Меню

Барометр применяется для измерения



Все о барометрах

Покупателям барометров необходимо знать все об этих полезных устройствах — в том числе то, как они работают. Дополнительные важные нюансы — как пользоваться ими, и как правильно настраивать. Отдельная актуальная тема — как выбрать прибор без ртути для измерения атмосферного давления.

Характеристика

Суть работы барометра в измерении атмосферного давления. Именно это и отражено в наименовании самого устройства. Оно восходит к корням из древнегреческого языка, буквально обозначающим «тяжесть» и «измерять». Создать первый полноценный барометр удалось знаменитому физику Эванджелиста Торричелли. Момент изобретения не случаен — как раз в первой половине XVII столетия появилось понимание сути атмосферного давления и того, как оно воздействует на различные предметы.

Необходимо понимать, что хотя разработка Торричелли и называется барометром, вполне подпадая под его современное общее определение, выглядела она совершенно иначе. Она представляла собой тарелку, в которую наливали ртуть, и специальную перевернутую отверстием вниз колбу. При повышении давления воздуха ртутный столбик поднимался, при его уменьшении — понижался. Такое строение позволяет говорить скорее не об измерительном приборе, а о датчике. Подобная система показывает, что изменяется величина давления, и только.

Оснастить ее четкими выверенными делениями невозможно или очень сложно.

Пользоваться устройством Торричелли в реальности нецелесообразно, особенно учитывая токсичность ртутных паров.

Впоследствии подобное строение (только с замкнутой трубкой) переняли термометры, а само барометрическое оборудование стало выглядеть иначе. Сегодня те или иные параметры означают стрелки (их положения) либо иным образом демонстрируемые цифры. Часто измерение давления производится в единицах барах; методы измерения давящего воздушного столба могут сильно различаться.

Серьезные недостатки барометра Торричелли преодолел немецкий исследователь Отто фон Герике. За основу своей разработки он взял уже не ртуть, а воду. Однако поскольку она недостаточно плотна, пришлось строить очень крупный прибор. Тем не менее его технических возможностей оказалось достаточно, чтобы обнаружить довольно быстро приближение мощного циклона и предупредить об опасности. К совершенствованию барометра приложил руку и английский исследователь Гук, предложивший довольно неплохую шкалу.

Но еще более важный шаг был сделан Готфридом Лейбницем, выдвинувшем идею, о которой будет сказано чуть дальше. Практически воплотить этот замысел в жизнь удалось только французу Люсьену Види в середине XIX столетия. Анероидная удобная и безопасная схема довольно быстро вытеснила почти все другие технические решения. Они остались нужны только там, где требуется измерять давление с предельной точностью, или возникают особые условия. Сейчас все барографическое оборудование проверяется на соответствие ГОСТ.

Стандарты регламентируют:

  • климатические исполнения;
  • суточный или недельный режим работы;
  • разброс диапазона измерений;
  • точность этих измерений;
  • целевое предназначение;
  • диапазон рабочих температур и влажности воздуха;
  • применяемые конструкционные материалы и покрытия;
  • порядок приемо-сдаточных и поверочных испытаний, параметры, при которых оценивается стойкость к негативным воздействиям.

Ртутные

Как уже говорилось, эта разновидность барометрического оборудования была разработана раньше остальных вариантов. Определение атмосферного давления происходит по высоте столба реагента. Движение происходит внутри особой колбы. Высокая точность делает такие устройства незаменимыми для метеорологических наблюдений и исследований. Но в домашних условиях, в промышленности и на транспорте их применять слишком опасно.

Жидкостные

Это довольно надежные безртутные, и потому абсолютно безопасные приспособления. Именно такие модели верно служили людям десятки и сотни лет. Но водяной прибор можно встретить уже только в музеях. Современная техника без ртути подразумевает использование специальных масел либо глицерина.

Стоит отметить, что иногда жидкостное устройство называют чашечным, потому что оно содержит специальную чашку (колбу), действующую по принципу сообщающихся сосудов; но есть еще сифонные и сифонно-чашечные типы.

Механические

Еще говорят, что это барометры с мембранной коробкой. Специальная полость герметична и насыщена воздухом, разреженным до строго определенного значения. Воздействие атмосферного давления меняет габариты вакуумной коробки, пусть и в очень малой степени, что и позволяет обходиться без жидкостей. Но все же измерить это изменение возможно довольно точно. Альтернативное название — безжидкостный барометр, или анероид.

