华北理工海洋调查与观测技术教案第3讲 水温测量1

1课程名称：《海洋调查与观测技术》第3周，第3讲次摘要授课题目（章、节）第三章水温测量3.1温度观测的基本要求3.2各式测温计简述3.3玻璃液体温度计本讲目的要求及重点难点：【目的要求】了解水温观测的意义，掌握水温观测的要求，各式温度计的简单介绍，及玻璃液体温度计的测温原理与误差。【重点】玻璃液体温度计的测温原理与误差。【难点】水温观测的准确度要求。内容【本讲课程的引入】海水的温度是海洋物理性质中的最基本要素之一。海洋水团的划分、海水不同层次的锋面结构、洋流的性质判别等都离不开海水温度这一要素。【本讲课程的内容】第三章水温测量板书“第三章水温测量”水温的分布与变化又影响并制约其他水文气象要素的变化。海雾、气温、风等也直接或间接地与水温有关。掌握水温的分布变化规律对巩固国防、推动国民经济发展有着重要意义。3.1温度观测的基本要求板书“3.1温度观测的基本要求”3.1.1水温观测的准确度要求板书“3.1.1水温观测的准确度要求”海洋温度的单位，均采用摄氏温标（℃）。温度对密度影响显著，而密度的微小变化都可导致海水大规模运动，所以在海洋学上，大洋温度的测量，特别是深层水温的观测，要求达到很高的准确度：下层水温的准确度必须在0.05℃以下；在某些情况下，如研究温度变化很小的深层大洋时，甚至要求达到0.01℃。要达到这样高的准确度，温度计必须十分稳定和灵敏，同时还必须经常加以仔细的校准。规定观测准确度的原则，除了根据海区具体情况外，首先必须从客观需要出发，并应尽量达到一种资料多种用途的效果；其次，规定观测准确度还应考虑到现有的技术条件的可能性。对于大洋，因其温度分布均匀，变化缓慢，观测准确度要求较高。一般温度应精确到一级，即±0.02℃。在浅海，因海洋水文要素时空变化剧烈，梯度或变化率比大洋的要大上百倍乃至千倍，水温观测的准确度可以放宽。一般水文要素分布变化剧烈的海区，水温观测准确度为±0.1℃。3.1.2水温观测的时次与标准层次板书“3.1.2水温观测的时次与标准层次”1、观测层次：水温观测分表层水温观测和表层以下水温观测。表3.1.1中的表层指海表面以下1m以内水层。底层的规定见P33。2、观测时次沿岸台站只观测表面水温，观测时间一般在每日的2、8、14、20时进行。海上观测分表层和表层以下各层的水温观测，观测时间为：大面或断面站，船到站就观测一次；连续站每两小时观测一次。提问：同学们认为水温测量有什么意义？23.2各式测温计简述板书“3.2各式测温计简述”3.2.1液体和机械式温度计板书“3.2各式测温计简述”液体温度计的代表是表面温度计和颠倒温度计。颠倒温度计的观察准确度高、使用方便、性能较稳定，是深层水温观测的基本标准仪器。但其只能在停船时使用，且只能测定单层温度。机械式温度计的代表是深度温度计。深度温度计（BT）是一种记录温度随深度变化的仪器，用于自动记录水深200m（或1000m）以内的水温变化情况。另一种深度温度计带有采水器，可同时在各指定的标准层采取水样，但观测准确度为±0.2℃。3.2.2电子温度计板书“3.2.2电子温度计”今年来在深层水温观测中广泛采用电学式或电子式温度计。根据感温元件和传送讯号的不同，可分为：1、热电式温度计其感应元件是热电偶。可在定点或走航时使用，但测温一般在100m以内，测温准确度较低，约为±0.5℃。2、电阻式温度计采用金属丝电阻（铂金丝或锰铜丝等）、热敏电阻作感温元件。可在定点或走航时使用，测温准确度较高，约为±0.1℃，测温深度可达500m。3、电子式温度计感温元件与电阻式温度计相同，仅是将感温元件作为阻容振荡电阻的调频元件。可在定点或走航时使用，测温准确度较高，约为±0.02℃，当航速为16节时测温准确度可达±0.1℃。（节(Kn)以前是船员测船速的,每走1海里,船员就在放下的绳子上打一个节。以后就用节做船速的单位。1节(kn)=1海里/时=(1852/3600)m/s是速度单位，1海里(nmile)=1852m是长度单位4、晶体振荡式温度计采用石英晶体作为感应元件。不适于走航，专供定点观测及校正仪器之用，测温准确度很高，可达±0.001℃，分辨率能达到0.0001℃。板书“区别：热电式、电阻式和电子式温度计可在定点或走航时使用；晶体振荡式温度计不适于走航，只能定点使用”3.2.3远距离海表温度辐射探测板书“3.2.3远距离海表温度辐射探测”近十几年，根据红外谱区测得的辐射值，推算海表面温度技术已得到广泛应用。红外辐射计工作原理是将特定谱段里的辐射强度和接收器内黑体腔辐射强度进行对比而得。3.3玻璃液体温度计板书“3.3玻璃液体温度计”玻璃液体温度计利用装在玻璃容器中的测温液体，随温度改变而引起体积的变化，以液柱位置的变化来测定温度的。3.3.1玻璃液体温度计的测温原理板书“3.3.1玻璃液体温度计的测温原理”玻璃液体温度计的感应部分是一充满液体的球部，与它相连的是一根一端封闭、粗细均匀的毛细管。3设温度为0℃时球部与管部的液体体积为0V，当温度改变到t℃时，液体体积为tV，变化量为V，则有：tVVtVVVVt0000)1(式中，为测温液的视膨胀系数，即测温液体膨胀与玻璃膨胀系数之差。温度变化t引起测温液体体积的变化量为V，这时体积为V的测温液进入截面积为S的毛细管，使得管内液柱的长度改变了L，即：tSVSVL)(0式中，S，，0V对温度计来说都已固定，故液柱长度的改变量L与温度的变化成正比：温度升高，毛细管中的液柱就伸长；反之，温度降低，液柱缩短。这就是玻璃液体温度计的测温原理。上式可改为：SVtL0式中，tL表示温度每变化1℃时，液体的改变量，即单位刻度的长度，称为温度计的灵敏度。tL取决于S，，0V各值，当温度计球部的容积越大，温度计越灵敏。3.3.2玻璃液体温度计的误差板书“3.3.2玻璃液体温度计的误差”1、常定误差板书“1、常定误差”玻璃液体温度计的常定误差是由于制作温度计技术条件的限制和材料的某些物理特性变化而引起的。其在一定时间内对某一刻度范围来说是一个定值。(1)因制作不良而引起的误差。(2)非线性误差。(3)因液体分化引起的误差。(4)由于玻璃收缩引起的误差。以上(3)、(4)两种误差是随着使用年限的增加而有所变化的，故对温度计进行定期重新检定是很有必要的。2、非常定误差板书“2、非常定误差”由于外界因素和人为因素的影响而引起的仪器误差，虽其中部分可计算出或设法避免，但不能完全通过器差订正来消除。(1)水温与气温不一致造成的误差。(2)视线误差。【本讲课程的小结】本讲课程主要介绍了海水水温测量的意义和要求，各式温度计的简单介绍，及玻璃液体温度计的测温原理与误差。【本讲课程的作业】简答题：玻璃液体温度计的误差包括哪些？