ĐỀ CƯƠNG MÁY KHÍ TƯỢNG(YOONA)

MÁY KHÍ TƯỢNG(YOONA) Câu 1(5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng của nhiệt ký 2 Câu 2; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của nhiệt kế thường 3 Câu 3; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng vũ lượng ký Xyphông. 5 Câu 4; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của khí áp kế kiểu KEW 8 Câu 5; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của vũ lượng ký kiểu chao lật SL1 10 Câu 7; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của khí áp ký 13 Câu 8; (5 điểm) Trình bày cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của ẩm ký tóc 15 Câu 9; (5 điểm) Trình bày về cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của Nhật quang ký CambellStoke 16 Câu 10; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng và các nguồn sai số của máy gió El 17  

MÁY KHÍ TƯỢNG(YOONA)

Câu 1(5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng của nhiệt ký

1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Nhiệt kí được cấu tạo và hoạt động như sau (hình 2.7):

- Bộ cảm biến là một bản lưỡng kim cong (4), một đầu được giữchặt, còn kia dịch chuyển tự do nên khi nhiệt độ thay đổi bảnlưỡng kim sẽ bị cong về phía tấm kim loại có hệ số dãn nở nhỏhơn Trong nhiệt kí, đầu cố định của bản lưỡng kim được gắn vàogiá đỡ (1) ở phía sau thân máy, còn đầu tự do được nối với bộphận biến đổi tín hiệu cảm ứng ra

- Bộ biến đổi tín hiệu cảm ứng ra là một hệ thống gồm các taytruyền (2) và tay đòn được khớp nối với nhau từ đầu tự do của bảnlưỡng kim tới đầu cần kim (3) Bộ phận biến đổi vừa truyền, vừakhuếch đại độ dịch chuyển ở đầu tự do của bản lưỡng kim theo sựbiến thiên của nhiệt độ Kết quả là đầu kim cũng dịch chuyển lênxuống quanh trục nằm ngang, mà trên đó có gắn cần kim, theo sựtăng hay giảm của nhiệt độ ứng với một tỉ lệ nhất định

- Bộ phận ghi (hình 2.8) gồm một ngòi bút ghi được lắp trên đầucần kim và trục đồng hồ (2) tự quay quanh trục thẳng đứng (3)nhờ một máy đồng hồ cơ học đặt trong trụ Một bánh xe bất độngđược gắn chặt vào trục thẳng đứng trên mặt đế nhiệt kí (được gọi

là bánh xe trục chính) Một bánh xe khác lắp vào đầu dưới củatrục chính trong máy đồng hồ (được gọi là bánh xe phát động).Khi bánh xe phát động quay sẽ làm bánh xe trục chính quay theo.Tuỳ theo tốc độ quay của trụ đồng hồ mà người ta phân chia ranhiệt kí ngày hay nhiệt kí tuần

2.5.2 Cách sử dụng

Nhiệt kí thường được đặt nằm ngang trên giá máy tự ghi trong lềukhí tượng Hàng ngày vào các kì quan trắc 1, 7, 13 và 19 giờngười ta thường đánh mốc giờ và đọc chỉ số của nhiệt độ trên giản

đồ nhiệt kí Giản đồ nhiệt kí được thay hàng ngày vào sau kì quantrắc 7 giờ

Việc thay giản đồ thường được tiến hành theo trình tự sau:

- Mở nắp đậy và đánh mốc giờ cuối của đường ghi rồi tháo trụđồng hồ ra khỏi máy và ghi lại thời gian đánh mốc giờ cuối;

- Gạt cần tách ngòi bút ra khỏi giản đồ;

- Tháo trụ đồng hồ ra khỏi máy và mở nẹp giữ và tháo giản đồ ra;

- Lên giây cót đồng hồ, điều chỉnh sự nhanh chậm của đồng hồ(nếu cần);

- Lắp giản đồ mới vào trụ đồng hồ sao cho mép dưới của giản đồsát với vành đáy trụ đồng hồ, vuốt cho giản đồ ôm chặt và đềuquanh trụ đồng hồ, đầu các đường chỉ cùng một trị số nhiệt độ trêngiản đồ phải trùng nhau;

- Lắp trụ đồng hồ vào máy và quay trụ đồng hồ để ngòi bút ở vào

vị trí giờ phút lúc đó;

- Cho thêm mực vào ngòi bút và vặn ốc điều chỉnh (nếu cần) đểđưa ngòi bút vào đúng vị trí số chỉ nhiệt độ trên thang đo, tươngứng với nhiệt độ không khí lúc đó;

- Gạt cần kim tì vào giản đồ, đánh mốc giờ lúc bắt đầu có đườngghi vào giản đồ rồi đậy nắp máy lại

Khi thay giản đồ cần chú ý những điểm sau:

- Không lắp giản đồ của máy khác loại hoặc giản đồ không đúngkích cỡ và tiêu chuẩn quy định;

- Không được đổ mực quá đầy vào ngòi bút, không được để mựccạn, kể cả trường hợp khi chưa đến giờ thay giản đồ nhưng nếuthấy mực cạn ta vẫn phải đổ thêm vào;

- Khi làm mốc phải kiểm tra khả năng ghi và độ tì của ngòi bút lêngiản đồ Nếu độ tì quá yếu thì đường ghi có thể bị gián đoạn cònnếu độ tì quá lớn thì đường ghi lại có hình bậc thang Khi đó taphải điều chỉnh độ nghiêng của khung giữ cần kim về phía thíchhợp Tuyệt đối không được bẻ cong hoặc làm biến dạng cần kim

Câu 2; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách

sử dụng và các nguồn sai số của nhiệt kế thường

1 Cấu tạo

Nhiệt kế thường được cấu tạo bởi hai bộ phận chính như sau (hình2.2):

- Một ống vi quản bằng thuỷ tinh có một đầu được hàn kín, đầukia là một bầu có hình cầu, hình trụ hoặc hình nón chứa đầy chấtlỏng;

- Một thang đo thường được chia theo 0,50C/vạch Thang đo cóthể chia ngay trên ống vi quản hoặc tách rời, được giữ cố định vớiống vi quản

2 Nguyên tắc hoạt động

Khi nhiệt độ tăng lên chất lỏng chứa trong nhiệt kế (do có hệ sốdãn nở khối của chất lỏng lớn hơn thủy tinh) dãn nở làm cho cộtchất lỏng trong ống vi quản dài ra; còn khi nhiệt độ giảm xuốngchất lỏng trong nhiệt kế co lại làm cho cột chất lỏng trong ống viquản bị ngắn lại Nhìn trên thang đo ta có thể xác định được nhiệt

độ của vật cần đo

3 Cách sử dụng

Nhiệt kế thường dùng để xác định nhiệt độ tức thời của không khí,của đất hay của nước lúc quan trắc Khi đặt nhiệt kế trong lều khítượng, cấu tạo của lều đã bảo đảm cho phép đo được chính xác.Tuy nhiên, chúng ta cũng cần chú ý đến các nguồn nhiệt dùng thắpsáng lều, thân nhiệt của quan trắc viên, bức xạ nhiệt từ những vậtlân cận Khi đặt nhiệt kế ở ngoài lều khí tượng, cần lưu ý sao chonhiệt kế có khả năng trao đổi nhiệt với môi trường một cách dễdàng, tránh được bức xạ trực tiếp của Mặt trời, tránh được nguồnnhiệt và nguồn ẩm nhân tạo

Ở vị trí làm việc nhiệt kế phải đặt nằm ngang, khi quan trắc phảixác định chính xác vị trí đầu mũi của chất lỏng trong ống vi quản.Cũng cần lưu ý tới phản ứng của nhiệt kế trong khi đọc nhiệt độ

để đọc được giá trị mới nhất, chính xác nhất của môi trường cần

đo, bởi vì nhiệt kế luôn có độ trễ

4 Những nguồn sai số của nhiệt kế

Trong các phép đo nhiệt độ dùng nhiệt kế chất lỏng nói chung, cầnphải kiểm soát được những nguồn sai số có thể như sau:

- Chất lượng của chất lượng thuỷ ngân: nếu thuỷ ngân tốt sai sốkhông quá 0,050C nhưng nếu thuỷ ngân xấu, sai số có thể lên tới

10C đối với dải đo 1000;

- Bầu nhiệt kế bị co lại theo thời gian: trong năm đầu hiện tượngnày dẫn đến sai số khoảng 0,010C, những năm sau sai số ít hơn;

- Độ rộng của ống vi quản không đều;

- Chia thang độ không chính xác;

- Sự co dãn của thuỷ tinh và chất lỏng không đều trên suốt ống viquản;

- Vạch chia và chữ số trên thang độ không rõ ràng làm cho ngườiđọc không đúng;

- Mắt quan trắc viên để không vuông góc với nhiệt kế tại điểmcuối của chất lỏng;

- Quan trắc viên đến quá gần nhiệt kế nên thân nhiệt của họ ảnhhưởng đến chỉ số trên nhiệt kế;

- Quan trắc xong, quan trắc viên không vẩy cho chất lỏng về đúng

vị trí ban đầu;

- Đặt nhiệt kế không đúng kĩ thuật

Câu 3; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách

sử dụng vũ lượng ký Xy-phông.

1 Vũ lượng kí xy-phông

Vũ lượng kí là dụng cụ dùng để ghi lại sự biến thiên của lượnggiáng thuỷ theo thời gian, qua đường ghi đó ta có thể xác địnhđược:

- Thời gian có giáng thuỷ;

- Cường độ của giáng thuỷ;

- Tổng lượng giáng thuỷ trong một khoảng thời gian nào đó

1 Cấu tạo

Vũ lượng kí (hình 6.3) bao gồm một tủ bằng kim loại hình trụ,phần trên là bộ hứng giáng thuỷ, có thùng hứng (1), diện tíchmiệng hứng 500 cm2, đáy thùng dạng hình phễu và kết thúc bằngmột ống dẫn nước (2) vào trong tủ

Trong tủ, trên sàn (3) có đặt một bình phao (4); từ gần đáy bìnhphao có một ống dẫn thẳng đứng (5) đi lên để tiếp nhận lượngnước từ thùng hứng, qua ống dẫn đó chảy vào bình chứa Trongbình chứa có một phao kín (6); trên phao gắn trục thẳng đứng (7)xuyên qua một lỗ nhỏ ở nắp bình có một vòi ngắn (9) mang ống

xy-phông (10) bằng thuỷ tinh để tháo nước từ bình chứa ra ngoài,chảy vào thùng kiểm tra (11) đặt ở đáy tủ.

Ngoài ra, để bảo đảm cho mỗi khi nước trong bình chứa dâng lêntới vị trí cao nhất (ngang với mực điểm 10) thì xy-phông tự độngtháo nước từ bình chứa ra ngoài Để thực hiện được hoạt độngnày, trên nắp bình phao có bộ phận tháo nước bắt buộc (12) gồmcó: ròng rọc (13), quả tạ (14), bánh xe hai răng (15), cánh tay đòn(16), cần nối di động được (17), ốc điều chỉnh (19) và tay đòn hãmbánh xe Trên bánh xe hai răng có hai cặp chốt tì lên đế cần kim,mỗi khi bộ phận tháo nước bắt đầu hoạt động

Bộ phận tự ghi gồm có: trụ đồng hồ (18), trên đó có các giản đồ vàngòi bút tự ghi ống đo lượng giáng thuỷ của vũ lượng kí làm bằngthuỷ tinh, trên đó khắc 100 vạch chia, mỗi vạch chia tương ứngvới dung tích nước là 5cm3, tương đương với lượng giáng thuỷ0,1mm, ống đo này dùng để đo lượng giáng thuỷ trong thùng kiểmtra và đong lượng nước đổ thêm vào vũ lượng kí khi thay giản đồ

2) Nguyên tắc hoạt động

Khi có giáng thuỷ, nước từ thùng hứng chảy qua ống dẫn vào bìnhchứa, làm cho mực nước trong bình và xy-phông dâng lên Do đóphao và cần kim dịch chuyển lên phía trên, ngòi bút sẽ vạch mộtđường cong đi lên giản đồ Khi không có giáng thuỷ, ngòi bút sẽvạch một đường nằm ngang

Khi mực nước trong bình chứa và xy-phông dâng lên tới vị trí caonhất (điểm 10), cả bộ phận tháo nước bắt buộc và xy-phông cùnghoạt động để tháo nước ra ngoài và chảy vào thùng kiểm tra Khitháo nước, cần kim mang ngòi bút sẽ hạ xuống theo sự hạ thấp củaphao và mực nước trong bình chứa Tới vị trí thấp nhất (điểm 0),ứng với mực thông nhau giữa các bình và xy-phông thì nước trongbình ngừng chảy ra ngoài nên phao và cần kim dừng lại Thời gianxy-phông hoạt động mỗi lần tháo nước chỉ nhỏ hơn 20 giây Vìvậy, đường tháo nước là một đường thẳng từ điểm 10 đến điểm 0.Nếu giáng thuỷ tiếp tục, quá trình dẫn tới cần kim mang ngòi bútnâng lên và hạ xuống được lặp lại như cũ

Lượng giáng thuỷ rơi vào vũ lượng kí càng nhiều, phao và cầnkim được nâng lên càng nhanh Do đó, đường do ngòi bút ghiđược càng dốc lên cao, ngược lại giáng thuỷ càng nhỏ thì đườngghi càng ít dốc hơn.

Xy-phông hoạt động tháo nước theo nguyên tắc sau: khi nướctrong bình chứa và xy-phông chưa dâng lên tới vị trí cao nhất(điểm 10) thì tại đó vẫn còn tồn tại sự cân bằng thuỷ tĩnh Vì ápsuất do mực nước sinh ra tại điểm M (điểm thông nhau giữa bìnhchứa và xy-phông) có độ lớn P được biểu diễn:

P = ρgh

trong đó ρ là khối lượng riêng của nước; g là gia tốc trọng trường;

h là độ cao của cột nước (từ điểm 0 đến điểm 10)

Nếu phía bình chứa có thêm một lớp nước với chiều cao là ∆h, dogiáng thuỷ tiếp tục, sự cân bằng thuỷ tĩnh trên bị phá vỡ Áp suất

do mực nước sinh ra tại điểm M, khi đó, từ phía bình chứa ra là:P’=ρg(h+∆h) còn từ phía xy-phông vào vẫn là P=ρgh Rõ ràngP’>P, do đó nước chảy từ bình chứa qua xy-phông ra ngoài Mựcmặt nước trong xy-phông tiếp xúc với không khí, càng hạ thấpxuống, chênh lệch mực nước trong bình chứa và xy-phông cànglớn, nước chảy ra ngoài càng nhanh Khi mực nước trong bình hạxuống tới mực điểm 0 thì áp suất tại điểm M tác dụng từ hai phíatrở lại bằng nhau và bằng áp suất của không khí Nước trong bìnhchứa ngừng chảy qua xy-phông ra ngoài

3 Cách sử dụng

Vũ lượng kí xy-phông được đặt thẳng đứng trên bệ xây hoặc giásắt có chân giá được chôn chắc trong đất, nơi có cùng điều kiệnnhư vũ lượng kế trong vườn khí tượng Miệng thùng được đặtngang và ở độ cao 1,5m trên mặt đất

Hàng ngày vào các kì quan trắc 1, 7, 13 và 19 giờ, cần đánh mốcgiản đồ Khi đánh mốc giờ, ta nhẹ tay nâng lên và hạ trục phaomang cần kim xuống 2-3mm Thay giản đồ vào sau kì quan trắc 7giờ Mỗi lần thay giản đồ, phải cho thêm nước vào vũ lượng kí đểmực nước của nó dâng lên tới vị trí điểm 10 và hoạt động tháo

nước ra ngoài, chảy xuống thùng kiểm tra Lượng nước cho thêmvào vũ lượng kí phải dùng ống đo để xác định lượng nước đó.Cuối cùng đo lại lượng nước đã chảy vào thùng kiểm tra để làm

cơ sở cho việc tính hiệu chỉnh khi quy toán giản đồ

- Sai số do bốc hơi lượng giáng thuỷ đã thu gom được;

- Sai số do sự hao hụt bắn tóc của các hạt giáng thuỷ;

- Sai số do sự hao hụt của tuyết

Câu 4; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách

sử dụng và các nguồn sai số của khí áp kế kiểu KEW

.1 Khí áp kế KEW

1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Khí áp kế KEW là loại khí áp kế thuỷ ngân kiểu chậu có thang độ

bổ chính Cấu tạo của nó (hình 3.1) bao gồm một ống thuỷ tinh (1)dài khoảng 80cm đầu trên hàn kín, đầu dưới được gắn vào nắpchậu (2) bằng nhựa cứng hoặc gang Chậu gồm ba phần vặn khớpvới nhau, phần giữa có vách ngăn (3), trên vách ngăn có các lỗthủng (4) để làm giảm mức độ sánh của thuỷ ngân và giữ chokhông khí khỏi lọt vào trong ống thuỷ tinh Ống thuỷ tinh và chậukhí áp được được đổ đầy thuỷ ngân Khoảng trống trên mặt thuỷngân được coi là chân không (10-3-10-4mmHg) Mặt thuỷ ngântrong chậu được thông với không khí bên ngoài nhờ lỗ nhỏ (5)trên nắp chậu Lỗ thông khí này luôn được đậy bằng một ốc cóvòng đệm bằng da

Việc đo độ cao cột thuỷ ngân trong ống thuỷ tinh được tiến hànhtheo thang độ (6) khắc trên vỏ bọc (7) bằng thau bao quanh suốtchiều dài của ống Điểm 0 của thang độ là mực thủy ngân trongchậu của khí áp kế Ở phần vỏ bọc ghi thang độ có hai khe rộng(8) để nhìn được đầu cột thuỷ ngân trong ống thuỷ tinh Trên hai

khe này có lắp một vòng mang con chạy (9) chuyển dịch lênxuống được nhờ ốc vặn (10) Mép dưới của con chạy là mốc đểngắm đầu cột thuỷ ngân trong ống Trên con chạy khắc 10 vạchchia, chiều dài của 10 vạch chia này bằng chiều dài của 19 vạchchia trên thang độ Theo cách chia, ta có thể đọc chính xác tới 0,1

số chỉ khí áp trên thang độ của khí áp kế Ở phần nửa dưới của vỏbọc có gắn một nhiệt kế thuỷ ngân (11) để đo nhiệt độ của thuỷngân trong khí áp kế

Với việc dùng thang độ bổ chính ở khí áp kế KEW, để đo khí áp,

ta chỉ cần xác định vị trí của đầu cột thuỷ ngân trong ống thuỷ tinh

mà không cần phải xác định vị trí của mực thuỷ ngân trong chậu

2 Cách sử dụng

Như đã biết, sự thay đổi của khí áp theo theo phương ngang làkhông lớn, vì vậy, tại trạm khí tượng, trị số khí áp ở trong và ngoàiphòng làm việc được coi là như nhau Vì vậy, khí áp kế được đặttrong phòng làm việc, treo trên một cột gỗ hoặc tường nhà trongmột hộp bảo vệ sao cho mực 1000mb trên thang độ ở cao hơn nềnnhà từ 1,4-1,5m và chậu khí áp kế ở vị trí tự do không chạm vàothành hộp bảo vệ (hình 3.2) Các ốc vít giữ vòng ôm chậu khí áp

kế được vặn vừa chạm tới thành ngoài của chậu Ở thành hộp bảo

vệ, đối diện với khe hở trên vỏ khí áp kế, có gắn một mảnh kínhtrắng để nhìn thấy rõ đầu cột thuỷ ngân trong ống thủy tinh Khí

áp kế phải được đặt xa cửa sổ, cửa ra vào, nơi không có ánh nắngMặt trời trực tiếp chiếu vào và phải xa lò sưởi để tránh ảnh hưởngcủa những tác động do va chạm, những dao động đột ngột củanhiệt độ Để soi sáng khí áp kế khi quan trắc, ta có thể dùng đènpin hoặc bóng đèn có công suất không quá 25W và chỉ được bậtđèn sáng trong khi quan trắc (tuyệt đối không được dùng đèn dầu,nến hoặc diêm để soi)

Khi quan trắc cần tiến hành theo trình tự sau:

- Đọc nhiệt độ trên nhiệt kế phụ của khí áp kế chính xác tới 0,10C;

- Dùng ngón tay gõ nhẹ vào thành ống, khoảng gần đầu cột thuỷngân trong ống thuỷ tinh và gần chậu của khí áp kế;

- Vặn cho con chạy vượt lên khỏi mặt thuỷ ngân trong ống thuỷtinh rồi vặn dần cho con chạy dịch chuyển xuống và dừng tại vị tríhai đáy của con chạy tiếp tuyến với đỉnh cột thuỷ ngân;

- Đọc trị số khí áp chính xác tới 0,1mb Phần nguyên đọc trênthang độ, là số chỉ của vạch trùng hoặc ngay sát với mép dưới củacon chạy Phần thập phân đọc trên con chạy, là số chỉ của vạchchia nào trùng nhất với vạch chia bất kì nào đó trên thang độ

Câu 5; (5 điểm): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách

sử dụng và các nguồn sai số của vũ lượng ký kiểu chao lật 1

SL-Vũ lượng kí chao lật SL-1 do Trung Quốc chế tạo dùng để đo tổnglượng, cường độ, thời gian bắt đầu và kết thúc giáng thuỷ Vũlượng kí chao lật SL-1 có một số đặc điểm sau:

- Bộ cảm ứng gồm miệng và phễu hứng giáng thuỷ (1 và 2), hệthống các chao lật (3), bình chứa và ống đo giáng thuỷ Hệ thốngchao lật gồm 3 chao: chao lật trên (2), chao lật cảm ứng (3) vàchao lật đếm (4)

- Bộ chỉ thị gồm: Một bộ đếm cơ điện (4) và một bộ ghi (1,3)

2 Nguyên tắc hoạt động

Khi có giáng thuỷ rơi vào miệng và phễu hứng (1) nước đi tớichao lật phía trên (2); chao lật phía trên có tác dụng bảo vệ chaolật cảm ứng (3) và làm cho lượng nước chảy xuống chao lật cảmứng đều và giảm được sai số khi cường độ của giáng thuỷ lớn.Cường độ giáng thuỷ do máy ghi được sẽ gần bằng với cường độgiáng thuỷ lớn trong thực tế

Lượng nước từ chao lật trên được đổ vào chao lật cảm ứng thôngqua bộ phận lọc Chao lật cảm ứng là bộ phận chính của bộ phậncảm ứng, chao lật này dùng để đong lượng giáng thuỷ Khi lượngnước hứng được ở chao là 0,1mm thì chao bắt đầu lật Lượng