Электронные

Использование электронных компонентов гарантирует высокий уровень точности. Базовая часть по-прежнему работает по анероидной схеме. Но показания коробки преобразуются в электрические сигналы. Потом их обрабатывает встроенный микропроцессор. Многие модели способны передавать информацию по каналам сетевой коммуникации.

Химические

Так называемый химический или кристаллический барометр имеет еще одно наименование — штормгласс. Основной частью устройства является стеклянная колба, наполненная спиртом. В нем растворяют нашатырь, камфору и калийную селитру. Хотя ампула герметична, в ней под влиянием давления появляются и исчезают кристаллы. По степени прозрачности можно судить о ближайших изменениях погоды:

  • полностью прозрачная жидкость — ясные солнечные условия;
  • крупные хлопья — существенная облачность в теплое время, снег в холодную пору;
  • похожие на иглы кристаллы — наступление заморозков;
  • нитевидные кристаллы у поверхности — усиление ветра.
Читайте также:  Прибор для измерения музыкального такта

А также есть деление на барометры:

настольные (они же портативные или переносные);

наручные (крепящиеся на манер часов или включенные в их состав);

  • установленные в мобильном гаджете.

Материалы

Их использование зависит от того, какой тип барометра имеется в виду. Так, металлический аппарат — это практически всегда анероид. Многие старинные антикварные модели были деревянными, что не мешало им, впрочем, выполнять свои функции стабильно. Сегодня тоже выпускаются деревянные и другие декоративные барометры, отличающиеся стильным внешним видом.

Если нужно выбирать не дизайнерскую разработку, а практически ценную модель, то необходимо уделить внимание устройствам со стеклянными колбами.

Принцип работы

Все такие приборы работают благодаря отображению колебаний давления в каком-либо другом физическом процессе. Так, если речь идет о жидкостных барометрах, то они измеряют атмосферное давление как сообщающиеся сосуды; в этом случае действуют законы гидростатики. В чашечном устройстве показателем является высота столбика, отсчитываемого от чашки до определенной отметки, называемой верхним мениском. Сифонный механизм предполагает наличие трубки с удлиненным закупоренным концом. В сифонно-чашечном варианте одна из трубок открыта, другая закрыта и дополнена чашкой.

Ртутная система составлена по принципу сообщающихся сосудов. Одна из трубок сверху закрыта. Там отсутствует воздух. Напор внешнего воздуха заставляет жидкость подняться либо опуститься. Все это показывается при помощи поплавка, демонстрирующего то или иное положение на шкале барометра; практически все модели используют такую единицу, как миллиметр ртутного столба.

В случае с анероидом сжатие или раскрытие коробки толкает стрелку в нужную сторону. Электронные приборы выводят показания на экран. Нормой давления всегда признают 760 мм рт. ст. Пределы измерения у обычных метеорологических барометров невелики в отличие от тех, что используются для специальных целей. Погрешность выбирается разработчиками, но должна соответствовать требованиям стандартов.

Назначение

Чаще всего барометры используют как раз для того, чтобы определить погоду. В этом качестве подобная техника служит:

  • в профессиональных метеорологических центрах;
  • дома, на даче, на рыбалке или охоте;
  • в экспедиционных и походных условиях;
  • как судовой индикатор метеоусловий посреди морской глади (иногда выпускают даже стилизованные версии в виде штурвала).

Но давление даже в одном месте и при одной погоде может сильно различаться на разных высотах. Это свойство позволяет использовать барометры для полетного контроллера летательных аппаратов, более известного в недавнем прошлом, как альтиметр. Современные версии альтиметров имеют очень малую погрешность и даже не зависят от метеоусловий. В некоторых случаях барометры применяют в лабораторных условиях — если прохождение опыта и интерпретация его результатов прямо зависят от окружающего давления. Наконец, барометрами часто пользуются и в школьных классах для учебных занятий и демонстрации измерения давления.

Как выбрать?

Разумеется, для домашних нужд нет смысла выбирать профессиональный аппарат. Он стоит довольно дорого, да и говорить о стильном дизайне не приходится. В любом случае надо обращать внимание на точность. Она отнюдь не всегда прямо зависит от цены, для личных потребностей вполне хватает и изделия бюджетного класса. Оценивать каждое легкое колебание давления в бытовой жизни смысла нет, это нужно только метеорологам.

Вполне достаточно, если можно будет судить о показателях в целом за сутки, за утро, день и вечер отдельно. Приборы могут вести измерение в гектопаскалях или миллиметрах ртутного столба. Нужно уточнить, какая единица наиболее удобна. При выборе подарочных моделей следует выяснять, насколько их изящный внешний вид соответствует реальным измерительным возможностям. А также следует определиться, нужны ли комнатные или переносные образцы.

Кроме этих параметров, надо обратить внимание на дополнительную функциональность. Она обеспечивается как цифровыми, так и аналоговыми устройствами — причем первые удобнее, а вторые традиционнее. Для начала при отсутствии опыта можно применять самые простые версии. Дополнительно учитывают репутацию изготовителя и отзывы о моделях. Разобравшись с этими пунктами, останется только обратить внимание на массу, размеры и способ установки.

Читайте также:  Ультразвуковая рулетка для измерения расстояний

Установка

Поскольку атмосферные условия внутри здания практически совпадают с уличными, или разница пренебрежимо мала, то может показаться, что установить на стену специальный настенный прибор или расположить настольный аппарат можно где угодно. Но это не так.

Разместив устройство в постоянно сырых местах, тем самым провоцируют высокую погрешность. То же самое происходит и в том случае, если повесить встраиваемый измеритель вблизи источников тепла.

Все прочие указания, в том числе и как конкретно выставить изначальное значение, можно узнать в прилагаемой инструкции.

Настройка

Любые барометры продаются в транспортном состоянии, исключающем повреждения. Потому необходимо сразу отрегулировать аппарат и правильно настроить его показания. Если расхождения с местной метеостанцией превосходят 8 мм рт. ст., часто приходится регулировать устройство дополнительно. Важно: менее значительные отличия являются вариантом нормы и могут свидетельствовать только о влиянии местной специфики и высоты здания. Подстройка производится с помощью отвертки, ширина шлица которого не превышает ширины регулирующего винта.

Конкретное расположение и позиция этого винта могут отличаться. Крутить его нужно в том направлении, в каком ближе всего находится указывающая стрелка. Делать это нужно аккуратно и без чрезмерных усилий. Кроме правильной ориентировки самой стрелки надо убедиться, что при наклоне барометр не меняет своих показаний. Обычно при правильной настройке применение устройства без дополнительной калибровки может продолжаться несколько лет.

Эксплуатация

Пользоваться в постоянном режиме исходными элементами питания (если речь об электронном устройстве) не рекомендуется. Это всегда самые дешевые модели батареек, которые часто текут и плохо держат заряд. Их и используют только для демонстрационных целей. После первоначальной настройки прибора в соответствии с инструкцией по применению и проверки на работоспособность батарейки придется заменить. В инструкции же прописано, как часто заниматься поверкой барографа, и что при этом нужно делать.

Стоит отметить, что не так уж и важно, смонтировано ли устройство в часах или отдельно.

Домашние приспособления могут спокойно и эффективно работать, выдавая довольно точные значения только в диапазоне от 700 до 800 мм рт. ст., и строго на высоте не более 300 метров над уровнем моря.

В среднем суточный ход давления в районе 10 утра и 10 вечера достигает максимального значения. Минимумы же чаще всего наступают в 4 утра и 4 дня. Если вдруг это правило нарушено, значит, назревают серьезные метеорологические изменения.

Передвигаясь вместе с барометром (на охоте, на рыбалке, в походе или поездке), необходимо всегда вводить поправку на высоту местности. Давление от 765 мм рт. ст. позволяет обычно рассчитывать на сухую безоблачную погоду. Ее стабильность повышается при росте давления. Наоборот, понижение этого показателя свидетельствует о скором выпадении осадков. Быстрое поднятие и столь же быстрое последующее падение обычно говорит о резкой неустойчивости метеоусловий, о противоборстве теплых и холодных воздушных масс.

Желательно следить, чтобы устройство находилось при температуре от 18 до 22 градусов. Лучше, если относительная влажность воздуха будет составлять 20-40%. Лишь в этом случае гарантируется наибольшая точность замеров. Стабильный уровень давления, не претерпевающий долго изменений, говорит о том, что погода в ближайшие 3-6 часов меняться не будет. Конечно, ронять измерительный прибор нельзя, его лучше оберегать от ударов.

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.
Читайте также:  Лучшие кардио браслеты с измерением давления

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