Вимірювання температури грунту

Прилади для вимірювання температури грунту

Для вимірювання температури грунту застосовують поверхневі й глибинні термометри.

До поверхневих термометрів належать:

1. Строковий (терміновий) ТМ-3 – для визначення температури поверхні грунту в строк спостереження;

2. Мінімальний ТМ-2 – для визначення найнижчої температури за певний проміжок часу (між строками спостереження);

3. Максимальний ТМ-1 – для визначення найвищої температури за певний проміжок часу (між строками спостережень);

Строковий (терміновий) термометр - рідинний. Ртуть знаходиться в скляному резервуарі кулястої чи циліндричної форми, який міститься в нижній частині термометра, і може рухатись вгору та вниз по вузькому капіляру, що є в припаяній до резервуара скляній трубочці. За капіляром розміщена шкала температур. Усі деталі вмонтовані в прозорий скляний корпус.

Мінімальний термометр – спиртовий. У капілярі є синій, чорний або червоний потовщений на кінцях скляний штифтик (1).

При підвищенні температури спирт (2) вільно обтікає штифтик і піднімається вгору, а при зниженні – опускається і за рахунок меніскових сил (сил поверхневого натягу спирту) штовхає штифтик.

Покази мінімального термометра знімають за штифтом і за спиртом (мінімальна та строкова температури).

Максимальний термометр – ртутний, у дні резервуара (1) якого впаяний нерухомий прозорий штифтик (2). Його верхній кінець знаходиться в капілярі (3), але не торкається стінок. При підвищенні

температури ртуть піднімається по капіляру, а при зниженні – в місці звуження стовпчик ртуті розривається і верхній кінець його зупиняється,

фіксуючи максимальне значення температури.

Перед установленням мінімальний термометр піднімають резервуаром вверх і підводять штифт до меніску спирту (до строкової температури), а максимальний струшують до показів строкового термометра.

Встановлюють поверхневі термометри поруч на відстані 10-15см один від одного резервуарами на схід на відведеній для цього ділянці, яку перед цим перекопують до глибини 25-30см і вирівнюють.

Мінімальний і строковий термометри кладуть горизонтально, а максимальний – з невеликим нахилом у бік резервуара.

Першим з півночі встановлюють строковий термометр, другим – мінімальний, третім – максимальний. Усі три термометри повинні лежати так, щоб резервуар і зовнішня оболонка кожного з них були занурені наполовину в грунт (не покривались землею).

До глибинних термометрів належать:

1. Колінчасті (ТМ-5) – для визначення температури на глибинах 5, 10,15 і 20 см у строк спостереження (термометри Савінова);

2. Витяжні (ТПВ-50) – для визначення температури на глибинах 20, 40, 80, 160 і 320см (в строк спостереження);

3. Термометр–щуп (АМ-6) – для визначення температури в польових умовах на глибині від 3 до 30 см (можна до 50см) в строк спостереження;

4. Електротермометри (АМ-2М) – для визначення температури на глибині вузла кущення;

5. Максимально-мінімальний (АМ-17) – для визначення максимальної і мінімальної температури в строк спостережень на різних глибинах орного шару.

Колінчасті термометри (рис.7) встановлюють на тій ділянці, що й поверхневі на глибинах 5, 10, 15 і 20 см, горизонтально і резервуарами

на північ, причому ті частини термометрів, які виступають із землі, розташовують на одній лінії в напрямку зі сходу на захід у порядку зростання глибини від 5 до 20 см. Відстань між термометрами повинна бути близько 10 см. Використовують колінчасті термометри для визначення температури грунту протягом вегетаційного періоду.

Рис.7. Колінчастий термометр (Савінова).

Витяжні термометри (рис.8) встановлюють на ділянці з природним покривом у ряд на відстані 50см один від одного по лінії схід – захід у порядку зростання глибин 20, 40, 80, 160, 320 см.

Для цього буром роблять вертикальні свердловини відповідної глибини і такого діаметра, щоб трубки входили в них вільно, при цьому між грунтом і трубою не повинно бути великого зазору. Термометри встановлюють за допомогою дерев’яної ручки, що закінчується металевим наконечником. Вимірюють температуру грунту протягом року.

Термометр–щуп (рис.9) – вдавлюють вертикально в грунт на відповідну глибину згідно з позначками на зворотному боці щупа.

Рис. 8. Витяжні термометри.	Рис.9. Термометр – щуп.

Через 10-15хв після встановлення термометра знімають показники температури ґрунту. Використовують термометр у теплий і холодний періоди року. Датчики для електротермометра і максимально-мінімального термометра встановлюють до замерзання ґрунту в спеціальні канавки.

Правила відліків і ведення спостережень

1. Під час відліку потрібно правильно оцінити положення кінця стовпчика рідини (ртуті або спирту) в капілярі відносно шкали. У ртутних термометрах (меніск випуклий) відлічують на шкалі положення уявної дотичної до випуклої частини меніска. У спиртових (меніск увігнутий) – відлічують положення уявної дотичної до ввігнутої частини меніска. Очі спостерігача повинні бути на одному рівні з рідиною в капілярі.

2. Температуру відлічують з точністю до 0,1⁰С. Спочатку роблять відлік десятих, а потім визначають число цілих градусів. Тому потрібно звернути увагу на ціну поділки шкали термометрів.

3. Відлік показань термометрів на поверхні грунту ведуть у такій послідовності: строковий, спирт (строкова температура) і штифт (мінімальна температура) мінімального і максимальний термометри.

4. До одержаних результатів вимірювання вносять поправки згідно з даними перевіреного свідоцтва (сертифіката), яке додається до кожного термометра.

5. Після запису відліків (у кінці спостережень) необхідно струснути максимальний термометр і підвести штифт мінімального термометра до меніска спирту.

6. Для відліку потрібно підходити до термометрів тільки з північної сторони (щоб не затінювати їх).

7. При відліках не можна знімати термометри з місця.

Завдання для виконання в лабораторії

Завдання. Виміряти температуру грунту на поверхні та глибинах.

Прилади та устаткування: термометри (строковий, мінімальний, максимальний, колінчасті, термометр-щуп), ящик з грунтом, електричний обігрівач, лопаточка.

Порядок виконання

1. Ознайомитися з будовою термометрів, способами їх установлення і ведення спостережень та правилами відліків.

2. Установити на поверхні грунту (в ґрунтовому ящику) поверхневі (надґрунтові) термометри (строковий, мінімальний, максимальний), колінчастий на глибину 5см, термометр-щуп на глибину 10-12см. Перед установкою всі термометри підготувати до роботи.

3. Зняти показники усіх термометрів і записати результати. Дані з мінімального термометра знімають при горизонтальному його положенні. Відлічують спочатку показання стовпчика спирту (“спирт”), а потім головки штифта, розташованої ближче до меніска спирту в капілярі (“штифт”). Перед записуванням даних з максимального термометра перевіряють, чи не відійшов від місця звуження капіляра відірваний ртутний стовпчик. Для цього трохи піднімають верхню частину термометра, щоб стовпчик ртуті дійшов до місця звуження, а потім знімають показання.

4. Увімкнути обігрівач і через 5-10хв знову зняти дані з усіх термометрів, записати результати.

5. Вимкнути обігрівач, підготовити мінімальний та максимальний термометри до роботи, почекати 15хв, знову зняти показання з усіх термометрів і записати результати.

6. Внести поправки до показань термометрів, за додатком 3.

7. Усі записи зробити в таблиці за такою формою:

Термометри	До обігрівання	Після 5-10хв. обігрівання	Через 15хв. після вимкнення обігрівача
відлік	поправка	виправлена величина	відлік	поправка	виправлена величина	відлік	поправка	виправлена величина
Строковий
Мінімаль-ний	“спирт”
“штифт”
Максимальний
Колінчастий,5см
Щуп, 10см

Завдання для самостійної роботи

Визначити глибину промерзання грунту (проникнення температури 0ºС в грунт) при наступному розподілі температури:

Глибина грунту, см	В а р і а н т
	-4,1	-1,0	-7,3	-1,5	-1,2	-6,4	-3,8	-9,0	-1,1	-4,1
	-3,3	-0,5	-6,6	-0,8	-0,1	-4,5	-1,5	-7,1	-0,2	-2,2
	-2,1	0,4	-4,2	1,1	1,4	-2,0	-0,4	-4,3	1,2	-0,3
	-1,1	1,5	-2,1	1,6	1,8	0,2	2,4	-0,9	2,9	2,4
	0,9	2,8	0,6	3,3	4,5	3,9	5,1	1,9	6,1	4,7
	4,4	6,9	5,0	7,1	7,5	5,6	8,4	4,6	8,5	6,3

Наводимо приклад. Обчислити глибину проникнення в грунт температури 0º (глибину промерзання ґрунту) розрахунковим та графічним методами, використовуючи такі дані:

Глибина грунту, см 00 20 40 80 160 320

Температура, ºС -6,0 0,9 1,6 2,8 4,4 7,3

При визначенні глибини промерзання грунту необхідно знайти ту глибину, де температура становить нуль градусів.

1. Розрахунковий метод (метод складання простої пропорції).

Температура грунту нуль градусів проходить у шарі від 0 до 20 см і змінюється на 6,9º (від –6,0 до +0,9º). Визначимо, на скільки сантиметрів треба заглибитись у грунт, щоб температура підвищилась на 6˚, тобто щоб вона досягла 0º. Для цього складаємо пропорцію:

20см – 6,9º

х см – 6,0º

звідси х = 20 × 6,0: 6,9 = 17,4 см.

Тобто, від поверхні грунту (00см) ми повинні опуститись на 17,4см, щоб досягнути температури 0º . Глибина промерзання буде становити 00см + 17,4см =

17,4см.

2. Графічний метод. Для цього в масштабі 1см глибини дорівнює 1мм, а 1º – 1 см на міліметровому папері проводять дві горизонтальні лінії на відстані, яка відповідає товщині шару грунту, де відбувається перехід температури від мінусової до плюсової.

На горизонтальних лініях відкладають температуру (шкали повинні співпадати), потім відмічають точками на верхній лінії мінусову температуру, яка була на поверхні грунту мінус 6,0ºС, а на нижній лінії – плюсову, яка була на нижній межі шару (0,9º). Відмічені точки з’єднують прямою лінією і додатково проводять вертикальну лінію між 0º обох температурних шкал.

Лінії перетнуться, а точка перетину покаже глибину нульової температури в грунті:

3. Інструментальний метод застосовують у польових умовах для визначення глибини промерзання ґрунту із використанням мерзлотоміра Даниліна.

Питання для самоконтролю

1. Якими термометрами вимірюють строкову, мінімальну і максимальну температури на поверхні грунту?

2. Які особливості підготовки, установки і проведення відліків по мінімальному і максимальному термометрах?

3. Якими термометрами вимірюють температуру грунту до глибини 20, 50 і 320 см у теплий і холодний періоди року? Як їх встановлюють?

4. Яке призначення мерзлотоміра Даниліна?

5. Якими методами визначають глибину промерзання грунту?

Лабораторна робота №3