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.

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.

Единицы измерения атмосферного давления

Таблица 24

Соотношение единиц измерения барометрического давления

Из приведенных в таблицах 23 и 24 единиц измерения наибольшее распространение в России получили мм. рт. ст. имб . Для удобства пересчетов в необходимых случаях можно использовать следующее соотношение:

760 мм рт. ст. = 1013мб = 101300Па (36)

Более простой способ:

Мб = мм. рт. ст.(37)

Мм рт. ст. = мб(38)

Приборы для измерения атмосферного давления.

В гигиенических исследованиях применяются два типа барометров :

жидкостные барометры ;

металлические барометры – анероидные .

Принцип работы различных модификаций жидкостных барометров основан на том, что атмосферное давление уравновешивает определенной высоты столб жидкости в запаянной с одного конца (верхнего) трубке. Чем меньше удельный вес жидкости, тем выше столб последней, уравновешиваемый давлением атмосферы.

Наибольшее распространение получили ртутные барометры , так как высокий удельный вес жидкой ртути позволяет сделать прибор более компактным, что объясняется уравновешиванием давления атмосферы менее высоким столбом ртути в трубке.

Используются три системы ртутных барометров:

чашечные ;

сифонные ;

сифонно-чашечные .

Указанные системы ртутных барометров схематически представлены на рисунке 35.

В отдельных модификациях имеются две шкалы – в мм рт. ст. и мб. Десятые доли мм рт. ст. или мб отсчитываются по подвижной шкале – нониусу. Для этого необходимо винтом установить нулевое деление шкалы нониуса на одной линии с вершиной мениска ртутного столба, отсчитать число целых делений миллиметров ртутного столба по шкале барометра и число десятых до-лей миллиметра ртутного столба до первой отметки шкалы нониуса, совпадающей с делением основной шкалы.

Пример. Нулевое деление шкалы нониуса находится между 760 и 761 мм рт. ст. основной шкалы. Следовательно, число целых делений равно 760 мм рт. ст. К этой цифре необходимо прибавить число десятых долей миллиметра ртутного столба, отсчитанных по шкале нониуса. Первым с делением основной шкалы совпадает 4-е деление шкалы нониуса. Барометрическое давление равно 760 + 0,4 = 760,4 мм рт. ст.

Как правило, в чашечные барометры встроен термометр (ртутный или спиртовый в зависимости от предполагаемого диапазона температуры воздуха при исследованиях), так как для получения окончательного результата необходимо специальными расчетами привести давление к стандартным условиям температуры (0С) и барометрического давления (760 мм рт. ст.).

В чашечных экспедиционных барометрах перед наблюдением предварительно с помощью специального винта, расположенного в нижней части прибора, устанавливают уровень ртути в чашке на нулевую отметку.

Сифонные и сифонно-чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах величина атмосферного давления измеряется по разнице высот ртутного столба в длинном (запаянном) и коротком (открытом) коленах трубки. Данный барометр позволяет производить измерение давления с точностью до 0,05мм рт. ст . При помощи винта в нижней части приборов уровень ртути в коротком (открытом) колене трубки приводят к нулевой точке, а затем отсчитывают показания барометра.

Сифонно-чашечный инспекторский барометр. Данный прибор имеет две шкалы: слева в мб и справа в мм рт. ст. Для определения десятых долей мм рт. ст. служит нониус. Найденные значения атмосферного давления, как и при работе с другими жидкостными барометрами, необходимо с помощью вычислений или специальных таблиц привести к 0С.

На метеорологических станциях в показания барометров вводят не только температурную поправку, но и так называемую постоянную поправку: инструментальную и поправку на силу тяжести.

Устанавливать барометры следует в отдалении или изолированно от источников теплового излучения (солнечное излучение, нагревательные приборы), а также в отдалении от дверей и окон.

Металлический барометр-анероид (рисунок 36). Данный прибор особенно удобен при проведении исследований в экспедиционных условиях. Однако этот барометр перед использованием должен быть выверен по более точному ртутному барометру.

Принцип устройства и действия барометра-анероида очень прост. Металлическая подушечка (коробка) с гофрированными (для большей эластичности) стенками, из которой удален воздух до остаточного давления 50-60 мм рт. ст., под воздействием давления воздуха изменяет свой объем и в результате деформируется. Деформация передается по системе рычажков стрелке, которая и указывает на циферблате атмосферное давление. На циферблате барометра анероида вмонтирован изогнутой формы термометр в связи с необходимостью, как указывалось выше, приведения результатов измерения к 0С. Градуировка циферблата может быть в мб или в мм рт. ст. В некоторых модификациях барометра-анероида имеются две шкалы – как в мб, так и в мм рт. ст.

Анероид-высотомер (альтиметр). В измерении высоты по уровню атмосферного давления заложена закономерность, согласно которой между давлением воздуха и высотой имеется зависимость, весьма близкая к линейной. То есть при подъеме на высоту пропорционально снижается атмосферное давление.

Данный прибор предназначен для измерения атмосферного давления именно на высоте и имеет две шкалы. На одной из них нанесены величины давления в мм рт. ст. или мб, на другой – высота в метрах. На летательных аппаратах применяют альтиметры с циферблатом, на котором по шкале определяется высота полета.

Барограф (барометр-самописец). Данный прибор предназначен для непрерывной регистрации атмосферного давления. В гигиенической практике применяются металлические (анероидные) барографы (рисунок 37). Под влиянием изменений атмосферного давления пакет соединенных вместе анероидных коробок в результате деформации оказывает влияние на систему рычажков, а через них на специальное перо с незасыхающими специальными чернилами. При увеличении атмосферного давления анероидные коробки сжимаются и рычажок с пером поднимается кверху. При уменьшении давления анероидные коробки с помощью помещенных внутри их пружин расширяются и перо чертит линию книзу. Запись давления в виде непрерывной линии вычерчивается пером на градуированной в мм рт. ст. или мб бумажной ленте, помещенной на цилиндрический вращающийся с помощью механического завода барабан. Используются барографы с недельным или суточным заводом с соответствующими градуированными лентами в зависимости от цели, задач и характера исследований. Выпускаются барографы с электрическим приводом, вращающим барабан. Однако на практике данная модификация прибора менее удобна, так как ограничивается его использование в экспедиционных условиях. Для устранения температурных влияний на показания барографа в них вставляется биметаллические компенсаторы, автоматически осуществляющие коррекцию (поправку) движения рычажков в зависимости от температуры воздуха. Перед началом работы рычажок с пером с помощью специального винта устанавливается в исходное положение, соответствующее времени, обозначенном на ленте и на уровень давления, измеренный точным ртутным барометром.

Чернила для записи барограмм можно приготовить по следующей прописи:

Приведение объема воздуха к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0  С). Данный аспект измерения барометрического давления весьма важен при измерении концентраций загрязняющих веществ в воздухе. Игнорирование указанного аспекта может обусловить значительные ошибки в расчетах концентраций вредных веществ, которые могут достигать 30 и более процентов.

Приведение объема воздуха к нормальным условиям производится по формуле:

Пример . Для измерения концентрации пыли в воздухе через бумажный фильтр с помощью электрического аспиратора пропущено 200 л воздуха. Температура воздуха в период его аспирации составляла- +26 С, барометрическое давление - 752 мм рт. ст. Необходимо привести объем воздуха к нормальным условиям, то есть к 0С и 760 мм рт. ст.

Подставляем в формулу Х значения соответствующих параметров примера и рассчитываем искомый объем воздуха при нормальных условиях:

Таким образом, при расчете концентрации пыли в воздухе необходимо учитывать объем воздуха именно 180,69 л , а не 200л .

Для упрощения расчетов объема воздуха при нормальных условиях можно пользоваться поправочными коэффициентами на температуру и давление (таблица 25) или рассчитанными готовыми величинами формулы 39 и(таблица 26).

Таблица 25

Поправочные коэффициенты на температуру и давление для приведения объема воздуха к нормальным условиям

(температура 0 о

Окончание таблицы 25

Таблица 26

Коэффициенты для приведения объемов воздуха к нормальным условиям

(температура 0 о С, барометрическое давление 760 мм рт. ст.)

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.