Барометр

Барометр

Станционный чашечный барометр. Устройство, измерение, установка

1. Станционный чашечный барометр. Устройство, измерение, установка

Барометр, прибор для измерения атмосферного давления. Наиболее распространены: жидкостные Б., основанные на уравновешивании атмосферного давления весом столба жидкости; деформационные Б., принцип действия которых основан на упругих деформациях мембранной коробки; Гипсотермометры, основанные на использовании зависимости точки кипения некоторых жидкостей, например воды, от внешнего давления.

Наиболее точными стандартными приборами являются ртутные Б.: ртуть благодаря большой плотности позволяет получить в Б. сравнительно небольшой столб жидкости, удобный для измерения. Ртутные Б. представляют собой два сообщающихся сосуда, наполненных ртутью; одним из них служит запаянная сверху стеклянная трубка длиной около 90 см, не содержащая воздуха. За меру атмосферного давления принимается давление столба ртути, выраженное в мм рт. ст. или в мбар (см. Бар).

Для определения атмосферного давления в показания ртутного Б. вводят поправки: 1) инструментальную, исключающую погрешности изготовления; 2) поправку для приведения показания Б. к 0°С, т. к. показания Б. зависят от температуры (с изменением температуры меняется плотность ртути и линейные размеры деталей Б.); 3) поправку для приведения показаний Б. к нормальному ускорению свободного падения (gn = 9,80665 м/ сек2), она обусловлена тем, что показания ртутных Б. зависят от географической широты и высоты над уровнем моря места наблюдений.

В зависимости от формы сообщающихся сосудов ртутные Б. подразделяют на 3 основных типа: чашечные, сифонные и сифонно-чашечные. Практически применяют чашечные и сифонно-чашечные Б. На метеорологических станциях пользуются станционным чашечным Б.

Он состоит из барометрической стеклянной трубки, опущенной свободным концом в чашу С. Вся барометрическая трубка заключена в латунную оправу, в верхней части которой сделана вертикальная прорезь; на краю прорези нанесена шкала для отсчёта положения мениска ртутного столба. Для точной наводки на вершину мениска и отсчёта десятых долей применяется особый визир n, снабженный Нониусом и перемещаемый винтом b. Отсчёт высоты ртутного столба производят по положению ртути в стеклянной трубке, а изменение положения уровня ртути в чашке учитывается применением компенсированной шкалы так, что отсчёт по шкале получается непосредственно в миллибарах. При каждом Б. имеется небольшой ртутный термометр T для введения температурной поправки. Чашечные Б. выпускаются с пределами измерения 810—1070 мбар и 680—1070 мбар; точность отсчёта 0,1 мбар.

В качестве контрольного применяется сифонно-чашечный Б. Он состоит из двух трубок, опущенных в барометрическую чашу. Одна из трубок закрыта, а другая сообщается с атмосферой. При измерении давления винтом поднимают дно чашки, подводя мениск в открытом колене к нулю шкалы, а затем отсчитывают положение мениска в закрытом колене. Давление определяют по разности уровней ртути в обоих коленах. Предел измерения этого Б. 880—1090 мбар, точность отсчёта 0,05 мбар.

Рис. 1. Типы ртутных барометров: а — чашечный, б — сифонный, в — сифонно-чашечный.

Рис. 2. Станционный чашечный барометр; К — кольцо, на котором подвешивается барометр.

1. Барометр (греч. вЬспт, «тяжесть», греч. мефсЬщ, «измерять») — прибор для измерения атмосферного давления. Был изобретён итальянским учёным Эванджелиста Торричелли.

Устройство

В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке запаянной сверху, а нижним концом опущенной в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры — наиболее точные, используются на метеостанциях.

В быту обычно используются механические барометры (Анероид). В анероиде жидкости нет (греч. «анероид» – «безводный»). Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении – сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину. На практике часто используется несколько (до десяти) анероидных коробок, соединенных последовательно, и имеется рычажная передаточная система, которая поворачивает стрелку, движущуюся по круговой шкале, проградуированной по ртутному барометру.

2. Барометр Анероид

Анероид (греч. а + nзrys — отрицательная частица + «вода», в буквальном переводе — «безводный») — прибор для измерения атмосферного давления, тип барометра, действующий без помощи жидкости.

Устройство прибора

Приёмной частью анероида служит цилиндрическая металлическая коробка с концентрически-гофрированными (для большей подвижности центра) основаниями, внутри которой создано разрежение. При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет прикрепленную к ней пружину; при понижении давления коробка раздувается, толкая пружину. Перемещение конца пружины через систему рычагов передаётся на стрелку, перемещающуюся по шкале. В последних конструкциях вместо пружины применяют более упругие коробки.

К шкале анероида может быть прикреплен дугообразный термометр-компенсатор, который служит для внесения поправки в показания анероида на температуру. Для получения истинного значения давления показания анероида нуждаются в поправках, которые определяются сравнением с ртутным барометром. Поправок к анероидам три:

на шкалу — зависит от того, что анероид неодинаково реагирует на изменение давления в различных участках шкалы

на температуру — обусловлена зависимостью упругих свойств анероидной коробки и пружины от температуры

добавочная, обусловленная изменением упругих свойств коробки и пружины со временем.

Погрешность измерений анероида составляет 1-2 мбар. Вследствие своей портативности анероиды широко применяются в экспедициях и быту. Кроме того, анероиды используются также как высотомеры. В этом случае шкалу анероида градуируют в метрах.

Барометр-анероид — один из основных приборов, используемый метерологами для составления прогнозов погоды на ближайшие дни, так как её изменение зависит от изменения атмосферного давления.

3. Методы измерения влажности

Поскольку для описания влажности может быть использовано большое количество переменных, существует несколько способов измерения влажности с различной точностью.

Гигрометрические способы измерения. Гигрометры. Влагомеры.

Гигрометрический способы измерения основаны на изменении длины гигроскопических нитей, в частности, волос или синтетических нитей.

Влагочувствиетельный элемент, производимый компанией Galltec под торговой маркой POLYGA™, состоит из нескольких синтетических нитей, каждая из которых содержит в себе 90 отдельных волокон диаметром 0,003мм. После специальной обработки нити приобретают гигроскопические свойства.

Измерительный элемент адсорбирует и испаряет влагу. Эффект набухания, проявляющийся, главным образом, в увеличении длины, передается системой рычагов микровыключателю с очень маленьким ходом штока переключателя. На изменение влажности воздуха измерительный элемент реагирует быстро и точно. При настройке установки ручки с помощью ручки регулятора, система рычагов приводится в действие таким образом, что когда достигается установленное значение влажности воздуха, активируется выключатель гигростата (влагомера).

Несмотря на то, что такие гигрометры или гигростаты являются хорошим решением в ценовом плане, их использование ограничено измерительным классом. Точность таких измерений составляет около ±5% относительной влажности.

Психрометр.

Психрометры значительно более точны, чем гигрометрические способы измерений. Они измеряют уровень влажности благодаря физическому эффекту охлаждения при процессах испарения. При данном способе измерений один термометр считывает температуру окружающего воздуха, а другой т. н. температуру влажного термометра. Для этого термометр должен быть увлажнен хлопковой тканью и обдуватся воздухом со скоростью от 2 до 3 м/с. Происходящее испарение охлаждает термометр и при наступлении состояния равновесия, влажность может быть подсчитана по показаниям сухого и влажного термометра. Степень точности 1% относительной влажности у психрометра может быть достигнута при использовании точных термометров и при условии аккуратного обслуживания оборудования.

Зеркало точки росы

Зеркало точки росы – другой достаточно точный способ измерения. Поверхность с металлическим напылением охлаждается до температуры, при которой из воздуха начинает выпадать роса. Температура, измеренная в этой точке, соответствует температуре точки росы. Отсюда, ориентируясь на температуру окружающего воздуха, может быть подсчитана влажность. При таком способе измерения может быть достигнута точность 1% RH*.

Последние два способа достаточно точны, хотя они довольно дороги и сложны.

Влагомер

Влагомер представляет собой прибор для измерения влагосодержания газоообразных (газов), жидких (жидкостей) и твердых веществ (сыпучих, гигроскопичных и других). Влагомеры бывают гигрометрические, гигроскопические, электрохимические (для жидкостей и газов), психрометрические, емкостные, кондуктометрические (жидкость, твердые и сыпучие материалы), а также влагомеры, основанные на явлении ядерного магнитного резонанса.

Принцип действия влагомера основан на диэлектрической проницаемости измеряемых объектов. Влагомером улавливаются корреляционные изменения измеряемого материала, при воздействии на его поверхность. Прибор определяет количество влаги в объекте. Зачастую на показания влагомера не влияют ни температуры измеряемых веществ, ни наличие статического электричества.

Влагомеры нашли свое применение в области измерения, мониторинга и управления влажностью при таких технологических процессах как сушка древесины, сушка дерева (пиломатериалов), сушке зерна, зернопродуктов, сыпучих и гигроскопичных материалов. Влагомеры широко используются в строительстве, мебельном производстве, столярном деле. Влагомеры измеряют влажность бетона, мебельного щита, влажность стен, влажность в помещении при проведении ремонтных работ, укладке паркета. Зачастую влагомеры совмещают с датчиками влажности и температуры, в том случае, когда нужно измерять не только влажность, но и температуру.

Емкостные датчики влажности.

Емкостные датчики влажности (влагомеры) в последнее время становятся всё более распространенными. Они не дороги, просты в эксплуатации и обеспечивают очень точные показания.

Основа этих датчиков – емкостные влагочувствительные элементы. Маленькая, тонкая стеклянная или керамическая подложка является основой для электродной системы, влагочувствительного полимерного слоя и слоя золота, который проницаем для паров воды.

Учитывая тот факт, что полимерный гигроскопический слой может впитывать молекулы воды, которые изменяют их относительную диэлектрическую проницаемость, эта система представляет собой влагозависимый конденсатор. Емкость этого конденсатора является мерой относительной влажности окружающего его воздуха.

Изменение емкости влагомера конвертируется в выходной электрический сигнал электроникой, которая располагается непосредственно возле влагочувствительного элемента датчика. Таким образом при объединении этих двух элементов получается емкостной датчик влажности (влагомер), который откалиброван по стандартам влажности. Достигаемая степень точности, которая существенно зависит от линейности отклонений, гистерезиса и температурной зависимости, составляет около 2% RH*.

Емкостные влагочувствительные элементы, производимые компанией Mela Sensortechnik могут быть использованы во всем спектре влажности, т. е. от 0% до 100%, они устойчивы к оттаиванию и могут быть использованы в температурном диапазоне от -40°С до 200°С.

Датчики влажности (влагомеры, измерители влажности), основанные на этом принципе, также перекрывают весь диапазон влажности от 0% до 100% RH* и могут использоваться внутри температурного диапазона от -20°С до +80°С. Специальные серии влагомеров могут использоваться при более высоких температурах (до 200°С).

Кривая показаний влагомеров практически линейная; отклонения линеарности менее чем 2%. Если влагомеры работают длительное время в условиях экстремально низкой или высокой влажности, может произойти увеличение отклонения до 2% RH*; однако, это явление исчезает при однократном проведении датчика через весь спектр влажности. Кроме того, отклонения могут появляться, если влагомер (датчик влажности) был незащищен от различных загрязняющих субстанций.

Благодаря своей высокой чувствительности, емкостные датчики влажности (влагомеры) идеальны для измерения равновесной влажности гигроскопичных материалов. Если известны изотермы поглощения гигроскопических материалов, то таким же образом можно определить степень влажности твердых материалов.

Калибровка

Для того чтобы поддерживать высокую точность измерений в течение длительного периода времени, кривая выходного синала влагомера может регулярно подвергаться проверке. MELA Sensortechnik предлагает стандарты влажности для проверки и перекалибровки датчиков (влагомеров) по месту их установки.

Пользователи, нуждающиеся в более точной калибровке, могут воспользоваться калибровочным центром компании. Лабораторный тест (тест имеет сертифицированное отклонение от лабораторного стандарта, измеренного при 11%, 33%, 57%, 75% и 90% RH) может быть выполнен по запросу.

4. Термограф — прибор для непрерывной регистрации температуры воздуха, воды и др. Чувствительным элементом термографа может служить биметаллическая пластинка, термометр жидкостной или термометр сопротивления. В метеорологии наиболее распространён термограф, чувствительным элементом которого является изогнутая биметаллическая пластинка, деформирующаяся при изменении температуры. Перемещение её конца передаётся стрелке, которая чертит кривую на разграфленной ленте. 1 мм записи по вертикали соответствует около 1 °C. По времени полного оборота барабана термографы подразделяются на суточные и недельные. Работа термографа контролируется по ртутному термометру.

Может входить в состав многофункционального прибора «Метеорограф».

5. Гигрограф (греч. hygrуs grapho — влажный+пишу) — прибор для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Чувствительным элементом гигрографа служит пучок обезжиренных человеческих волос или органическая плёнка. Запись происходит на разграфленной ленте, надетой на барабан, вращаемый часовым механизмом. В зависимости от продолжительности оборота барабана гигрографы бывают суточные и недельные.

Барометр — прибор для измерения атмосферного давления

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.

Информацию об окружающем нас мире можно получать разными способами. Можно, к примеру, просто выглянуть в окно, чтобы узнать, какая сегодня на улице стоит погода и стоит ли брать с собой зонтик.

Можно посмотреть на термометр и определить, как нужно одеваться, выходя из дома. Но для того, чтобы выяснить, долго ли продержится хорошая погода, или в ближайшие часы возможен дождь, нам понадобится хороший барометр.

Что такое барометр?

Барометром называют прибор, измеряющий атмосферное давление. Над поверхностью Земли расположен слой атмосферы толщиной в несколько десятков километров. Смесь газов, составляющая атмосферу, хотя и отличается небольшим весом, но в таких огромных количествах все же оказывает на земную поверхность определенное давление. Мы не замечаем его, так как наши организмы к нему хорошо приспособлены, однако величину атмосферного давления можно измерить.

Первые измерения давления атмосферы выполнялись с помощью очень простого измерительного прибора – тонкой стеклянной трубки, в которую была залита ртуть. Допустим, толщина трубки – 1 миллиметр, а длина – ровно 1000 миллиметров, или 1 метр.

Если опрокинуть трубку запаянным концом вертикально вверх, а открытым книзу, то часть ртути вытечет, а некоторое количество останется внутри. Ртуть будет вытекать, пока давление внутри трубки и снаружи не уравновесится.

Если измерить высоту столбика ртути в трубке, эту величину можно условно считать величиной давления атмосферы. Для нормальных погодных условий она составляет 760 миллиметров ртутного столба – это и есть показания ртутного барометра. В качестве жидкости, заполняющей трубку, можно использовать воду, спирт и т.д., но общепринятым является использование ртути.

Более удобным и точным в показаниях является так называемый барометр-анероид, или безводный барометр. Измерение давления в нем происходит с помощью запаянной коробки из тонкой жести, из которой откачана часть воздуха.

Под действием атмосферного давления стенки коробки прогибаются и растягивают или сжимают пружину, к другому краю которой прикреплена стрелка. Циферблат показывает, на какую величину изменилось давление атмосферы по сравнению с базовыми показателями.


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *