Единица измерения атмосферного давления барометр

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

Как пользоваться барометром

В чём измеряют давление

В международной системе единиц давление принято измерять в паскалях. Один паскаль – это такое давление, при котором на один квадратный метр поверхности воздействует сила, равная одному ньютону.

Один паскаль – достаточно маленькое давление, гораздо меньше кровяного давления человека или, скажем, давления в шинах автомобилей. Поэтому указанная физическая величина чаще используется с приставкой «мега» (умножить на миллион). Так, к примеру, нормальное давление атмосферы у поверхности Земли равно 0,1 МПа или 100 000 Па.

В технике чаще используют другую величину для обозначения давления, более понятную, а именно – килограммы силы на сантиметр квадратный. В названии этой величины вполне читается и заключённый в ней смысл – сколько килограммов давит на один квадратный сантиметр поверхности.

Самыми первыми устройствами для измерения давления (до того как был изобретён барометр-анероид), были приборы, использующие вес ртути. Поэтому ещё одной единицей измерения, с успехом применяющейся до сих пор, являются миллиметры ртутного столба.

Устройства для измерения давления

Давление бывает истинным и относительным (избыточным). Для измерения истинного давления служит барометр-анероид. Избыточное давление (именно оно интересует автолюбителей, измеряющих давление в шинах) показывает, насколько давление в сосуде превышает давление окружающего воздуха, и измеряется относительно несложно. Механическое устройство сравнивает давление внутри и снаружи. Истинное же давление измерить сложнее, так как сравнивать можно только с глубоким вакуумом. Первыми устройствами такого рода были ртутные барометры. Стеклянная трубка примерно метровой длины наполнялась ртутью, переворачивалась в сосуд, содержащий так же ртуть.

Жидкий металл под собственным весом двигался вниз, над ним образовывался вакуум, давление измерялось разницей уровней ртути в сосуде и в стеклянной трубке. Нормальным принято считать давление 760 мм ртутного столба.

Очевидно, что использование такого прибора не всегда удобно из-за его громоздкости, а также из-за ядовитости паров ртути. Прекрасным изобретением стал барометр-анероид метеорологический, в котором специальный механизм «сравнивает» атмосферное давление с нулевым (глубокий вакуум), которое создаётся в специальном герметичном металлическом сосуде.

История измерения атмосферного давления

Мы живем на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Все изменения, которые происходят в атмосфере, непременно оказывают влияние на человека, на его здоровье, способы жизнедеятельности, т.к. человек является неотъемлемой частью природы. Каждый из факторов, определяющих погоду: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури и др. оказывает прямое или косвенное воздействие на самочувствие и здоровье человека. Остановимся на атмосферном давлении.

Атмосферное давление — это давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.

В 1640 году великий герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца и приказал для этого подвести воду из ближайшего озера с использованием всасывающего насоса. Приглашенные флорентийские мастера сказали, что это невозможно, потому что воду нужно было всасывать на высоту более 32 футов (более 10 метров). А почему вода не всасывается на такую высоту, объяснить не могли. Герцог попросил разобраться великого ученого Италии Галилео Галилея. Хотя ученый уже был стар и болен и не мог заняться экспериментами, он все-таки предположил, что решение вопроса лежит в области определения веса воздуха и его давления на водную поверхность озера. За разрешение этого вопроса взялся ученик Галилея Эванджелиста Торричелли. Для проверки гипотезы своего учителя он провел свой знаменитый опыт. Стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заполнил полностью ртутью, и плотно закрыв открытый конец трубки, перевернул ее этим концом в чашку с ртутью. Часть ртути из трубки вылилась, часть осталась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство. Атмосфера давит на ртуть в чашке, ртуть в трубке тоже давит на ртуть в чашке, так как установилось равновесие, то эти давления равны. Рассчитать давление ртути в трубке означает рассчитать давление атмосферы. Если атмосферное давление повышается или понижается, то столбик ртути в трубке соответственно повышается или понижается. Так появилась единица измерения атмосферного давления – мм. рт. ст. – миллиметр ртутного столба. Наблюдая за уровнем ртути в трубке, Торричелли заметил, что уровень меняется, значит, он не является постоянным и зависит от изменения погоды. Если давление повышается, погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом. Если давление резко понижается, значит, ожидается появление облачности и насыщение влагой воздуха. Трубка Торричелли с приставленной линейкой представляет собой первый прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр. (Приложение 1)

Создавали барометры и другие ученые: Роберт Гук, Роберт Бойль, Эмиль Марриот. Водяные барометры сконструировал французский ученый Блез Паскаль и немецкий бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике. Высота такого барометра составляла более 10 метров.

Для измерения давления пользуются различными единицами: мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.

Связь между погодой и атмосферным давлением

В романе Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан» заинтересовало описание о том, как понимать показания барометра.

«Капитан Гуль, хороший метеоролог, научил его понимать показания барометра. Мы вкратце расскажем, как надо пользоваться этим замечательным прибором.

Вот общие выводы, которые можно сделать из показаний этого ценного прибора. Дик Сэнд отлично умел разбираться в предсказаниях барометра и много раз убеждался, насколько они правильны. Каждый день он советовался со своим барометром, чтобы не быть застигнутым врасплох переменой погоды.»

Я провел наблюдения за изменением погоды и атмосферным давлением. И убедился, что существует эта зависимость.

Источник

Почему прибор для измерения давления называется барометр? В каких единицах он проградуирован?

Вопрос 1: Почему прибор для измерения давления называется барометр? В каких единицах он проградуирован?

Барометр (греч. baros — тяжесть, давление и metreo — измеряю) — прибор для измерения атмосферного давления.

Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 году. Развивая учения Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади.

В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., mm Hg) — внесистемная единица измерения давления, равная / 760 ≈ 133,Па; иногда называется „торр“ (русское обозначение — торр, международное — Torr) в честь Э. Торричелли.

Происхождение этой единицы связано со способом измерения атмосферного давления при помощи барометра, в котором давление уравновешивается столбиком жидкости. В качестве жидкости часто используется ртуть, поскольку у неё очень высокая плотность (≈13 600 кг/м³) и низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре.

Атмосферное давление на уровне моря составляет примерно 760 мм рт. ст. Стандартное атмосферное давление принято равным (точно) 760 мм рт. ст., или Па, отсюда вытекает определение миллиметра ртутного столба (/760 Па). Ранее использовалось несколько иное определение: давление столба ртути высотой 1 мм и плотностью 13,5951×103 кг/м³ при ускорении свободного падения 9,м/с². Разница между этими двумя определениями составляет 0,%.

Миллиметры ртутного столба используются, например, в вакуумной технике, в метеорологических сводках и при измерении кровяного давления. Само собой, никто не использует прибор Торричелли для измерения таких низких давлений. Для измерения низких давлений используют другие приборы, например, вакуумметр.

Иногда используются миллиметры водяного столба (1 мм рт. ст. = 13,5951 мм вод. ст.). В США и Канаде также, используется единица измерения „дюйм ртутного столба“ (обозначение — inHg). 1 inHg = 3,386389 кПа при 0 °C.

Вопрос 2: Какая физическая величина измерялась в «термиях»? Какой единицей заменили «термию» сейчас?

Термия (от греч. therme — тепло) — устаревшая, вышедшая из употребления единица количества теплоты, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 т воды от 14,5 до 15,5 °С.

До конца 18 века теплоту считали материальной субстанцией, полагая, что температура тела определяется количеством содержащейся в нем «калорической жидкости», или «теплорода». Румфорд, Дж. Джоуль и другие физики того времени путем остроумных опытов и рассуждений опровергли «калорическую» теорию, доказав, что теплота невесома и ее можно получать в любых количествах просто за счет механического движения. Теплота сама по себе не является веществом — это всего лишь энергия движения его атомов или молекул. Именно такого понимания теплоты придерживается современная физика. Теплота представляет собой одну из форм энергии, а поэтому должна измеряться в единицах энергии. В международной системе (СИ — Системе Интернациональной) единицей энергии является джоуль (Дж). 1 Т. = 4,1855*106 Дж = 4,1855 МДж.

Допускается также применение внесистемных единиц количества теплоты — калорий: международная калория равна 4,1868 Дж, термохимическая калория — 4,1840 Дж. В зарубежных лабораториях результаты исследований часто выражают с помощью так называемой 15-градусной калории, равной 4,1855 Дж.

Вопрос 3: Какой из манометров чувствительнее: ртутный или водяной? Почему?

Манометр — (от греч. manos — редкий, неплотный и metreo — измеряю), манометры нужны для измерения давления жидкостей, газов и паров. Есть несколько видов манометров: для определения абсолютного давления, отсчитываемого от нуля (полного вакуума); избыточного давления, т. е. превышения давления над атмосферным; разности двух давлений, различных от атмосферного (дифференциальные манометры, или дифманометры).

