Работа с газами представляет собой гораздо более сложный процесс, поскольку они обладают высокой сжимаемостью. Чем больше мы сжимаем газ, тем выше становится его плотность, что приводит к увеличению давления, так как именно удары молекул газа о поверхность тела формируют это давление.
Краткое описание работы анероидного барометра
Главной частью анероидного барометра является круглая металлическая коробка с гофрируемыми стенками, внутри которой создано значительное разрежение. При увеличении атмосферного давления эта коробка сжимается, воздействуя на прикреплённую к ней пружину; при снижении давления пружина расправляется, и верхняя часть коробки поднимается.
Телефон для заказа: 8 (343) 345-28-66; 217-63-29; электронная почта: email protected
| О компании | Каталог продукции | Ценник | Сделать покупку | Получение и доставка | Карта сайта | Полезные материалы | Контактная информация |
Защита от сминания обеспечивается жесткой пружиной, которая соединена в точках A и B. При увеличении давления воздуха возникает значительная разница между внутренним и наружным давлением, что приводит к уменьшению расстояния между точками A и B.
История создания, развития и перспективы популярного оптического устройства. »»»
Принцип работы анероидного барометра основывается на эффекте, ранее описанном. Гофрированная металлическая упаковка (см. рисунок б) частично удалена от воздуха (содержит меньше молекул воздуха) и герметично запечатана.
Для защиты от сжатия используется жесткая пружина, соединенная в точках А и В. При повышении атмосферного давления возникает большая разница между давлением внутри и снаружи коробки, что приводит к уменьшению расстояния между точками А и В.
Одним из основных преимуществ барометра-анероида заключается в возможности непрерывной записи показаний давления. Данный прибор можно оснастить пишущим пером, что делает его функциональным инструментом, известным как барограф (изображение выше). Этот прибор может быть очень полезен в различных условиях. Коробка, частично освобожденная от воздуха, использовалась в авиации как высотомер. На высоте атмосферное давление снижается, и шкала прибора предназначена для отображения высоты.
Фактически этот прибор фиксирует атмосферное давление, и если самолет перемещается из области с высоким давлением в зону с низким, он может оказаться на более низкой высоте, несмотря на то, что показания высотомера могут оставаться неизменными. Это особенно опасно во время полетов в облаках над гористой местностью. Пилот вынужден постоянно уточнять данные о давлении на земле по радио и соответственно корректировать настройки прибора.
На нашем сайте появилась уникальная возможность проверить свои знания по физике, пройдя онлайн-тест с мгновенным получением результатов. Это поможет вам подготовиться к сдаче ЕГЭ и ГИА.
— поправка на шкалу — эта поправка зависит от того, насколько неравномерно барометр-анероид реагирует на изменения давления на различных участках шкалы.
Барометр – это измерительный прибор, предназначенный для определения атмосферного давления. Кроме метеорологических целей, барометр также используется для экологического контроля (например, при аттестации рабочих мест) или в авиации (для определения высоты полета над уровнем моря).
Рисунок 1. Барометр-анероид
В 1844 году французский инженер Люсьен Види, основываясь на работах немецкого математика и физика XVII века Готфрида Вильгельма Лейбница, разработал инновационный безжидкостный барометр, получивший название барометра-анероид (от греческого «ανερός» – не содержащий влаги). Барометры, созданные по принципу прибора Види, в настоящее время являются наиболее широко распространёнными.
Принцип работы барометра
Жидкостный барометр внешне представляет собой стеклянные трубки, которые работают как сообщающиеся сосуды согласно законам гидростатики. Эти трубки заполняются ртутью или другими легкими жидкостями, такими как глицерин или масло.
Чашечный барометр
Чашечный барометр представляет собой стеклянную трубку, закрытую с одного конца и оснащенную чашкой. Показания давления в этом устройстве определяются путем измерения высоты столбика жидкости, который начинается от уровня чашки и оканчивается на отметке верхнего мениска.
Сифоновый барометр
Сифонный прибор представляет собой трубку с замкнутым концом, а сифонно-чашечный — это конструкция из двух трубок, одна из которых открыта, а другая закрыта, в комплекте с чашкой. Измерения давления воздуха здесь осуществляются путем определения разницы уровней жидкости в первой и второй трубке.
Ртутный барометр
Классический барометр-анероид
(1 — оболочка; 2 — гофрированная пустотелая металлическая контейнер; 3 — стекло; 4 — шкала; 5 — плоская металлическая пружина; 6 — спиральная пружина; 7 — нить; 8 — передающий механизм; 9 — указатель-стрелка)
Электронный барометр
Электронный (или цифровой) барометр представляет собой современную версию этого прибора. В отличие от традиционного барометра-анероида, линейные показатели которого преобразуются в электронный сигнал, в электронном барометре данные обрабатываются микропроцессором и отображаются на дисплее с жидкокристаллической матрицей. Он отличается компактными размерами и удобством в использовании, что делает его отличным инструментом для рыбалки, путешествий или дачных выездов.
Цифровые барометры могут быть интегрированы в мобильные устройства, в часы с функцией барометра, а также доступны в виде отдельных приложений для смартфонов.
Первое устройство имело очень простую конструкцию. В тарелку заливалась ртуть, а вертикально установленная колба с отверстием вниз «собирала» жидкий металл при повышении давления. Такого рода прибор был крайне неудобен в использовании, однако позже метод заполнения колбы ртутью стал применяться в термометрах. Именно поэтому итальянского ученого можно справедливо считать также изобретателем термометра.
Приёмной частью анероида является круглая металлическая коробка с гофрированными стенками, внутри которой создано значительное разрежение. Когда атмосферное давление повышается, коробка сжимается и начинает тянуть прикрепленную к ней пружину; при снижении давления пружина расправляется, и верхнее основание коробки поднимается.
Что такое анероидный барометр?
В наше время анероидные барометры получили широкое распространение. Эти круглые приборы, часто изготовленные из меди и напоминающие часы, эффективно используются для определения атмосферного давления. Их традиционные области применения включают метеостанции, лодки, яхты и катера. Принцип работы анероидного барометра базируется на способности полой металлической капсулы расширяться и сжиматься.
В отличие от ртутных барометров, где основными элементами являются стекло и ртуть, анероидные барометры представляют собой более сложные измерительные устройства, в которых используется механизм, аналогичный часовому. Капсула анероида функционирует как индикатор изменений давления воздуха.
Чувствительная капсула обычно изготавливается на основе сплава бериллия и меди. Остальная часть механизма производится из нержавеющей стали (например, AISI 304L) и оснащена подшипниками, сделанными из драгоценных материалов, таких как синтетические рубины или сапфиры.
Драгоценные материалы применяются для производства подшипников анероидного барометра с целью минимизации сопротивления при трении. Корпусная часть анероидного барометра может быть выполнена из различных материалов, однако чаще всего используется латунь — это сплав меди и цинка. Существует множество видов латуни; наиболее распространённый вариант корпусного исполнения — «часовой», где применяется легирование, состоящее на 65% из меди и на 35% из свинца.
Структура анероидного барометра
Конструктивное решение любого анероидного барометра включает в себя:
- детальный анализ сжимающих и расширяющихся свойств вакуумной капсулы,
- систему температурной компенсации,
- механическую связь между вакуумной капсулой и индикатором развертки.
Чувствительная рабочая капсула анероидного барометра имеет тонкие стенки, полую структуру и форму сильфона. Вакуум в капсуле полностью удаляется, что делает степень сжатия и расширения сосуда напрямую зависимой от упругих свойств материала и поддерживающих пружин.
Создатели анероидного барометра обычно выполняют предварительные расчёты, чтобы определить, насколько анероидная капсула может сжиматься или расширяться в пределах заданного диапазона давлений. Основываясь на этих изменениях объема, разработчики прибора устанавливают связи, преобразующие движения капсулы в показания индикатора развертки на шкале анероидного барометра.
Исполнение корпусного типа для приборов, предназначенных для измерения давления, предлагается в различных вариантах, включая широкий выбор отделочных материалов и элементов.
Принцип работы и устройство
Данный прибор состоит из круглого металлического корпуса, выполненного из закалённой стали (в некоторых случаях используется никелевое серебро). Рёбра этой детали имеют гофрированное покрытие, что необходимо для обеспечения жёсткости конструкции, так как внутри создаётся сильно разряженная среда путем вакуумирования. В таких условиях постоянно находится обратная пружина и стрелки механизма.
В результате воздействия атмосферного давления на стенки устройства происходит его сжатие или расширение. При этом, когда давление снижается, верхняя платформа прогибается вниз, вызывая натяжение пружины, прикрепленной к ней. В моменты увеличения нагрузки верхняя часть платформы, наоборот, изгибается вверх, оказывая давление на пружину. К обратно действующей пружинной детали присоединена стрелка, которая перемещается по градуированной шкале.
Чтобы обеспечить наивысшую точность показаний, необходимо осуществлять сравнение с данными ртутного барометра. Выделяют три главные корректировки для ртутного барометра:
- по шкале, что подразумевает различное реагирование в разных частях шкалы;
- по температуре – учитывается ошибка, возникающая из-за физического изменения свойств металла под воздействием температуры;
- другие ошибки, которые возникают из-за изменений эластичности и жесткости металлических компонентов со временем.
Различные виды шкал создаются на основании показаний ртутного барометра. Используя барометрическую формулу, можно определить высоту расположения прибора. Измеряя атмосферное давление в верхней и нижней точках, можно вычислить разницу давления и преобразовать её в метры. Этот метод называется барометрическим нивелированием. Такой подход позволяет вычислить высоту наблюдательной точки в устройствах GPS.
Типы
Первое упоминание о данном приборе относится к 1644 году, когда итальянский ученый Эванджелист Торричелли описал его. Этот инструмент стал первобытным барометром на основе ртути (жидкостного), при помощи которого измерялись значения, зависящие от высоты столба ртути. Структура такого устройства довольно проста: стеклянный столб имеет запечатанный верхний конец, а нижняя его часть погружена в контейнер с ртутью. Эксперимент проводился в ясную и солнечную погоду, и на тот момент уровень ртути стабильно держался на отметке 760 мм, что и было принято считать стандартным значением.
Современные ртутные барометры продолжают использоваться на метеорологических станциях благодаря своей высокой точности, хотя они также имеют недостатки, включая безопасность, хрупкость конструкции и значительные размеры.
На сегодняшний день этот прибор служит контрольным элементом, на который ориентируются все остальные устройства для измерения атмосферного давления.
В 1844 году французский инженер Люсьен Види, опираясь на исследования выдающегося немецкого физика и математика Готфрида Вильгельма Лейбница, разработал новый тип барометра, который функционирует без использования жидкостей. Этот прибор, не содержащий жидкости, впоследствии был назван анероидным барометром.
На сегодняшний день анероидный прибор является наиболее популярным выбором среди домашних моделей.
Существует четыре типа таких устройств:
- жидкостный – этот прибор работает на основе принципа уравновешивания массы столба жидкости с давлением окружающей среды;
- ртутный – измерение атмосферного давления осуществляется за счёт высоты ртутного столба, к которому прикреплена шкала;
- анероидный барометр – устройство функционирует на основе изменения объема коробки, заполненной разряженным воздухом; под воздействием атмосферного давления её габариты изменяются;
- электронный барометр – данный тип барометра преобразует колебания конструкций анероидного барометра в цифровой сигнал с помощью чувствительного тензодатчика, который фиксирует изменения давления как деформацию, а также вариации сопротивления.
Изучим модели анероидных барометров.
- БАММ-1. Это устройство разработано для измерения атмосферного давления как на открытом воздухе, так и в закрытых помещениях. Этот прибор зарегистрирован в Госреестре средств измерений и может использоваться для контроля условий на рабочих местах.
На внутренней стороне шкалы барометра располагается ртутный термометр 8, который используется для измерения температуры и расчета температурной поправки к показаниям барометра-анероида.
Настройка прибора
Для корректной настройки устройства необходимо точно знать текущее значение давления в вашем регионе. Это можно узнать в ближайшей метеостанции или ознакомиться с прогнозом погоды. Также возможен вариант сверки с точным ртутным барометром.
Если показания отличаются, потребуется провести калибровку устройства. Для этого следует найти регулировочный винт на задней части прибора и, закручивая или отвинчивая его, установить необходимые показатели на устройстве.
Если винта не существует, настройка осуществляется поворотом циферблата относительно стрелок. Заглянув в руководство пользователя, вы сможете найти подробные инструкции по регулировке устройства.
Соединим одно из колен с помощью резинового шланга с коробочкой, одна сторона которой закрыта резиновой пленкой, и надавим пальцем на неё. Как вы думаете, что произойдет?
Основные сведения об устройстве барометра анероида
Атмосферное давление — это сила, с которой атмосфера воздействует на все объекты, находящиеся в ней, на единицу поверхности.
Само слово «Атмосфера» происходит от греческих слов, означающих пар и шар, то есть это газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля.
Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты, так как над данной точкой находится меньший столбец воздуха, и воздух начинает разряжаться.
Атмосферное давление можно измерить, поскольку воздух обладает весом. Плотность воздуха на уровне Земли составляет 1,29 кг/м³.
Для измерения атмосферного давления обычно используется единица миллиметр ртутного столба (сокращенно — мм рт. ст.).
В рамках Международной системы единиц (СИ) основной единицей измерения является паскаль (обозначаемый Па). В России также разрешено применение метров водяного столба, миллиметров водяного столба, а наиболее распространёнными являются бар и миллиметр ртутного столба.
Нормальным атмосферное давление считается в том случае, если при температуре 0 °C высота ртутного столба равна 760 мм.
Для измерения атмосферного давления применяется инструмент под названием барометр. Барометры делятся на ртутные, жидкостные и безжидкостные, включая механические и электронные устройства.
Ртутный барометр состоит из стеклянной трубки, одна сторона которой запечатана. Внутри данной трубки находится ртуть. В процессе эксперимента открытый конец трубки погружается в сосуд, который не полностью заполнен ртутью. В зависимости от изменений давления ртуть в трубке поднимается или опускается.
Безжидкостный барометр, известный также как анероидный барометр или механический барометр, представляет собой металлическую круглую конструкцию, выполненную из прочной стали. При воздействии атмосферного давления на стенки этой конструкции происходит их сжатие или расширение.
Описание и назначение анероида
Барометр-анероид представляет собой механическое устройство, предназначенное для мониторинга изменения атмосферного давления. Этот тип барометра имеет высокую чувствительность и способен фиксировать колебания давления как при изменениях погоды, так и при подъеме на лифте.
Основным измеряемым параметром в данном приборе является атмосферное давление, которое может быть выражено в паскалях и миллиметрах ртутного столба.
Шкала барометра-анероида обычно градуируется в гектопаскалях (гПа) и миллиметрах рт. ст., что позволяет сравнивать его показания с результатами ртутного барометра.
При определении уровня атмосферного давления крайне важно учитывать высоту расположения барометра-анероида над уровнем моря.
Барометр-анероид имеет определённый недостаток, заключающийся в том, что температура влияет на пружину. Металлические компоненты изменяют свои размеры в зависимости от температуры, что может сказаться на точности измерения атмосферного давления. Чтобы учесть температурные изменения, современные устройства оборудованы термометрами-компенсаторами.
Такой барометр можно использовать в различных областях, включая промышленность, образовательные учреждения и лаборатории. Также этот прибор находит применение в домашних условиях для прогнозирования погоды.
Технические характеристики данного устройства:
- диапазон измеряемого атмосферного давления: 80-106 кПа (600-800 мм рт. ст.);
- допустимая погрешность: +0,2 кПа (1,5 мм рт. ст.);
- максимально допустимая дополнительная погрешность: 0,5 кПа (3,75 мм рт. ст.);
- цена деления шкалы: 0,1 кПа (1,0 мм рт. ст.).
Чтобы освоить работу с барометром, рекомендуется ознакомиться с инструкцией. Однако если она написана на английском языке или является не совсем понятной, следует сделать следующее. На круглом циферблате присутствуют несколько зон:
Барометр. Виды и принцип работы. Применение и настройка. Особенности
Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления, который позволяет предсказывать погоду. Он может фиксировать атмосферное давление как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе. Кроме того, такие устройства нашли применение в авиации для определения высоты полета над уровнем моря. Нормативным значением атмосферного давления считается 760 мм ртутного столба при температуре +15 градусов.
Ртутные
Ртутный барометр стал первым по своему созданию. Разработал его итальянский физик Эванджелисто Торричелли в 1644 году, когда он поместил вертикально установленную стеклянную трубку с открытым концом над колбой, наполненной ртутью. Ученый заметил, что уровень ртути в этом устройстве изменялся в зависимости от атмосферного давления. Он провел ряд экспериментов и пришел к выводу о влиянии воздушного давления на указатель уровня ртути. Хотя данная конструкция оказалась очень точной, она имела свои недостатки: работа с ртутью опасна для здоровья, а также сама по себе система была довольно громоздкой. В результате использование ртути в больших объемах в открытых условиях может представлять риск. Тем не менее, ртутные барометры остаются известными благодаря своей точности, и их более современные модификации продолжают использоваться на метеорологических станциях для мониторинга погодных условий.
Жидкостные
На сегодняшний день жидкостные барометры практически не используются. Эти приборы обладают значительной погрешностью, что затрудняет оценку погодных условий на основе их показаний. В таких устройствах измерения осуществляются путем уравновешивания столба жидкости. Основная проблема, с которой сталкиваются подобные барометры, заключается в том, что используемые вещества реагируют по-разному на изменение температуры, что приводит к высоким ошибкам измерений. Одной из наиболее известных разновидностей жидкостных барометров являются модели на основе глицерина. В этих устройствах применяется окрашенный глицерин, что создает привлекательный эстетический эффект.
Механические
Механические барометры представляют собой одни из самых востребованных устройств. Они значительно более компактны по сравнению с первыми двумя категориями приборов. Кроме того, механические устройства обладают достаточно высокой точностью. Такие барометры сложно производить, однако в отличие от ртутных моделей, они полностью безопасны для использования. Внешний вид корпуса этих приборов схож с классическими круглыми часами, хотя имеются и настольные модели в прямоугольной форме. Внутри такого корпуса расположена пустотелая емкость, состоящая из двух жестяных мембран. В этой емкости создается вакуум, а стенки надежно запаяны. Поскольку воздух внутри отсутствует, мембраны быстро реагируют на изменения уровня атмосферного давления: при его увеличении они сжимаются, а при понижении – раздуваются.
К емкости подключается чувствительный механизм, который состоит из нескольких плеч. Его конструкция позволяет фиксировать незначительные изменения объема вакуумной коробки и генерировать колебания стрелки на шкале, где отображаются значения давления. Чувствительный механизм быстро реагирует на любые вариации объема емкости. Максимальные отклонения объема коробки в сжатом и растянутом состояниях редко превышают один миллиметр. При этом устройство, передающее эти движения на стрелку, увеличивает изменения в 90 раз, что обеспечивает высокую точность показаний. Механические устройства могут быть как компактными, позволяющими носить их в кармане, так и настольными.
Барометр используется для точного измерения атмосферного давления, которое выражается в физической единице – миллиметрах ртутного столба. На основе этих показателей можно делать предположения о предстоящих изменениях погодных условий, сравнивая текущие данные с данными о давлении, полученными в предыдущий день или несколько часов назад. Дело в том, что уровень атмосферного давления непосредственно влияет на погоду.
Когда уровень давления в определенном регионе уменьшается, воздушные массы начинают двигаться с соседних зон. Именно таким образом образуется ветер, который одновременно приносит с собой массивные дождевые облака. Поэтому использование барометра позволяет довольно точно предсказывать дожди. Если наблюдается рост давления, это свидетельствует о том, что существующие в этом районе ветерки переместятся в иное место, где давление ниже. В результате этот процесс приведет к освобождению от облаков, и на небесах станет ясно. Таким образом, чем выше атмосферное давление, тем более вероятна сухая погода.
Широко распространены приборы, на шкале которых имеется специальная разметка, указывающая на ожидаемые погодные условия при определенном положении стрелки. Например, при минимальном давлении может быть указано слово «шторм», или изображение соответствующего символа. Для максимального давления используется термин «сушь» или изображение палящего солнца. Важно помнить, что показатели могут варьироваться в зависимости от температурных условий. Поэтому такие обозначения не являются абсолютно точными, но дают общее представление о том, какие погодные изменения стоит ожидать.
Как пользоваться
Важно помнить, что барометр не представляет собой инструмент, позволяющий с абсолютной точностью предсказать погодные условия, такой как температура или уровень осадков. Опираться исключительно на данные, полученные от этого устройства, недостаточно для определения, какие воздушные массы будут перемещаться из соседних регионов. Для составления прогнозов погоды метеорологи используют не только показания барометров, но и множество других данных, что в свою очередь делает предсказания более надежными.
Барометр служит лишь для определения направления изменения погоды. С его помощью можно понять, улучшится она или ухудшится. Люди, чувствительные к колебаниям атмосферного давления, часто применяют барометр, чтобы отслеживать изменения в своем самочувствии.
Во время зимних месяцев, если наблюдается рост атмосферного давления, стоит ожидать сильных морозов. В то время как его снижение указывает на предстоящее потепление и вероятные осадки. Летом, наоборот, увеличение давления предвещает жару и засушливую погоду, а его понижение говорит о наступлении прохлады и возможном дожде. Также динамика изменений давления может служить подсказкой о будущих метеорологических изменениях. Например, если давление снижается постепенно, в течение дня можно ожидать приближения циклона с плохой погодой, что скорее всего приведет к дождю и усилению ветра. Резкое падение давления сигнализирует о приходе холодного фронта, который обычно сопровождается штормами и грозами, причем до начала этих явлений остается не более двух часов. В случае, когда давление остается стабильным на одном уровне, предполагается ослабление ветра и прекращение осадков.
