Ртутные барометры

Наблюдения над изменениями атмосферного давления обычно ведутся с помощью ртутного барометра. Принцип его устройства можно вкратце описать так: Стеклянная трубка длиной около 90 см с одним закрытым и одним открытым концами полностью наполняется ртутью. Открытый конец трубки опускается в небольшой открытый сосуд, частично наполненный ртутью. Перед погружением в сосуд, чтобы ртуть не вытекла, конец трубки закрывается хотя бы пальцем. Когда палец снят, уровень ртути в трубке несколько понизится и установится на высоте около 76 см.

Ртутный барометр

Над ртутью в трубке образуется пустота, и, следовательно, внутри трубки над ртутью давления атмосферы не будет ощущаться. Так как атмосферное давление действует на свободную поверхность ртути в сосуде, то очевидно, что вес столба ртути над свободной поверхностью её в чашке уравновешивает вес столба в0здуха над нею, т. е. должен быть равен весу этого столба воздуха Следовательно, длина столба ртути в трубке в любой момент указывает давление атмосферы. Оно измеряется при помощи сантиметровой шкалы, помещенной вдоль стеклянной трубки.

Непосредственный отсчёт по барометру даёт длину столбика ртути, вес которого уравновешивает вес столба воздуха над барометром. Длина ртутного столба зависит также от температуры, которую в данный момент имеет барометр. Для того, чтобы сделать наблюдения, разных станций сравнимыми между собой, в отсчёты барометра вводится поправка на термическое расширение трубки, ртути и шкалы, причём стандартной температурой считается 0° С.

Вес столба ртути зависит также от силы тяжести в данном месте. Поэтому в отсчёты по барометру вводится ещё вторая поправка. Исправленная, таким образом, величина соответствует давлению, которое наблюдалось бы на станции, при силе тяжести, равной нормальной силе тяжести на широте 45° N.

Даже при наиболее тщательном изготовлении барометров нельзя избежать небольших неточностей, и отсчёты барометра следует поэтому исправлять, учитывая индивидуальные ошибки прибора. Когда отсчёт барометра исправлен инструментальной поправкой, поправкой на термическое расширение и местную силу тяжести, то мы получим истинное давление на уровне чашки со ртутью.

Кроме того, необходимо учесть, что атмосферное давление быстро уменьшается с высотой. Поэтому для сравнения результатов наблюдений различных станций необходимо ввести также поправку, приводящую давление на высоте данной станции к давлению на уровне моря. После внесения всех перечисленных поправок величина давления, сообщаемая каждой метеорологической станцией, соответствует тому давлению, которое наблюдалось бы точным барометром, помещённым на уровне моря, при температуре, равной 0° С, и силе тяжести, равной нормальной силе тяжести на широте 45° N.

Каждый человек следит за прогнозами погоды. Многие слушают не только прогнозы синоптиков об осадках и изменениях температур, но также интересуются атмосферным давлением. Для измерения последней величины используются барометры. На современных метеостанциях используются жидкостные приборы: они считаются наиболее точными. В быту используются анероиды — механические устройства.

В жидкостные устройства помещена ртуть, уровень которой повышается или понижается при изменениях давления. Сбоку есть шкала, по которой можно судить о характере изменений (выше или ниже). Принцип работы примитивного прибора очень простой. В анероидном барометре жидкости нет: коробка с металлическими стенками сжимается и расширяется. Присоединенная к коробке пружина вращает стрелку, а по круговой шкале на лицевой поверхности устройства можно следить за изменениями давления. Для точности измерений в приборе может использоваться до 10 анероидных коробок, соединенных в одну цепь.

История изобретения

Уже в начале 17 века была замечена связь между изменениями атмосферного давления и дальнейшей погодой. Первый барометр появился в 1643 году, а изобрел его известный физик и математик Торричелли.

Конструкция первого устройства была предельно простой. В тарелку наливалась ртуть, а вертикально установленная отверстием вниз колба «собирала» жидкий металл при повышении давления. Такой прибор было крайне неудобно эксплуатировать, но позже технология заполнения колбы ртутью стали использовать в термометрах. Поэтому итальянского ученого можно по праву считать также изобретателем термометра.

Как пользоваться барометром?

Чтобы узнать, как пользоваться барометром, вы можете изучить инструкцию. Но если она на английском языке или недостаточно понятная, то нужно поступить так. На круговой шкале имеется несколько зон:

  • сухо;
  • ясно;
  • переменно;
  • дождь;
  • шторм.

Стрелка, соединенная с пружиной и анероидной коробкой, двигается в зависимости от изменения давления. При снижении давления можно говорить об ухудшении погоды. Если стрелка движется в противоположную сторону, то давление растет и погода улучшается.

Чтобы было удобнее следить за изменениями, на шкале есть подвижная стрелка, которую можно устанавливать в любое положение. Установив обе стрелки рядом, через время можно заметить даже самые незначительные колебания атмосферного давления в ту или иную сторону.

Электронные барометры

Существует отдельная категория приборов — цифровые. Подобная электроника проста в эксплуатации, а также менее хрупкая, чем механический или жидкостный барометр. Электронные устройства не являются отдельным прибором, а помещены в систему портативной метеорологической станции.

Иногда барометры встречаются даже в наручных часах. Такие часы — незаменимы для рыбака или человека, связанного с морской деятельностью (моряки, спасатели, МЧСники). Часы покажут, когда готовиться к ухудшению или улучшению погодных условий.

Покупка барометра в подарок

Купить качественные барометры удобнее всего в нашем интернет-магазине, где представлено более двух сотен моделей. Оригинальный прибор не просто покажет изменения давления, но и измерит температуру воздуха, а также его влажность.

Барометр — оригинальный подарок для каждого человека. Совершенно не обязательно быть связанным с морскими путешествиями или увлекаться рыбалкой. Настенный прибор украсит рабочий кабинет или станет стильным аксессуаром на стене в квартире. Вне зависимости от дизайна комнаты, портативный прибор станет полезным устройством, подсказывающим о погодных изменениях.

Современные приборы редко имеют только одну функцию — измерение давления. В большинстве случаев устройство имеет циферблат часов и другие функции.

Отныне не нужно думать, что подарить другу на новоселье или шефу на день рождения. Оригинальное устройство из металла или дерева от Fischer станет достойным подарком к любому событию.

В коллекции производителя сотни моделей, предназначенных для использования на кораблях, вне помещений или для дома. В производстве используются качественные металлы и дорогие породы дерева, поэтому срок службы прибора будет длительным, а показания — самыми точными.

Ученые никогда не оставляли попытки научиться предсказывать погоду. Они хотели добиться возможности определять метеопрогнозы на ближайший период времени. Первым изобретателем, который предложил идею создания приспособления, при помощи которого можно было бы осуществить задуманное, был Галилей. Однако создать этот прибор — барометр, удалось лишь в 1643 году. И сделали это знаменитые ученики Галилея Винченцо Вивиани и Эванджелисто Торричелли.

Именно Торричелли сумел доказать, что такое явление, как атмосферное давление существует. Впервые им была сформирована гипотеза, что воздушный океан, на дне которого живет человек, постоянно оказывает на него определенное давление. Он предложил одному своему ученику Винченцо Вивиани измерить его величину, используя запаянную с одного конца трубку, наполненную ртутью. Трубку опрокинули в сосуд, где была ртуть, вещество при этом осталось на определенной высоте, в трубке же, над ртутью, появилось пустое пространство.

Первый в истории барометр был сконструирован после данного эксперимента. Опыт, который провел в 1643 году Торричелли, стал началом научной метеорологии. Благодаря тому, с какой высокой точностью ртутный барометр мог измерить атмосферное давление, он быстро нашел широкое применение в метеорологии. Единственным его недостатком считается то, что у него высокая вероятность вытекания ртути.

Известным английским ученым Робертом Гуком в 1670 году была создана шкала барометра, низкое давление в которой указывало, что приближается дождь или шторм, а сухую и солнечную погоду предвещало высокое давление. Этот старинный предмет и есть прообраз современного комнатного барометра.

История изобретения водяного барометра начинается с 1657 года благодаря ученому Отто фон Герике. Прибор представлял собой длинную медную трубку, нижний конец которой был погружен в сосуд, наполненный водой, а верхний со стеклянной трубкой имел специальный кран и соединялся с воздушным насосом. После откачки воздуха вода в трубке поднялась до высоты в 19 локтей, затем изобретатель закрывал кран, а сам барометр отсоединял от насоса. Отто заметил зависимость между состоянием погоды и высотой воды в трубке. В 1660 году ему удалось предсказать сильную бурю в Магдебурге за 2 часа до того, как она началась, что вызвало изумление местных жителей.

Идею создать анероидный барометр высказал в XVII веке Готфрид Вильгельм фон Лейбниц – физик-математик из Германии. Но воплотить ее в жизнь ему не удалось. «Анероид» в переводе с греческого – «безводный». Это значит, что в анероидном барометре отсутствует ртуть. В 1847 г. французским инженером Люсьеном Види был построен первый анероидный барометр. Главной составляющей анероидного барометра является запаянный металлический цилиндр, имеющий гофрированную поверхность. Из сосуда в определенном объеме был выкачан воздух, то есть внутри оставался разряженный воздух. Цилиндр сжимался, если давление повышалось, и, наоборот, расширялся, если оно понижалось. Точность измерения атмосферного давления анероидным барометром несколько ниже ртутного, но зато он безопасен, и его можно использовать в бытовых условиях.

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. 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. 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *