Барометр для измерения абсолютного давления

Барометр. Виды и работа. Применение и настройка. Особенности

Барометр – это устройство для измерения атмосферного давления. С его помощью можно предсказать погоду. Прибор может снимать данные атмосферного давления находясь в помещении или на открытой местности. Также подобные устройства используются в авиации для определения высоты полета над уровнем моря. Нормой считается атмосферное давление на уровне 760 мм ртутного столба при температуре +15 градусов.

Разновидности барометров

Существует несколько разновидностей барометров:
  • Ртутные.
  • Жидкостные.
  • Механические.
  • Электронные.
Ртутные

Ртутный барометр был изобретен самым первым. Его создателем является итальянский физик Эванджелисто Торричелли, который в 1844 году разместил в тарелке со ртутью вертикально установленную пробирку заливной горловиной вниз. Им было замечено, что уровень ртути в колбе менялся в зависимости от погодных условий. Ученый сопоставил данные и пришел к выводу, что на этот показатель влияет давление воздуха. Применяемая им конструкция являлась весьма точной, но была неудобной. Кроме этого, ртуть вредна для здоровья, поэтому ее применение в столь большом количестве, для заполнения тарелки, и нахождение на открытом воздухе является небезопасным. Ртутные барометры отличаются повышенной точностью, поэтому их более совершенные модификации встречаются до сих пор. Их применяют на метеорологических станциях для проведения контроля за погодой.

Жидкостные

Жидкостные барометры на данный момент практически не встречаются. Они отличаются большой погрешностью, поэтому судить о погоде основываясь на их данных довольно сложно. В подобных приборах измерение проводится за счет уравнивания столба жидкости. Проблема таких приборов в том, что заправляемые вещества ведут себя по-разному при изменении температуры, что сопровождается высокими погрешностями. Одним из самых известных модификаций жидкостных барометров являются глицериновые модели. В них применяется окрашенный глицерин, что дает привлекательный декоративный эффект.

Механические

Механические барометры самые популярные. Они гораздо компактнее, чем первые две категории. Кроме этого, механические приборы отличаются вполне достаточной точностью. Подобные устройства сложные в изготовлении и в отличие от ртутных, являются полностью безопасными. Внешний корпус такого оборудования напоминает классические круглые часы, но бывают и прямоугольные настольные модели. Внутри корпуса находится пустотелая емкость, сделанная из двух жестяных мембран. В емкости создан вакуум, а ее стенки надежно запаяны. Благодаря отсутствию воздуха, мембраны остро реагируют на изменение уровня атмосферного давления. При его увеличении они сжимаются, а при уменьшении наоборот раздуваются.

К емкости подсоединяется чувствительный механизм, который состоит из нескольких плеч. Его устройство позволяет снимать миниатюрные изменения объема коробки с вакуумом и создавать колебания стрелки со шкалой, на которую нанесены показатели давления. Чувствительный механизм остро реагирует на любые изменения объема емкости. Максимальные отклонения объема коробки в сжатом и раздутом состоянии редко превышает одного миллиметра. При этом устройство, которое передает эти движения на стрелку, увеличивает изменения в 90 раз, что обеспечивает высокую точность показания. Механические устройства бывают как компактными, которые можно носить в кармане, так и настольными.

Электронные

Электронные барометры – это высокоточные и компактные приборы. В их основе также используется вакуумная коробка, но снятие показаний обеспечивается благодаря чувствительным датчикам. Также в этой конструкции предусматривается микропроцессорный блок. Показания выводятся на жидкокристаллический дисплей. Одна из особенностей таких приборов заключается в том, что часто они комбинируют в себе несколько устройств одновременно. Они могут работать не только как барометр, но и как термометр, компас и часы. Зачастую электронные устройства делают во влагозащищенном корпусе, поэтому их покупают рыбаки и туристы. Как известно, клев рыбы во многом зависит от атмосферного давления. Они чувствительны к его резким перепадам. Благодаря барометру можно определить будет ли клев или рыбалку лучше перенести. Если давление резко падает, то рыба неохотно берет наживку.

Зачем нужен барометр

Барометр применяется для проведения точного измерения атмосферного давления. Оно выражается в физической единице – миллиметрах ртутного столба. На основе этих показаний можно судить о дальнейшем изменении погодных условий при сравнении с данными о давлении, полученными в предыдущий день или несколько часов. Дело в том, что показатель атмосферного давления напрямую влияет на погодные условия.

Если уровень в определенной местности снижается, то воздушные потоки прибывают с другой территории. Именно так создается ветер, который попутно приносит тяжелые дождевые тучи. Как следствие, благодаря применению барометра несложно предсказать осадки. В том случае, если давление начинает расти, то это говорит о том, что имеющиеся на данной местности воздушные потоки переместятся на другую территорию, где давление снижено. При этом они уберут тучи, поэтому будет наблюдаться солнечная погода. Таким образом, чем выше давление, тем более сухая погода ожидается.

Весьма распространенными являются приборы со специальной разметкой на шкале, указывающей на погодные условия, которые нужно ожидать при направлении стрелки на определенный показатель. При самом низком давлении может быть написано «шторм», или нарисована соответствующая картинка. Для самого высокого давления применяется термин «суш» или рисуется палящее солнце. При этом нужно учитывать, что показатели могут меняться в зависимости от температурных условиях. По этой причине такое обозначение является неточным, но дает приблизительное понимание, что ожидать от погоды.

Как пользоваться

Следует понимать, что барометр не является устройством, которое позволяет точно предсказать погодные условия и определить ожидаемую температуру или уровень осадков. Основываясь только на данных полученных из этого прибора нельзя определить, какие воздушные потоки прибудут из соседних территорий. Для предсказания погоды метеорологии применяют помимо данных из барометров множество другой информации, что и позволяет делать прогноз более точным.

Использование барометра дает возможность лишь предсказать направление, в котором будет меняться погода. Будет ли она идти на улучшение или ухудшение. Люди, чувствительные к изменению атмосферного давления, используют барометр, чтобы определить изменение своего самочувствия.

Если в зимнее время давление повышается, то нужно ожидать заморозка, а если снижается, то будет потепление и скорое выпадение осадков. Летом повышение давления говорит об ожидаемой жаре и засухе. Снижение сигнализирует о прохладе и скором дожде. Также по интенсивности изменения показаний атмосферного давления можно приблизительно судить о возможных изменениях погоды. Так, если давление снижается постепенно, то в течение дня подойдет циклон с ненастной погодой. Скорее всего, будут осадки и сильный ветер. При очень резком падении давления прибудет холодный фронт, который будет сопровождаться штормом и грозами. При этом время до его начала обычно составляет не более 2 часов. Если давление стабилизировалось и поддерживается на одном уровне, то можно ожидать снижение интенсивности ветра и остановку осадков.

Для того чтобы предсказывать изменение погоды необходимо периодически следить за уровнем давления, которое показывает барометр. Делать это нужно минимум дважды в день. Если погода меняется резко, то интенсивность измерения проводится с периодичностью раз в 2-4 часа.

Проведение настройки

С приходом электронных барометров надобность в поведении настройки отпала, но на рынке предлагается еще масса механических моделей, которые нужно периодически подстраивать. Пользователи по-прежнему предпочитают покупать механические барометры в связи с их более презентабельным видом и отсутствием необходимости в установке батареек. Коллекционеры, которые собирают барометры, также предпочитают именно механические модели. Для того чтобы прибор показывал точные данные его нужно подстроить, на что требуется всего несколько минут.

Для начала нужно узнать о точном давлении, которое наблюдается на данной местности в момент проведения настройки. Это можно сделать, посетив сайт ближайшей метеостанции или просмотрев сводки, которые периодически озвучивают в телевизионном и радиоэфире. Имея реальные показатели об имеющемся атмосферном давлении, которое снято на высокоточном ртутном барометре, можно сравнить данные с теми, что получены на собственном механическом устройстве.

Если данные отличаются, следует перевернуть прибор, и найти на задней стенке регулировочный винт. С помощью отвертки нужно провести его вкручивание или выкручивание до тех пор, пока стрелка не займет тот показатель, который озвучила метеослужба. Если винта нет, то производитель предусматривает другую возможность настройки. Достаточно просто немного провернуть шкалу, подставив нужный показатель под стрелку.

Источник

Барометр. Что и как измеряет?

Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления. Он используется метеорологами для прогнозирования краткосрочных изменений погоды. Например, если атмосферное давление падает, могут ожидаться штормы и дожди. А наличие барометра в квартирах, где проживают пожилые метеочувствительные члены семьи, может предотвратить у них сердечный приступ.

Классификация и виды

Практически используются три типа барометров, принцип действия которых по определению атмосферного давления различен:

  • Ртутный барометр. Он состоит из вертикальной стеклянной трубки, выполненной в виде откалиброванной шкалы. Верхний конец этой трубки запаян, а другой конец находится в маленькой чашке с ртутью. Ртутные барометры часто используются на уроках физики в школах. По аналогичному принципу действует и менее точный водный барометр, только объём трубки заполняется не опасной для человека ртутью, а подкрашенной водой.
  • Барометр-анероид. Он не содержит жидкости и состоит из небольшой гибкой металлической коробки, называемой анероидной капсулой, которая изготовлена ​​из сплава бериллия с медью. Металлическая коробка плотно закрыта, поэтому изменения атмосферного давления за пределами коробки вызывают расширение или сжатие пружин внутри коробки.
  • Электронный барометр цифрового типа, который широко используется в современных домашних и профессиональных метеостанциях, а также в различных современных приборах. Он состоит из чувствительного узла обнаружения, который реагирует на изменение давления воздуха.

Кроме того, существуют и самодельные барометры, которые показывают результат, достаточный для практических наблюдений за погодой.

Как работает барометр?

Ртутный барометр показывает меняющееся положение ртутного столба для данной местности (за 0 берётся барометрическое давление на уровне моря). Во время циклонической природной деятельности давление падает, что вызывает соответствующее уменьшение высоты ртутного столба. Когда циклон уступает место антициклону, низкое атмосферное давление сменяется более высоким, которое повышает уровень ртути в стеклянной трубке.

В анероидном барометре индикатором изменяющегося давления является линейное расширение материала исполнительного элемента. Существует целый класс сплавов, который отличается определёнными значениями коэффициента линейного расширения. Чаще других используются немагнитный коррозионно стойкий сплав 36НХТЮ (ЭИ702) на основе никеля, либо бериллиевая бронза БрБ2.

Те же марки сплавов используются и в регистрирующих датчиках электронных барометров, а результат изменения их размеров отображается на дисплее. В таких приборах также учитывается изменение температуры воздуха. Это, в свою очередь, влияет на электропроводность материала. Изменяющаяся ёмкость влияет на силу электрического тока, протекающего через датчик, который и регистрирует изменения в давлении воздуха.

Таким образом, ртутные, анероидные и цифровые барометры работают по одному и тому же физическому принципу расширения и сжатия в зависимости от температуры окружающей среды, хотя и делают это по-разному.

Как пользоваться барометром?

Точность отсчёта зависит не только от устройства прибора, но и от того, где его расположить и в каких условиях содержать. Устанавливая барометр, важно помнить о следующем:

  1. Всегда размещайте барометр в затенённой зоне, вдали от источников тепла.
  2. Избегайте областей, которые подвергаются воздействию ветра или сквозняков.
  3. Прибор следует располагать на устойчивой ровной поверхности (это особенно важно для ртутных и водных барометров)

Некоторые типы бытовых барометров (например, Утёс БТК-СН) отличаются не только хорошей точностью показаний, но и привлекательным внешним видом, поэтому часто используются как декоративный элемент интерьера. В конструкции предусмотрена стрелка, перемещение которой позволяет оценить интенсивность изменения давления.

Барометр БАММ-1 более прост по дизайну, предназначается для использования на метеорологических станциях. Он не имеет пружин, а потому менее требователен к условиям эксплуатации. Точность – на уровне электронных барометров.

Контрольный барометр М-67 оснащён дисплеем, отличается высокой точностью считываемой информации, но его компоновка предполагает только горизонтальное рабочее положение, что не всегда удобно.

Барометр своими руками

Понадобятся новый воздушный шарик и банка ёмкостью 2 л. Создание барометра анероидного типа ведётся в такой последовательности:

  1. От шарика отрезается перемычка. Резать можно в любом месте, но так, чтобы остаток полностью перекрыл горловину стеклянной банки и не разорвался при этом.
  2. При натягивании шарика нужно, чтобы складки у материала отсутствовали. Края следует плотно обжать резинкой.
  3. Поверх банки с помощью силиконового клея приклеивается длинная прямая соломинка (чем длиннее, тем лучше). Один её конец должен касаться середины воздушного шара, а остальная часть должна висеть над краем банки. Эта часть будет указателем, позволяя отслеживать изменения атмосферного давления.

  1. Когда место соединения полностью высохнет, к соломинке прикрепляют иглу или любой иной предмет с острым наконечником (можно и плотный картон, остриё которого вставляется внутрь соломинки). Указатель не должен самопроизвольно двигаться.
  2. Рядом с указателем располагают лист плотной бумаги или картона. Лучше прикрепить его к стене, а банку с самодельным барометром установить рядом. Приставить измерительную иглу к бумаге (без касания к ней!), и в этом положении отметить условный ноль. Если погода в этот день ясная, солнечная и безветренная, то рядом с указателем можно написать «Высокое давление», если пасмурная и дождливая – то «Низкое давление».
  3. Периодически добавлять надписи сообразно изменению погоды.

Поскольку высота над уровнем моря не изменяется, то относительные показания вашего «барометра» в бытовых целях будут достаточно точными. Там же можно записывать и числовые показатели давления. Для этого используют данные метеосайтов, работающих по вашему региону.

Источник

Что такое барометр и для чего нужен?

Нашу планету окружает плотный атмосферный слой, состоящий из смеси различных газообразных веществ. Толщина такого слоя составляет не один десяток километров и имеет определенный вес, который хоть и в незначительной мере, но все же оказывает на поверхность Земли определенную долю давления. Обитатели Земли – люди, животные, птицы, рыбы и так далее, не ощущают на себе вес атмосферного давления, так как организмы живых существ к этому воздействию имеют эволюционно сложившееся приспособление.

Однако перепады величины давления влияют на погодные условия, и чтобы их предопределить с максимальной точностью, в XVII веке был изобретен прибор, называемый барометром.

Что это такое?

Слово «барометр» с греческого имеет такой перевод: «барос» – вес, тяжесть и «метрос» – измерять. То есть барометр – это не что иное, как измеритель тяжести атмосферного слоя.

Первый прибор был разработан в 1643 году учениками Галилея – Э. Торричелли и В. Вивиани. Они развили идею своего учителя о том, что погоду можно предсказывать, если создать для этого определенный измерительный прибор. Торричелли со своим помощником решили взять трубку и поместили внутрь ее ртуть, конец трубки при этом был запаянным с одной стороны. Далее трубку погружали в емкость, где также была налита ртуть. Во время опыта при погружении ртуть в трубке поднималась вверх.

В разные дни исследований ученые заметили, что ртуть поднималась на определенную высоту, и такие изменения напрямую были связаны с погодными условиями.

