесь.

Среди огромного множества моделей жидкостных термометров, электронных датчиков и метеостанций стоит обратить внимание на таких производителей как Davis(США), TFA (Германия), LaCrosse (Франция), Netatmo (Франция), «Склоприлад» (Украинская сертифицированная компания по производству лабораторного оборудования и термометров в том числе). Отдельно стоит выделить электронные регистраторы температуры (т.н. логгеры) от компании Elitech. Например, модель RC-5. Продукция перечисленных производителей отличается наиболее оптимальным соотношением цена-качество и подходит для повседневного использования. Среди более профессиональных систем измерения температуры можно выделить финскую компанию Vaisala, продукция которой отлично подходит для лабораторных и научных исследований, где требуется высокая точность и минимальная степень погрешности. Но и цена на данное оборудование заметно выше.

Кроме того, согласно постановлению «Минаматской конвенции о ртути», до 2023 года следует отказаться от использования метеорологических приборов в составе которых имеется ртуть. Поэтому уже сейчас практически невозможно приобрести ртутные термометры (несмотря на то, что они являются наиболее точными среди всех аналоговых видов данных приборов).

Подготовил: Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, синоптик.

5/5 (65 оценок)

Не пропусти самое интересное!

Подписывайся на наши каналы в мессенджерах!

Публикации

Видео