Основные термины и единицы измерения
Атмосферное давление – это давление столба воздуха, простирающегося от земли до верхней границы атмосферы на единицу земной поверхности.
Единицы измерения давления:
1 бар = 1 млн.дин/см2; 1/1000 бара = 10 мб
В системе СИ 1Па = 1Н/м2 = 10-5 = 0,01 мб.
Для практических целей используют следующие единицы измерения:
1 гПА = 100 ПА = 1 мб = 0,75 мм.рт.ст.
1 мм.рт.ст. = 1,33 гПА
Давление величиной 1012 гПА соответствующее массе ртутного столба 760 мм при t = 0ºС на широте 45º и на уровне моря, называется нормальным атмосферным давлением.
Ветром называется горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Ветер характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра измеряется в м/с, реже в км/ч или баллах. Направление ветра определяется румбом или азимутом той точки горизонта, откуда дует ветер. При измерении ветра используют 8 основных румбов.
Барометр-анероид БААМ (рисунок 6.1) – служит для измерения атмосферного давления в стационарных и экспедиционных условиях.
Воспринимающей частью анероида является металлическая толстостенная коробка, внутри которой воздух сильно разряжен. При увеличении давления коробка сжимается, а при уменьшении растягивается пружиной. Эти изменения с помощью системы рычагов и цепочки передаются стрелке, перемещающейся по круговой шкале анероида, разделенной на 0,5 мм.рт.ст. На циферблате анероида укреплен термометр со шкалой через 1ºС. Весь механизм анероида заключен в пластмассовом корпусе.
Рисунок 6.1 – Барометр-анероид БАММ
Измерение давления производится в месте, где нет резких изменений температуры воздуха. Постучав пальцем по стеклу снимают отсчет по положению конца стрелки относительно шкалы с точностью до десятой доли деления (0,1 мм.рт.ст. или 0,1 гПа). В показания вводят температурную поправку, предварительно измерив температуру по шкале термометра прибора.
Барограф (рисунок 6.2) служит для непрерывной регистрации изменений атмосферного давления.
Барограф размещен в пластмассовом корпусе. К нижней раме корпуса прикреплена металлическая плага, на которой смонтирован весь механизм прибора.
Чувствительным элементом прибора является бароблок, который системой рычагов связан со стрелкой пера. Положение подвижного винта, имеющего шарнир в кронштейне, фокусируется сверху винтом, а снизу упорной пружиной. Отметки на ленте барографа можно сделать нажимая кнопку.
Рисунок 6.2 – Барограф
Установка прибора производится на отдельной полочке метеостанции вдали от отопительных приборов, оконных проемов и мест, куда могут проникать прямые солнечные лучи.
Обработка и установка лент барографа производится так же, как и у термографа. Ленты барографа разграфлены равными промежутками по горизонтали через 2 мб и офицированы через каждые 10 мб. По вертикальной шкале времени деления между соседними дугами составляют 15 минут для суточного и 2 ч для недельного завода часового механизма.
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.
Барометр - прибор, измеряющий показания давления воздуха на окружающие предметы, был изобретен в 17 веке выдающимся итальянским ученным Э. Торричелли. Первоначально выглядел как стеклянная трубка с отметками, внутри её наполняла ртуть. В момент проведения исследования столбик ртути находился на 760 мм, теперь этот показатель принято считать уровнем нормального давления, по которому судят, повышается давление или наоборот понижается. Прибор такого вида благодаря высокой степени точности и сейчас применяются на различных метеостанциях и в научных лабораториях.
Спустя 2 века, проведя огромное количество испытаний и пользуясь наработками выдающегося немецкого ученого Якова Лейбница, инженер-изобретатель из Франции Люсьен Види явил миру свое «детище» - усовершенствованный барометр-анероид (от греческого «анерос» - «без влаги»), который был намного безопаснее в использовании и имел более легкий вес.
На сегодняшний день существуют такие разновидности:
- Жидкостные барометры;
- Ртутные;
- Барометры- анероиды;
- Электронные.
Принцип работы барометра
Внешне жидкостный барометр имеет вид стеклянных трубок, взаимодействующих друг с другом как сообщающиеся сосуды в соответствии с гидростатическими законами. Заполняет их ртуть или другие легкие по весу жидкости (глицерин, масло).
Чашечный барометр
Чашечный - стеклянная трубка с закрытым концом и чашкой, показания давления определяют, замеряя высоту столбика жидкости, который начинается от уровня чашки и заканчивается отметкой верхнего мениска.
Сифонный барометр
Сифонный - трубка с закрытым длинным концом, сифонно-чашечный - две трубки, одна в открытом виде, другая в закрытом + чашка, в них показания давления воздуха устанавливают с помощью определения разности уровней столбика жидкости в первой и второй трубке.
Ртутный барометр
Ртутный барометр - пара сообщающихся сосудов, внутри - ртуть, верх одной стеклянной трубки, длиной примерно в 90 см, закрыт, там нет воздуха. В зависимости от изменений в давлении ртуть под воздействием воздуха поднимается либо опускается в стеклянной трубке, а небольшой поплавок показывает движение ртутной массы и останавливается на отметке, показывающей её уровень в миллиметрах. Норма - ртуть на отметке 760 мм рт. ст., показания выше этого значения - идет процесс повышения давления, ниже - понижения. Барометры такого типа практически не используются в обычном обиходе, ведь ртуть является опасным ядовитым веществом, конструкция барометра довольно громоздка и требует острожного отношения. Поэтому они широко применяются только в лабораторных условиях, на различных научных метеорологических станциях и в промышленности, там, где важная абсолютная точность передачи данных.
Классический барометр-анероид
(1 - корпус; 2 - гофрированная пустотелая металлическая коробочка; 3 - стекло; 4 - шкала; 5- металлическая плоская пружина; 6 - спиральная пружина; 7 - нить; 8 - передаточный механизм; 9 - стрелка-указатель )
Система работы механического барометр-анероида, в котором отсутствует какая-либо жидкость, основан на принципе воздействия давления воздуха на металл. В середине прибора располагается коробка с тонкими гофрированными стенками из металла, под силой действия воздуха стенки сжимаются или разжимаются, рычажок поворачивает стрелку в ту или иную строну. Бывают настенного и настольного типа, очень удобны и практичны в использовании, поэтому их очень часто используют в домашних условия, в офисах и различных учреждениях.
Электронный барометр
Электронный (или цифровой) барометр - современная разновидность данного прибора, линейные показатели обычного барометра-анероида преобразовываются в электронный сигнал, который обрабатывается микропроцессором и выводится на жидкокристаллический экран. Имеет компактные размеры, прост и удобен в использовании, например, для рыбалки, туризма или как дачный вариант.
На данный момент уже существует цифровой вариант барометров, которые встроены как дополнительная функция в мобильное устройство или в часы-барометры.
Приборы для измерение атмосферного давления
Измерение атмосферного давления производится с помощью барометров. Οʜᴎ бывают ртутны е и анероиды .
Ртутные барометры представляют из себяпо существу весы, где давление столба воздуха, единичного сечения, простирающегося через всю атмосферу, уравнивает столб ртути, заключенный в стеклянную трубку, из которой выкачан воздух.
К стеклянной трубке прикреплена шкала, по которой отсчитывается величина давления (мм pт. ст. или мб).Ртутные барометры требуют поправки на температуру (ее изменения сказываются на высоту ртутного столба). Обычно показания барометра приводятся к температуре ртути 0 о С. Вместе с тем, вводится поправка на силу тяжести, которая зависит от географической широты (на полюсе сила тяжести наибольшая, на экваторе наименьшая). Показания барометра принято приводить к нормальной силе тяжести на широте 45°. Есть еще инструментальная поправка, которая возникает при изготовлении барометра. Все поправки обычно сводятся в специальные таблицы, имеющиеся на метеостанции для каждого барометра.
Примером ртутного барометра служит барометр чашечный стационарный .
Барометры анероиды предназначены главным образом для измерения давления в полевых условиях. Приемником атмосферного давления в анероиде служит металлическая волнистая цилиндрическая коробочка, из которой выкачан воздух. Коробочка одним концом (нижним) прикреплена к неподвижному основанию, к верхней ее части присоединена пружина. При увеличении атмосферного давления коробочка сжимается, а при уменьшении, под действием пружины, распрямляется. Эти изменения передаются системой рычагов на стрелку, которая перемещается вдоль шкалы с нанесенными делениями, соответствующими давлению в миллиметрах ртутного столба или миллибарах.
Барометр анероид устанавливается в помещении. Он снабжен термометром. Показания барометра анероида нуждаются в температурной поправке (они приводятся к 0 о С). Вместе с тем, вводятся поправки шкаловая и добавочная. Все поправки даются в сертификате (свидетельстве) прибора.
Для непрерывной регистрации атмосферного давления и его изменения применяется прибор (самописец) барограф . Он состоит из приемной части (несколько анероидных коробочек), передающего устройства (система рычагов с пером) и барабана с часовым механизмом, на который надевается лента͵ разграфленная по вертикали линиями, означающими время, по горизонтали линиями, означающими величину давления.
Есть барографы с суточным и недельным заводом часового механизма.
При увеличении атмосферного давления анероидные коробочки сжимаются и линия, которую чертит перо на барабане, поднимается вверх. При уменьшении давления происходит обратное явление. С помощью графического изображения хода давления на ленте определяется барическая тенденция.
Барограф устанавливается внутри помещений и является одним из наиболее показательных приборов, позволяющих наглядно и непрерывно следить за ходом атмосферного давления. Изменение давления является одним из признаков изменения погоды (понижение давления свидетельствует о приближении циклона - область с относительно плохой погодой, повышение давления говорит о приближении антициклона - области с относительно хорошей погодой).
При отсутствии барографа и барометра об изменении давления (его понижении или повышении) можно судить по показаниям барометрического высотомера, имеющегося на каждом самолете. Принцип действия прибора основан на измерении атмосферного давления, для чего служит анероидная коробочка, заключенная в корпусе прибора.
Приборы для измерение атмосферного давления - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Приборы для измерение атмосферного давления" 2017, 2018.