После серии длительных экспериментов ученые сделали вывод, что при увеличении давления атмосферы ртуть в трубке шла кверху, а при снижении – опускалась вниз. Так ученики Галилея создали первый ртутный барометр. Однако применять его в бытовых условиях было небезопасно – ртуть могла вытечь из прибора и вызвать своими парами сильное отравление. Но наука не стоит на месте, и уже через 13 лет в 1657 году Отто Герике в Пруссии создает водный барометр. Суть его конструкции была такова: трубку из меди помещали в емкость, наполненную водой. К трубке подключали стеклянный наконечник с краном от воздушного насоса. Воздух откачивали и кран перекрывали, создавая вакуумное пространство.

После серии трехлетних наблюдений за поведением уровня воды в трубке Отто Герике пришел к выводу, что погодные условия напрямую влияют на движение уровня жидкости в барометре. Однажды во время очередного исследования ученому за 2 часа удалось предсказать развитие сильной бури. Но, несмотря на рабочие свойства прибора, определить точные показатели еще не удавалось никому, пока в 1670 году англичанин Роберт Гук не разработал специальную градацию в виде шкалы, позволяющую точно определить показания барометра.

В начале XVII века немец Готфрид Лейбниц, являясь известным ученым в сфере точных математических наук, разработал проект анероидного барометра, который мог работать без применения ртути и воды. Воплотить идею Лейбница в 1847 году удалось французу Люсьену Види. Анероидная конструкция представляла собой запаянный металлический цилиндр, из которого откачивали воздух, создавая внутри вакуум. При повышении уровня атмосферного давления цилиндр сжимался, а когда давление падало – расширялся. К цилиндру прикреплялась пружина, которая на шкале отображала показания прибора.

Анероидные барометры имели погрешности, но были безопасны в бытовом применении. К началу XVIII века этими приборами начали активно пользоваться мореплаватели, заранее определяя наступление шторма. Мода на барометры стала набирать обороты, и в гостиных состоятельных людей барометры стали привычной деталью, украшающей интерьер.

С изобретением анероидных моделей ртутные и водные барометры выпускались крайне редко, да и спрос на них был уже в то время невелик.

Для чего нужен?

Со времен Галилея человеку настолько стал привычен барометр, что сегодня без этого прибора сложно представить современную жизнь. Он используется в различных сферах нашей деятельности и выполняет следующие функции.

  • Для определения погоды. Одной из важных задач, для которой предназначены барометры, является определение погоды. Ценность показателей прибора состоит именно в том, что прогнозы можно сделать заблаговременно. Если предстоит солнечная и теплая погода, показатели барометра будут высокими, а если собирается пойти дождь – низкие. Заметить понижение температурного режима также можно по снижению уровня атмосферного давления. Для определения погоды барометр не требуется держать на улице, в домашних условиях он будет определять уровень давления ничуть не хуже. Однако если вы живете в небоскребе, тогда давление на вашем приборе будет низким даже в ясный и погожий день.

  • Для определения высоты. Связано это с тем, что при удалении от земли вверх давление атмосферы снижается. Прибор, определяющий показатель высоты над поверхностью земли, носит название альтиметр. Он незаменим в авиации при определении уровня высоты, набранной самолетом во время полета. Первые такие приборы давали погрешности в случае дождливой и ненастной погоды, но их современные аналоги работают по иному принципу, и корректировку показаний пилотам вносить уже не приходится.

Разновидностью барометра является прибор для измерения давления жидкости и газов, называемый манометром.

Иногда в научных исследованиях требуется узнать абсолютный показатель давления – в этом случае суммируется показатель манометра и атмосферного барометра.

Современному человеку показания барометра нужны для управления своим самочувствием. Ни для кого не секрет, что многие люди являются метеозависимыми от перепадов атмосферного давления. Чтобы предотвратить ухудшение самочувствия, наблюдая за увеличением показателей барометра, можно вовремя принять лекарство и не допустить, например, скачка артериального давления крови. В некоторых случаях подобная осведомленность могла спасти жизнь человеку, что лишний раз подчеркивает то, что показатели уровня атмосферного давления имеют неоспоримую ценность.

Обзор типов

Спустя два века с момента изобретения первого барометра его вид претерпевал значительные преобразования. Сегодняшний барометр – это не хрупкий стеклянный резервуар, заполненный ртутью, а твердотельный прибор, который человек использует не только в быту, но и для решения самых разнообразных задач в различных жизненных условиях.

Электронный

Современный барометр чаще всего можно встретить в цифровом исполнении, его еще называют электронным. Устройство прибора состоит в том, что данные с анероидного барометра преобразуются в цифровой сигнал, который через микропроцессор выводится на дисплей. Электронный барометр может быть встроен в телефон, часы или просто иметь компактные размеры и использоваться как самостоятельный прибор, незаменимый в походе, на рыбалке или на даче. В периодической настройке электронный барометр не нуждается, но зато потребует регулярной смены батареек, и если пропустить момент их замены, прибором воспользоваться будет невозможно.

Механический

Этот вид барометра наиболее популярен из-за высокой точности показаний. Механизм его устроен довольно сложно и внешне прибор напоминает карманные круглые часы, но встречаются и настольные варианты, имеющие форму с прямыми углами. Внутри герметичного корпуса расположена пара мембран, находящихся в вакууме. Мембраны сделаны из тонкой жести и чутко реагируют на сжатие корпуса. При увеличении уровня атмосферного давления на наружные стенки прибора они сжимаются, передавая импульс внутренним мембранам.

Если же давление падает, стенки прибора расширяются. К прибору подсоединен механизм с высокой чувствительностью к колебательным волнам, что отображается при помощи стрелки и шкалы с делениями.

Барометр механической конструкции приходится периодически подстраивать с помощью регулировочного винта, но они все равно пользуются высоким спросом из-за привлекательного внешнего вида, и не нуждаются в регулярной замене батареек питания.

Ртутные

Принцип работы ртутного барометра заключается в подъеме и опускании ртути относительно шкалы делений. Такие приборы и по сей день являются максимально точными, поэтому каждая метеорологическая станция оснащена ртутными барометрами, а давление традиционно измеряется в миллиметрах ртутного столба – средний показатель атмосферного уровня давления составляет 760 мм рт. ст. В бытовых барометрах также может быть использована ртуть, но этот прибор представляет собой угрозу для здоровья при неосторожном с ним обращении, поэтому ими мало кто пользуется.

Жидкостные

Приборы, работа которых основана на применении жидкости, сегодня найти довольно сложно. Спрос на них крайне мал из-за того, что уровень атмосферного давления они определяют с большими погрешностями. Суть их работы основана на уравнивании уровня жидкости относительно шкалы измерения. Проблема таких приборов и их неточной работы состоит в том, что жидкости, заправляемые в них, могут испаряться или обладать различной плотностью. Наиболее часто в жидкостном барометре используется вода или глицерин. Жидкости могут быть окрашены специальными красителями, но точности это им не добавляет, скорее, воспринимается как декоративный эффект.

Приобретая барометр, необходимо отдавать себе отчет в том, что он не является метеостанцией, способной предсказывать точные погодные параметры. Оперируя данными уровня атмосферного давления, не получится определить температурный фон воздуха, направление перемещения воздушных фронтов или интенсивность осадков. Для определения таких данных на метеорологических станциях существует целый ряд специальных приборов. Применение барометра поможет нам только узнать, будет ли улучшение или ухудшение погодных условий, рыбаку он поможет выяснить, будет ли клев, путешественнику – вероятность дождя, пилоту – уровень набранной высоты.

О том, как сделать барометр своими руками, вы можете узнать ниже.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector