Измерение атмосферного давления. Барометр - прибор для измерения атмосферного давления Прибор для измерения давления атмосферного воздуха

Одним из самых точных приборов, применяемых для измерения атмосфер­ного давления на всех метеорологических станциях, является так называемый станционный чашечный барометр. Oн представляет собой стеклянную трубку длиной около 80 см, c поперечным сечением 1 см2. Верхний конец ее запаян, а нижний открытый опущен в чашку со ртутью. Трубка заполнена ртутью; в незаполненной части трубки - безвоз­душное (точнее крайне разреженное) пространство.

Для предохранения трубки от механических повреждений она заключена в металлическую оправу. Принци­пиальная схема устройства морско­го чашечного ба­рометра: с обеих сторон сделаны две продольные прорези, одна против другой, необходимые для определения высоты столба рту­ти в трубке. С левой стороны лицевой прорези нане­сена шкала: в старых барометрах-в миллиметрах, в новых - в миллибарах. Для отсчета давления по шкале пользуются под­вижным кольцом с нониусом. Перемещение нониуса вдоль про­рези производится с помощью винта, находящегося на правой стороне оправы. Перед отсчетом нижний срез нониуса подводит­ся к верхней точке видимого мениска ртути, и затем производится отсчет давления с десятыми долями: целые отсчитываются по нижнему срезу нониуса, а десятые - по делениям нониуса (от 0 до 9). О десятых долях (мм или мб) судят по то­му делению нониуса, которое точно совпадает с каким-либо де­лением на шкале. Для доступа воздуха в чашку со ртутью в ней сделано не­большое отверстие, неплотно запираемое винтовой пробкой.

Станционный чашечный барометр устанавливается в помеще­нии метеостанции в специальном шкафчике в вертикальном по­ложении.

Морской ртутный барометр, как говорит само его наименование, предназначен для измерения атмосферного давления па морских судах. В принципе он устроен так же, как и станционный чашечный барометр, и отличается от него мень­шими размерами и более узкой барометрической трубкой с рас­ширениями на ее концах. Сужение средней части трубки до толщины капилляра сделано для уменьшения колебание ртути в трубке во время качки судна и для предохранения от проникновения воздушных пузырьков в ртуть. Чашка со ртутью сделана более узкой, чем в станционном барометре. Это также в значительной мере устраняет влияние качки судна на состоя­ние и показания барометра.

Морской барометр подвешивается на судне в закрытом поме­щении на кардановом подвесе.

Барометр-анероид, или просто анероид, яв­ляется простым и удобным в обращении прибором, широко при­меняющимся для измерения ат­мосферного давления на судах.

Принцип действия анероида основан на измерении степени деформации стенок пустотелой плоской металлической барокоробки под действием атмосфер­ного давления.

Анероидная коробка, являясь воспринимающей частью прибо­ра, весьма чутко реагирует на из­менение атмосферного давления. Чувствительность барокоробки достигается тем, что воздух в ней очень сильно разряжен. При увеличении давления коробка сжимается, а при уменьшении - расширяется. Чтобы избежать полной деформации коробки, возможной под действием атмо­сферного давления, к ней прикреплена дугообразная пружина, которая, растягивая коробку, уравновешивает действующее на нее атмосферное давление.

Сжатие и растяжение коробки передаются на стрелку-ука­затель барометра через систему тяг и рычагов. Шкала анероида проградуирована либо в миллиметрах, либо в миллиметрах ртутного стоба. Гра­дуировка анероида произведена при условии, что температура барокоробки при всех значениях давления равна 0°. Поэтому для определения поправки па показание анероида, зависящей от температуры, при отсчете давления каждый раз определяют температуру самого прибора. Последняя определяется по термо­метру, вмонтированному в дугообразную прорезь на лицевой поверхности анероида.

Механизм анероида заключен в круглую металлическую или пластмассовую коробку, застекленную с лицевой стороны. При­бор всегда хранится в специальном футляре с открывающейся крышкой.

Барометр-анероид, по сравнению с ртутным барометром, ме­нее точный прибор, но зато почти не чувствительный к качке судна. Это делает его более удобным в пользовании и хранении в корабельных условиях. Основным недостатком анероидов является постепенное снижение их чувствительности и точности показании в связи с возникающей со временем остаточной де­формации анерондиой коробки и пружины. Для устранения этих недостатков анероиды периодически должны подвергаться проверке в специальных учреждениях Гидрометеорологической службы - в бюро поверки. Поверка анероидов должна производиться через каждые полгода.

Барограф предназначен для непрерывной записи изменения атмосферного давления. Его устройство ана­логично устройству термографа. Он также состоит из двух основных частей: воспринимающей и пишущей. В качестве приемника давления служит несколько (5-10) анерондных коро­бочек, соединенных между собой металлическими прокладками. Во избежание полной деформации коробочек, возможной под действием атмосферного давления, внутри каждой из них встроена пружина рессорного типа.

Частичная суммарная деформация в виде небольших верти­кальных смещений всей серии барокоробок, возникающих под действием меняющегося атмосферного давлення, передается че­рез систему рычагов па стрелку, па конце которой насажено перо.

Запись давлення в виде кривой происходит на ба­рабане, медленно вращающемся с помощью часового механиз­ма. На барабан надевается бумажная лента, разграфленная горизонтальными линиями (давлением в мб) и вертикальными дугами (время в часах и минутах.

В зависимости от времени полного оборота барабана, барорифы бывают «суточные» и«недельные».

По барографу можно определить не только конкретную ве­личину атмосферного давления в любой момент времени, по и величину и характер его изменения за любой интервал времени.

Поскольку изменение атмосферного давлення весьма тесно связано с текущей и предстоящей погодой, то для ее предсказа­ния в условиях плавания важно знать не столько абсолютное значение давления, сколько величину и характер ее изменения за последние несколько часов.

Барограф на судне устанавливают в закрытом помещении из пружинящих растяжках или крепят к специальной полке или к столу.

19.06.2015

Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутрного столба, то считается повышенным , если меньше – то пониженным .

Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозней, а летом – жаркой. Пониженное атмосферное давление способствует появлению облачности, выпадению осадков. Поэтому постоянно знать величину атмосферного давления и контролировать его изменения необходимо не только ученым, медикам, но и всем нам.

Атмосферное давление

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, а также в Паскалях и гектоПаскалях. Принято считать нормальным давление, которое равно 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа) .

Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.

На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.

Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.

Приборы для измерения атмосферного давления

На сегодняшний день существует несколько видов барометров, с помощью которых осуществляют измерение давления воздуха:

• Ртутный сифонный барометр – представляет У-образную, наполненную ртутью трубку с открытым и запаянным концом.
• Ртутный чашечный барометр – состоит из вертикальной, наполненной ртутью трубки, верхний конец которой запаян, а нижний находится в специальной чашечке с ртутью.
• Барометр-анероид – является безвоздушной металлической коробкой с волнообразными стенками.
• Барограф – самопищущий прибор, который применяют для наблюдения за барометрическим давлением в определенные промежутки времени.
• Электронный барометр – цифровой прибор, работающий по принципу обычного анероида или по принципу измерения давления воздуха на чувствительный кристалл.

Ртутные барометры являются более точными и надежными по сравнению с анероидами, по ним проверяют работу других видов барометров. Высота давления в них определяется по высоте столба ртути. Метеорологические станции оборудованы чашечными барометрами.

Измерение атмосферного давления с помощью термогигрометра

Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины. Поэтому такие многофункциональные приборы приобрести намного выгоднее, чем устаревшие барометры и психрометры.

АО «ЭКСИС» предлагает Вашему вниманию огромный ассортимент электронных измерителей давления и других контрольно-измерительных приборов высокого качества и всегда по доступным ценам.

В частности, в нашей копании Вы сможете приобрести следующие модели термогигрометров:

Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.

Приспособление для учета колебаний атмосферного давления. Надземный слой нашей планеты имеет толщину в десятки километров. Концентрация смешанных газов в нем отличается небольшой массой, однако в таких значимых объемах оказывает на поверхность существенную нагрузку. Фактически, человек редко его ощущает, так как имеет приспособленность к воздействию этого фактора. Тем не менее, эту величину вполне реально измерить.

Принцип действия простейших устройств

Простейший прибор для измерения атмосферного давления (АД) представляет собой нехитрое устройство, состоящее из тонкостенной стеклянной трубки и ртутного наполнителя. Один из стандартных размеров такого приспособления: трубка толщиной 1 миллиметр и длинной в сто сантиметров.

Если перевернуть емкость закрытым концом вверх, а открытой частью вниз, то некий объем ртути удалится, а определенная часть останется внутри. Содержание жидкого металла будет снижаться до стабилизации внутреннего и наружного давления.

Анероидный и ртутный прибор

Анероид-барометр, что это такое? В принципе работы этого устройства учитываются колебания через круглый металлический корпус с волнистыми стенками, из которого выкачан воздух.

Эластические боковины короба при увеличении давления прогибаются, а при снижении - выпираются. Специальным механизмом рабочие камеры связаны со стрелкой. Она показывает на величину атмосферного давления по шкале, градуированной в миллиметрах столба ртутного.

Прибор для измерения атмосферного давления представляет собой U-образно изогнутую стеклянную колбу с ртутным наполнителем. Показания определяются по разности содержимого в увеличенном и малом отрезке колбы.

При помощи барографов вариации АД регистрируются на ленте, находящейся в действующем блоке барабанного типа. Измеряемые показатели регистрируются в миллиметрах (мм рт. ст.) или миллибарах (мбар).

Барограф

Далее представлен барограф. На вопрос - барометр, что это такое в данной конфигурации, можно ответить - это агрегат-самописец для постоянной фиксации атмосферного давления. Его действие основано на колебаниях АД. В итоге деформация передается системой на устройство. При повышении показаний происходит сжимание коробок, рычаг с пером идет вверх, а в случае снижения давления камеры под действием контрольной пружины становятся шире, и самописец проводит нижнюю линию. Фиксированные показания давления вычитаются на специальной градуированной бумажной ленте, которая размещена на вращающемся барабане.

Для устранения температурных колебаний, влияющих на точность показаний, в устройства монтируют конденсаторы из биметалла. Приспособления устанавливаются вдали от нагревательных приборов и должны быть защищены от прямого воздействия солнечных лучей. Заводной механизм рассчитан на сутки либо на недельный режим.

Особенности использования

Показания барометра фиксируют с учетом изменения климатических условий в разных регионах, поскольку давление воздуха - величина непостоянная, о чем известно еще со школьных уроков природоведения.

При хорошей, теплой и безветренной погоде барометр настенный или настольный показывает высокие значения. Соответственно, при снижении данных в ближайшее время ожидается похолодание либо осадки.

Приспособление, расположенное внутри дома работает точно так, как и в пространстве, не ограниченном оградами, стенами и заборами. Слегка видоизменяет показания прибора высота здания, поскольку давление будет более низким на 9-м этаже и выше, чем на меньших уровнях одного строения.

Приспособление с учетом высоты

Чем выше подъем вверх, тем ниже показатели давления атмосферного столбика. Выявленная закономерность применяется в авиационных приборах, определяющих высоту полета. Подобные устройства называются альтиметрами.

Безусловно, результаты первых, не совсем совершенных приборов, существенно варьировались от погодных факторов, ведь негативные метеоусловия сопровождались падением давления, соответственно, показания прибора высвечивали данные, которые объективно больше реальной отметки. Для снятия правильных показаний требуется корректировка исходящих параметров. Принцип работы современных альтиметров иной - они не используют для измерения высоты давление атмосферы.

Как пользоваться?

Часы с барометром и другие виды устройств - это стрелочный прибор с круглой или овальной шкалой, на которой имеются деления. Величина измерения берется в миллиметрах ртутного столба.

При значениях 750-760 мм рт. ст. в перспективе ожидается замечательный погожий день, который не помешает прогулке, поездке на природу, дачу. При снижении указателя барометра ниже отметки 750 имеется вероятность дальнейшего падения, значит - стоит ожидать ненастную погоду, внезапное похолодание и обильное выпадение осадков.

Слежение за АД жизненно важно для тех, кто страдает повышенным давлением крови. В периоды критического изменения этого показателя такие люди подвержены ухудшению состояния здоровья. Информация о погодных переменах существенна для них по причине своевременного принятия лекарства, сохранения своей работоспособности и здоровья.

Современные экземпляры

Сейчас чаще всего используются барометры чашечного типа или сифонные виды. В стационарных устройствах, которые оборудованы компенсированной шкалой, атмосферное давление высчитывается непосредственно по положению ртути в стеклянной емкости.

В экземплярах для экспедиций перед началом наблюдений предварительно корректируют уровень ртути в чаше на нулевой отметке, используя регулирующий винт. В сифонно-чашечных приспособлениях величина АД измеряется по разнице высот столба в длинном и открытом участке. Такое приспособление отсчитывает показания с точностью до пяти сотых. Для определения десятых долей столба используется подвижной металлический шаблон.

Полученные числовые результаты атмосферного давления приводятся по специальной таблице к нулю градусов по Цельсию. Температурные корректировки показаний могут быть весьма существенными. Невзирая на виды барометров, они устанавливаются вдали от источников тепла (печей, обогревателей, прямого солнечного воздействия), а также подальше от дверных и оконных проемов.

Особенности

Рассматриваемое приспособление может применяться в удобном и компактном исполнении. Например, часы с барометром имеют следующую функциональность:

• Непроницаемость для воды, вплоть до 50-100 метров.
• Устойчивость к ударам и механическим воздействиям, что немаловажно для рыбаков, охотников и любителей экстремального отдыха.
• Барометр позволяет спрогнозировать изменения атмосферного давления и погоды в целом.
• Кроме того, часы могут оснащаться термометром, подсветкой, компасом и даже навигатором, что существенно облегчает пребывание в не совсем знакомой местности.

На вопрос "Барометр, что это такое?" однозначно можно ответить - приспособление особенно важное для путешественников, рыбаков, охотников и мореплавателей. Кроме того, эта штука в бытовом использовании позволяет довольно точно предугадать колебания погоды, что актуально для людей с заболеваниями сердечно-сосудистой и нервной системы.

Сила веса воздушного столба высотой 10 км, действующая на единицу земной поверхности, называется атмосферным давлением. В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па)

Однако, 1 Па – очень малая величина давления, поэтому при измерении атмосферного давления пользуются кратными единицами: кПа = 1000 Па и МПа = 10 6 Па = 1000 кПа.

Кроме Паскаля для измерения атмосферного давления также используются внесистемные единицы – миллиметры ртутного (водяного) столба и бары, причем

1 бар = 101,3 кПа = 760 мм. рт. ст.,

именно такое значение имеет атмосферное давление на уровне моря.

Прибор для измерения атмосферного давления называется барометром. Наиболее распространенным типом является металлический барометр-анероид, конструкция которого показана на рис. 1.2. Основу анероида составляет цилиндрическая камера К , из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной (волнистой) мембраной М . Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она с помощью тяги Т соединена с пружиной П , закрепленной на корпусе прибора. К пружине шарнирно прикреплен нижний конец стрелки С , которая может вращаться вокруг оси О . Для измерения показаний прибора служит шкала Ш . При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале, показывая значение давления (шкалу барометра-анероида градуируют и поверяют по показаниям ртутного барометра).

Рис. 1.2 – Принципиальная схема барометра-анероида

Анероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точные, чем ртутные барометры. Внешний вид барометра-анероида показан на рис. 1.3.

Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами. Давление определяется весом столба атмосферного воздуха, давящего на данный участок поверхности Земли. Поскольку на больших высотах над уровнем моря, например, на вершине горы, слой вышележащего воздуха тоньше, атмосферное давление уменьшается с высотой. Атмосферное давление также изменяется при перемещении воздушных масс, образующих холодные и теплые атмосферные фронты. Поэтому можно предсказывать погоду по показаниям барометра.

В настоящее время применяются два основных типа барометров: ртутные и анероиды. В ртутном барометре, изобретенном в 1643 году итальянским ученым Эванжелиста Торричелли (Evangelista Torricelli), основным элементом является стеклянная трубка, заполненная ртутью, столбик которой поднимается и опускается по мере того, как атмосферное давление увеличивается или уменьшается. Барометр-анероид, похожий на тот, что показан на рисунке справа, был изобретен в 1843 году французским ученым Люсьеном Види (Lucien Vidie). Основной частью анероида является небольшая гофрированная металлическая мембранная коробка, из которой практически полностью выкачан воздух (схема внизу). При изменении атмосферного давления мембранная коробка расширяется или сжимается. Чувствительный механизм преобразует перемещение мембран в круговое движение стрелки, показывающей величину давления на шкале прибора.

Внутреннее устройство барометра-анероида

Серия рычагов внутри барометра усиливает небольшие перемещения при расширении и сжатии мембранной коробки. Большинство барометров-анероидов имеет менее 20 см в поперечнике.

(Рисунок вверху статьи)

Тонкое пишущее перо барографа осуществляет непрерывную запись атмосферного давления на вращающемся барабане.

Изменение атмосферного давления заставляет ртуть в трубках подниматься или опускаться. Высота столбиков ртути зависит только от атмосферного давления, диаметр и форма трубок значения не имеют. На уровне моря столбик ртути поднимается на 760 миллиметров.

Два простых металлических полушария демонстрируют существование атмосферного давления. После того как из полушарий выкачан весь воздух и в них образовался вакуум, атмосферное давление делает невозможным их разъединение.