Приборы для измерения атмосферного давления

1.3. Приборы и методы измерения атмосферного давления

Сила веса воздушного столба высотой 10 км, действующая на единицу земной поверхности, называется атмосферным давлением. В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па)

, (1.4)

Однако, 1 Па – очень малая величина давления, поэтому при измерении атмосферного давления пользуются кратными единицами: кПа = 1000 Па и МПа = 10⁶ Па = 1000 кПа.

Кроме Паскаля для измерения атмосферного давления также используются внесистемные единицы – миллиметры ртутного (водяного) столба и бары, причем

1 бар = 101,3 кПа = 760 мм. рт. ст.,

именно такое значение имеет атмосферное давление на уровне моря.

Прибор для измерения атмосферного давления называется барометром. Наиболее распространенным типом является металлический барометр-анероид, конструкция которого показана на рис. 1. 2. Основу анероида составляет цилиндрическая камера К, из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной (волнистой) мембраной М. Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она с помощью тяги Т соединена с пружиной П, закрепленной на корпусе прибора. К пружине шарнирно прикреплен нижний конец стрелкиС, которая может вращаться вокруг оси О. Для измерения показаний прибора служит шкала Ш. При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале, показывая значение давления (шкалу барометра-анероида градуируют и поверяют по показаниям ртутного барометра).

Рис. 1.2 – Принципиальная схема барометра-анероида

Анероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точные, чем ртутные барометры. Внешний вид барометра-анероида показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3 – Барометр-анероид

Согласно барометрической формуле

(1. 5)

то есть значение атмосферного давления зависит от высоты над поверхностью Земли, потому шкалу барометра-анероида можно проградуировать в метрах согласно распределения давления по высоте. Анероид, имеющий шкалу, по которой можно определить высоту подъёма над Землей, называют альтиметром (высотомером). Их широко используют в авиации, парашютном спорте, альпинизме.

Атмосферный воздух всегда содержит определенное количество водяного пара, поэтому по сути является механической смесью сухого воздуха и водяного пара, соответствующей законам идеальных газов. Для характеристики степени влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность.

Абсолютная влажность – количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, измеряется в кг/м³ (г/см³).

Относительная влажность– отношение действительной плотности (давления) воздуха, к максимально возможной при данной температуре:

(1. 6)

Относительная влажность воздуха выражается в процентах и является одной из главных метеорологических величин. Для определения влажности воздуха используют психрометрические и волосяные гигрометры.

Психрометр бытовой служит для измерения температуры и влажности воздуха. Он состоит из двух термометров (рис. 1.4, а), причем резервуар правого термометра завернут в ткань, смоченную водой. Левый термометр сухой и служит для измерения температуры воздуха. Отсчеты по правому и левому термометрам одновременно служат для вычисления относительной влажности воздуха.

Клочок ткани, окутывающей шарик термометра, должен быть чистым, в случае загрязнения его необходимо заменить новым. При постоянной эксплуатации заменять ткань следует раз в две недели.

Вблизи прибора не должно быть никаких предметов, имеющих температуру, отличную от температуры воздуха, которые могут повлиять на показания прибора.

Влажность определяют с помощью психрометричних таблиц и графиков (Приложения А и В), методика определения приведена в лабораторной работе 1.

Рис. 1.4 – Приборы измерения влажности: а - психрометр бытовой; б – волосяной гигрометр

Волосяной гигрометр (рис. 1.4, б) также предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении относительной влажности окружающего воздуха. Основное назначение волосяного гигрометра – измерять влажность в морозное время, когда по психрометру влажность не определяется. Но поскольку отсчеты по гигрометру требуют поправок, получаемых через сравнение с психрометром, то наблюдения по гигрометру ведут на протяжении всего года. Если при отсчете окажется, что конец стрелки вышел за сотое деление, то надо примерно оценить, на каком делении оказалась бы стрелка, если бы шкала была продлена на 110 и записать «экстраполированный» отсчет. Температура воздуха отсчитывается по сухому термометру психрометра.

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м². Применяют приборы для измерения давления.

Приборы для измерения давления, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы.

Виды давления

Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Рис-1

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Рис-2

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.

Деформационные манометры делятся на:

Пружинные.
Сильфонные.
Мембранные.

Рис-3

Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Рис-4

Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.

Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Рис-5

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Рис-6

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности

Измерительные манометры разделяют на два класса:

Образцовые.
Рабочие.

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:

Газо- и нефтедобывающей промышленности.
Теплотехнике для контроля давления энергоносителя в трубопроводах.
Авиационной отрасли промышленности, автомобилестроении, сервисном обслуживании самолетов и автомобилей.
Машиностроительной отрасли при применении гидромеханических и гидродинамических узлов.
Медицинских устройствах и приборах.
Железнодорожном оборудовании и транспорте.
Химической отрасли промышленности для определения давления веществ в технологических процессах.
Местах с применением пневматических механизмов и агрегатов.

Барометр | Национальное географическое общество

Барометр — это научный прибор, используемый для измерения атмосферного давления, также называемого барометрическим давлением. Атмосфера – это слои воздуха, обернутые вокруг Земли. Этот воздух имеет вес и давит на все, к чему прикасается, когда гравитация притягивает его к Земле. Барометры измеряют это давление.

Атмосферное давление является индикатором погоды. Изменения в атмосфере, включая изменения атмосферного давления, влияют на погоду. Метеорологи используют барометры для прогнозирования краткосрочных изменений погоды.

Быстрое падение атмосферного давления означает, что поступает система низкого давления. Низкое давление означает, что недостаточно силы или давления, чтобы оттолкнуть облака или бурю. Системы низкого давления связаны с облачной, дождливой или ветреной погодой. Быстрое повышение атмосферного давления вытесняет пасмурную и дождливую погоду, очищая небо и принося прохладный и сухой воздух.

Барометр измеряет атмосферное давление в единицах измерения, называемых атмосферами или барами. Атмосфера (атм) — единица измерения, равная среднему давлению воздуха на уровне моря при температуре 15 градусов Цельсия (59градусов по Фаренгейту).

Количество атмосфер уменьшается с увеличением высоты, потому что плотность воздуха ниже и давление меньше. По мере уменьшения высоты плотность воздуха увеличивается, как и количество атмосфер. Барометры должны быть приспособлены к изменениям высоты, чтобы делать точные показания атмосферного давления.

Типы барометров

Ртутный барометр

Ртутный барометр — старейший тип барометра, изобретенный итальянским физиком Евангелистой Торричелли в 1643 году. Торричелли провел свои первые барометрические эксперименты, используя трубку с водой. Вода относительно легкая по весу, поэтому пришлось использовать очень высокую трубку с большим количеством воды, чтобы компенсировать более тяжелый вес атмосферного давления.

Водяной барометр Торричелли имел высоту более 10 метров (35 футов) и возвышался над крышей его дома! Это странное устройство вызвало подозрения у соседей Торричелли, которые думали, что он причастен к колдовству. Чтобы сделать свои эксперименты более секретными, Торричелли пришел к выводу, что он может создать гораздо меньший барометр, используя ртуть, серебристую жидкость, которая весит в 14 раз больше воды.

Ртутный барометр имеет стеклянную трубку, закрытую сверху и открытую снизу. На дне трубки находится лужица ртути. Ртуть находится в круглой неглубокой тарелке, окружающей трубку. Ртуть в трубке приспособится к атмосферному давлению над тарелкой. По мере увеличения давления ртуть выталкивается вверх по трубке. Трубка отмечена серией измерений, которые отслеживают количество атмосфер или баров. Наблюдатели могут определить атмосферное давление, взглянув на то место, где останавливается ртутный столбик барометра.

Барометр-анероид

В 1844 году французский ученый Люсьен Види изобрел барометр-анероид. Барометр-анероид имеет герметичную металлическую камеру, которая расширяется и сжимается в зависимости от атмосферного давления вокруг нее. Механические инструменты измеряют, насколько камера расширяется или сжимается. Эти измерения выровнены с атмосферами или барами.

Барометр-анероид имеет круглый дисплей, который показывает текущее количество атмосфер, подобно часам. Одна стрелка движется по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы указать текущее количество атмосфер. Термины «буря», «дождь», «перемена», «ясно» и «сухо» часто пишутся над цифрами на циферблате, чтобы людям было легче интерпретировать погоду. Барометры-анероиды постепенно вытеснили ртутные барометры, потому что их было проще использовать, дешевле покупать и легче транспортировать, поскольку в них не было жидкости, которая могла бы пролиться.

В некоторых барометрах-анероидах используется механический инструмент для отслеживания изменений атмосферного давления в течение определенного периода времени. Эти барометры-анероиды называются барографами. Барографы — это барометры, соединенные со стрелками, которые делают отметки на рулоне соседней миллиметровой бумаги. Барограф записывает количество атмосфер по вертикальной оси и единицы времени по горизонтальной. Инструмент отслеживания барографа будет вращаться, как правило, один раз в день, неделю или месяц. Пики на графике показывают, когда давление воздуха было высоким или низким, и как долго эти системы давления работали. Сильный шторм, например, будет выглядеть как глубокий и широкий провал на барографе.

Цифровые барометры

Современные цифровые барометры измеряют и отображают сложные атмосферные данные точнее и быстрее, чем когда-либо прежде. Многие цифровые барометры отображают как текущие барометрические показания, так и предыдущие одно-, трех-, шести- и 12-часовые показания в формате гистограммы, очень похожей на барограф. Они также учитывают другие атмосферные показатели, такие как ветер и влажность, чтобы делать точные прогнозы погоды. Эти данные архивируются и хранятся на барометре, а также могут быть загружены на компьютер для дальнейшего анализа. Цифровые барометры используются метеорологами и другими учеными, которым нужны актуальные данные об атмосфере при проведении экспериментов в лаборатории или в полевых условиях.

Цифровой барометр теперь является важным инструментом во многих современных смартфонах. Этот тип цифрового барометра использует данные атмосферного давления для получения точных показаний высоты. Эти показания помогают GPS-приемнику смартфона точнее определять местоположение, значительно улучшая навигацию.

Разработчики и исследователи также используют краудсорсинговые возможности смартфона, чтобы делать более точные прогнозы погоды. Такие приложения, как PressureNet, автоматически собирают барометрические данные от каждого из своих пользователей, создавая обширную сеть атмосферных данных. Эта сеть данных упрощает и ускоряет картографирование штормов по мере их развития, особенно в районах с небольшим количеством метеостанций.

Краткий факт

Штормовое стекло
Штормовое стекло — это тип барометра, использовавшегося столетия назад. Штормовой стакан представляет собой герметичную стеклянную емкость с открытым носиком, частично наполненную подкрашенной водой. Если уровень воды в носике поднимается выше уровня воды в емкости, наблюдатели ожидают низкого давления и ненастной погоды.

Какой прибор используется для измерения атмосферного давления?A. БарометрБ. КалориметрC. ТермометрD. Спидометр

Ответ

Проверено

261,9 тыс.+ просмотров

Подсказка: чтобы узнать, какой прибор используется для измерения атмосферного давления, мы должны сначала обсудить атмосферное давление. Атмосферное давление — это просто сила на единицу площади, действующая на поверхность под действием веса воздуха над этой конкретной поверхностью. Мы знаем, что атмосферное давление постепенно изменяется с расстоянием выше или ниже уровня моря, поэтому нам нужен инструмент для его измерения.

Полное пошаговое решение:
Нам нужен прибор, который позволит нам узнать, повышается или падает атмосферное давление. В начале 17 века многие итальянские горняки были озадачены тем фактом, что их водяные насосы не поднимали воду после заданной высоты. Итак, Галилей и другие ученые наблюдали и создали теорию о том, что какое-то всасывание подняло воду, но также заявили, что сила может поднять воду только на такую высоту.
Барометр — это устройство, которое может измерять атмосферное давление на основе веса столба воздуха. Его изобрел итальянский ученый Евангелиста Торричелли, изучавший свойства ртути в вакууме и успешно разработавший первый барометр. Барометр работает, уравновешивая вес ртути в стеклянной трубке над весом атмосферного давления. Барометр также используется для измерения погодных условий.
Следовательно, мы можем сказать, что барометр — это прибор, который используется для измерения атмосферного давления.
$\следовательно $ Вариант А. Правильный ответ - барометр.