Мы знаем, что давление жидкости на дно сосуда прямо пропорционально высоте столба и плотности жидкости. При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты жидкости с меньшей плотностью. Плотность ртути больше плотности воды почти в 13,6 раз. Следовательно, на разницу давлений в 1 мм рт. ст. приходится 13,6 мм водяного столба. Именно поэтому водяной манометр более чувствительный. Поэтому низкое давление измеряется водяными манометрами, среднее — ртутными манометрами, а от 1 атмосферы и высокое — пружинными манометрами.

Вопрос 4: В ожидании прибытия царского поезда градоначальник приказал украсить платформу и натереть рельсы салом, чтобы они блестели. Как, по-вашему, не перестарался ли он?

Сало — это жир, жир – это смазка, смазка – это скольжение, скольжение – это остановка поезда совершенно не там, где планировалось, а гораздо дальше.

Тормоза и тормозное оборудование служат для уменьшения скорости движения поезда или его остановки. В поездах 19 века оно было только фрикционное с пневматическим приводом, то есть основанное на действии силы трения между тормозными колодками и вращающимися колесами. Существенным фактором эффективности торможения поезда является также сцепление между колесами и рельсами: плохое сцепление, что часто имеет место, например, в сезон листопада, может привести к возникновению проскальзывания и проезду запрещающего сигнала. При натирании рельсов салом произошло уменьшение сцепления колес и рельсов, и поезд не смог затормозить в нужном месте. Хорошо, если участок, который натерли, был намного короче поезда, тогда поезд тормозил бы колесами, которые еще не «засалились». Средством повышения коэффициента сцепления, которое было известно еще машинистам паровозов, является посыпка рельсов песком. Так что, надеемся, что царский поезд не сильно далеко уехал от перрона, но градоначальнику и его подчиненным явно досталось по полной программе за незнание законов физики!

Мы не нашли информации происходила ли история, описанная в вопросе, в действительности. Но обнаружили много статей о том, как подобным способом партизаны боролись с фашистами: «Знаешь, как мой дедушка в партизанском отряде поезда немецкие под откос пускал, когда у него взрывчатки не было? Скручивали по рельсу с каждой стороны и клали их рядом, параллельно путям, сантиметрах в десяти от полотна, сразу и не заметишь. А рельсы за километр от этого разрыва мазали обычным салом. Машинист если и замечал разрыв, затормозить уже не мог, паровоз кувыркался под откос и тащил за собой все вагоны».

Также нас крайне поразило, насколько же много в Интернете содержится сообщений о том, как кто-то в детстве из простого озорства мазал рельсы салом и тем самым нарушал движение составов.

В настоящее время на поездах применяют самые различные типы тормозов: пневматические и электрические, автоматические и неавтоматические, грузовые и пассажирские, нежёсткие и полужёсткие и т. д. При экстренной остановке поезда приводятся в действие электродинамический, пневматический и рельсовый электромагнитный тормоза с одновременной посыпкой песка на рельсы и опусканием подвагонной сети. Но и в наше время происходят аварии с поездами из-за скользких рельсов.

Вопрос 5: Когда трогается длинный железнодорожный состав, локомотив сначала дает задний ход. Зачем это делается?

Поезд — в современном понятии, это сформированный и сцепленный состав, состоящий из нескольких вагонов, с одним или несколькими действующими локомотивами или моторными вагонами, приводящими его в движение, и имеющий установленные сигналы (звуковые и видимые), которые обозначают его голову и хвост.

Любые вагоны независимо от их назначения и конструкции имеют следующие общие элементы:

· ходовую часть, воспринимающую нагрузку от вагона и обеспечивающую его безопасное и плавное движение;

· раму, воспринимающую нагрузку от кузова вместе с грузом и передающую на ходовую часть вертикальное и горизонтальное усилия, действующие на вагон;

· кузов, предназначенный для размещения в нем пассажиров или грузов;

· тормоза и тормозное оборудование, обеспечивающие умень­шение скорости движения или остановку поезда;

· ударно-тяговые приборы, служащие для сцепления вагонов друг с другом и с локомотивом и ослабления растягивающих и сжимающих усилий, передаваемых от локомотива и от одного вагона другому.

Если машинист локомотива попытается сразу резко начать движение поезда вперед, когда сцепки вагонов натянуты, то может оказаться, что он не сдвинется с места, так как суммарная сила трения покоя, действующая со стороны рельсов на все колеса состава, превысит силу скольжения ведущих колес локомотива, создаваемую осями и имеющую противоположное направление. Поэтому вначале необходимо подать поезд назад, ослабив тем самым натяжение сцепок, и только после этого приводить в движение вагоны последовательно, один за другим, а затем, так же поочередно, начинать их движение вперед.

Использованные материалы и литература:

1. Интернет-сайт http:// www. /ref/pryjinn6mi_manometrami. htm

2. Интернет-сайт http:// dic. /dic. nsf/enc_chemistry

3. Интернет-сайт http:// www. /chto-takoe-bumaga. html

4. Интернет-сайт http:// www. /journal/entsiklopediya-potrebitelya-art-chem-otlichaetsya-vidyi-shkol-nyih-prinadlezhnostey. html

5. Интернет-сайт http://ru. wikipedia. org

6. Интернет-сайт http:// www. /quiz/91

7. Интернет-сайт http:// rwlib. /e_book_vagony_7.htm

8. Интернет-сайт http:// /books/item/f00/s00/z0000040/st008.shtml

9. Интернет-сайт http:// www. /referats/r_1_kak_ustroeni_tormoza. html

10. Интернет-сайт http:// www. /zdm/05-2003/02151-2.htm

11. Интернет-сайт http:// bse. /article110073.html

12. Перышкин . 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2008

13. Энциклопедия для детей. Том 16.Физика. – М.: Аванта+, 2003.

14. Иллюстрации: «Натюрморд с барометром» Полина Балашова, открытка 19 века «После купанья», «Эванжелиста Торичелли» гравюра, «Поезд на Царскосельской железной дороге» Тюмлинг, «Поезд в пути» И. Левитан.

Источник

Как сделать барометр своими руками

Барометр отслеживает изменения атмосферного давления, сопровождающие наступление осадков, пасмурной или солнечной погоды. Предназначен для прогнозирования климатических условий в краткосрочной перспективе. Барометр всегда используют при подготовке к астрономическим наблюдениям, а рыбаки по его показателям определяют, когда будет лучший клев, так как рыба реагирует на перепады давления. Устройство всегда практичное в быту: подскажет пользователю как одеться, брать ли зонт, отменить или запланировать мероприятия. Метеочувствительные люди смогут подготовиться к изменениям климата. Рассмотрим способы, как сделать барометр самостоятельно и разновидности кустарных изделий.

Что такое барометр

Барометр — это измеритель атмосферного давления (дальше по тексту — атм. давл.), это основное устройство, прогнозирующее климатические изменения. По прибору можно определить приближение периода осадков, циклонов, пасмурной, влажной погоды, туманов.

Первый изобретенный барометр — это трубка с ртутью, запаянная с одного конца, а другим, открытым, погруженная в емкость с нею же. В такой конструкции вещество внутри колбы при увеличении атмосферного давления имеет свойство подниматься, при понижении — опускаться. На данное явление несколько веков назад обратил внимание ученый Торричелли.

Барометр основывается на свойстве веществ, материалов сжиматься/расширяться при изменениях атм. давл. Чувствительные элементы прибора: химические вещества (ртуть), мембраны из особых материалов. В электронных вариантах используют термокомпенсированные, тензометрические датчики, отображающие деформации с преобразованием показателей в электросигнал. Жидкостные и мембранные устройства значения показывают столбцом вещества внутри прозрачной трубки или стрелкой. Электронные приборы могут иметь стрелку, но чаще ЖК-табло.

Назначение

Приборы измерения атмосферного давления используются повсеместно в быту, на кораблях, при астрономических наблюдениях, на метеостанциях, в общем, везде, где потребуется ради интереса или в связи с рабочей или иной необходимостью предвидеть погоду, но только на ближайший период (8–12 ч., или на следующий день).

Барометром можно определить высоту возвышенностей (поэтому заводские изделия часто совмещают высотомер), так как давление меняется с высотой. Часто прибор измеряет и относительную влажность (гигрометр).

Особенности барометра, как читать показатели

За точку отсчета на шкале барометра обычно принимают усредненный показатель нормального атм. давл. для ясной обычной погоды — 750 мм. рт. ст., то есть от этой отметки отсчитывают движение вниз или вверх. Отметка может быть другой, она зависит от условий местности, от среднестатистического показателя для конкретной территории, например, такая линия будет иной в горных районах.

Недостаток барометра — невозможно на 100% предвидеть осадки, погоду, время появления, продолжительность. Слишком много факторов влияет на точность, например, температура, влажность, высота местности, рельеф, ветреность. Чем резче и сильнее выше/ниже движется стрелка, тем большая вероятность прогноза и скорость наступления явлений.

На метеостанциях показания барометров уточняются данными со спутников, статистикой, измерителями перечисленных факторов. Другой относительный недостаток: радиус действия барометра ограниченный (приблизительно до 30 км, при циклонах, ураганах может быть больше).

Итак, чем выше подвинется столбик жидкости или стрелка заползет на отметки в сторону увеличения, тем значительные осадки ожидаются: от пасмурной погоды до дождя, шторма, бури. Чем интенсивнее движение, тем быстрее погодные явления. Но это общее правило, ниже мы уточним нюансы.

На шкале заводских изделий есть не только цифры, но и соответствующие надписи (солнечно, туман, дождь, гроза и так далее), их можно скопировать (фото есть в интернете) для самоделок.

Для рыбаков обычно трактовка такая:

• столбик поднимается постепенно — ясная устойчивая погода, но надо учесть, что каждая рыба имеет свои нюансы поведения. А в общем, это к хорошему клеву. Но если показатель уже высокий или чрезмерно быстро увеличивается, рыбалка может не быть успешной;
• при низкой величине (пасмурно, дождь) активны хищные рыбы, при повышенной — мирные виды плывут к берегу и активно питаются.

Важные нюансы трактовки показаний барометра

Общий принцип понимания показаний правильный лишь отчасти, есть значительные нюансы, опишем их.

Читать показатели барометра не так просто, как это иногда отображают в некоторых источниках, укажем правильную трактовку с нюансами:

• давление в процессе роста — дождь, гроза; но когда вырастет, станет стабильным — начнет устанавливаться хорошая погода;
• в процессе понижения — самая хорошая погода; когда установится стабильно низким — начнутся осадки, но кратковременные, не сильные, а интенсивные появятся — см. предыдущий пункт.

Все дело в том, что области низкого атм. давл. — это циклоны. Вначале у них есть теплый сегмент с небольшой облачностью (обычно в верхнем ярусе, облака перистые, перисто-слоистые), осадки отсутствуют. Когда идет теплый фронт — есть вероятность маленьких осадков. Но во время холодного, а он идет следом, — осадки сильные, усиливается ветер. Давление растет, осадки после фронта могут стать затяжными (вплоть до дней без перерыва). После прохождения циклона устанавливается повышенное атм. давл., антициклон, поначалу там пасмурно, холодно с осадками (шлейф от минувшего циклона), которые исчезают через день-два. Облачность начинает понижаться, среда прогревается, и в теплом сегменте антициклона становится солнечно. Давление понемногу падает, соответственно, после антициклона — ожидайте очередного циклона, цикл повторяется.

Единицы измерений

Международная единица измерения — 1 Па (1 Н/м²). Но также используют бары (1 бар = 100 000 Па или 0.1 мПа). Шкалы бытовых барометров часто в миллибарах. Таким образом, 100 000 Па = 100 кПа — 1 бар = 1 000 мбар = 1 000 гПа.

Виды барометров

Барометры с жидкостью, химическими составами в роли чувствительного вещества. Ртутную разновидность не будем рассматривать, так как вещество чрезвычайно опасное, к тому же труднодоступное. В самоделках применяют подкрашенную простую или дистиллированную воду. Устройства основываются на «принципе Э. Торичелли»: жидкость опускается/понижается в трубке, вставленной открытым концом в емкость с таким же веществом, реагируя на изменения атмосферного давления.

Механические, они же анероиды. Из гибкой (часто гофрированной) тонкостенной коробочки, сильфона — анероидной капсулы из медно-берилловых и подобных сплавов. Данный узел помещают внутрь герметичного корпуса, где создается разряжение, и он настолько чувствительный, что колебания давления за его пределами расширяют или сжимают его, двигая толкатель со стрелкой на шкале.

Электронный (цифровой). В основе — термокомпенсированные, тензометрические сенсоры. Подобные детекторы ставят в электровесы. Работа элементов базируется на пъезорезистивных свойствах микроскопической полоски из кремния, функционирующей как тензометр, то есть она способная реагировать на малейшие колебания, напряженности, усилия поверхности.

Контроллер (микросхема) обеспечивает возможность разных настроек, анализирует сигнал сенсора и выводит его цифрами на дисплей. Обычно такой заводской прибор оснащен комплексом датчиков и функций, измеряет не только давление, но и температуру, влажность, показывает время, дату. Цифровые барометры очень распространенные в последнее время для быта, по форм-фактору напоминают собой электронные часы. Это самые точные измерители, покажут величину до 0.2 мВ/кПа и лучше.

Для самодельных электронных измерителей потребуется откалиброванный заводской тензодатчик.

Способы изготовления своими руками барометров

Жидкостный барометр в домашних условиях своими руками собрать можно чрезвычайно простыми методами, большинство из них сводятся к такой общей конструкции: запаянная сверху трубочка, открытым концом вставленная в емкость с жидкостью. Соломинка тоже наполняется некоторым количеством воды. Есть более элементарные способы, например, из лампочки, где прогноз показывает конденсат на стенках.

Совсем простой метод для создания подобия анероида: пустая банка с крышкой из резиновой мембраны от обычного шарика. Для экстремальных условий применяют ветки хвойного дерева, они имеют свойства подниматься/опускаться при разном атм. давл.

Для более сложных вариантов — электронных — потребуются навыки пайки, работы с радиодеталями, опыт создания печатных плат и запчасти в виде тензодатчиков, диодов, микроконтроллеров (Arduino, LM 3914), других радиодеталей.

Ниже постараемся отобразить все самые известные самоделки.

Анероид из дешевого манометра

Анероид можно сделать, если взять запчасти от иных измерительных приборов, у которых есть часть со спецсплава, реагирующая на давление, например, из манометра. Подойдет только механическая модель с нижней, обычно круглой (небольшой цилиндр), частью-блоком, именно там расположена чувствительная мембрана.

Входной штуцер устройства припаян к круглой нижней части манометра с гофрированной коробкой (сильфоном), реагирующей на атм. давл. сжиманием/расширением, двигая стрелку на шкале через толкатель.

1. Прогреваем штуцер паяльником, герметично запаиваем.
2. Ждем, пока коробочка охладится до комнатной температуры, произойдет ее сжимание – давление сравнится с атмосферным.
3. После указанной манипуляции при падении давления сильфон будет сокращаться, при росте – расширяться.
4. Шкалу переписывают — 160 мм — на 760, 200 — 700, 120 — 800, — поскольку теперь при повышении измеряемой величины указатель будет подвигаться против ч. с. Старые значения заклеивают бумагой, зарисовывают корректором. Новые надписи пишем вручную или сканируем фото заводского изделия, изменяем фотошопом и распечатываем.
5. Ослабляем стопорный винт, фиксирующий штуцер. Проворачиваем последний по ч. с. Пока стрелка не покажет деление, соответствующее нормальному атм. давл. в местности (стандартно 750, данные есть на сайтах метеослужб).
6. Штуцер в нужном положении фиксируем стопорным винтом, положение указателя может измениться — шкала не будет абсолютно точной, но нам главное фиксировать интенсивность изменений давления, поэтому данный минус малозначим.

Подобным образом можно соорудить анероид из сильфонов из бериллиевой бронзы из высоковакуумных затворов вакуумных установок как на фото ниже. Но такие запчасти доступные не всем. На изображении 12-ступенчатая конструкция, что обеспечивает показания с точностью до 0.05%.

Из бутылки, колбы

Барометры из бутылок часто применяют рыбаки, чтобы определить, будет ли клев, атмосферное давление влияет на поведение рыб, провоцирует на жор или на уменьшение активности.

Но также такие кустарные устройства используют для любой ситуации, когда требуется спрогнозировать погоду.

• колба, бутылка из стекла или пластика (объем может быть разным обычно от 0.5 л);
• трубочка для коктейлей, соломинка как можно длиннее;
• дистиллированная вода. На емкость 0.5 л хватит 150–200 гр., если объем больший/меньший, то в подобной пропорции;
• краситель (пищевой, чернила, марганцовка и прочее), чтобы столбец был заметным.

Можно изловчиться и собрать прибор, имея только какой-либо острый предмет, чтобы пробить отверстие в крышечке сосуда. Но комфортнее работа будет с ножом, термоклеем (хорошо, если есть пистолет для него), стойкий к смыванию маркер, шприц (игла не потребуется).

1. Делаем отверстие в крышечке сосуда, под соломинку.
2. Наполняем емкость дистиллированной водой, окрашиваем.
3. Маркером на трубке делаем шкалу.
4. Помещаем соломинку в сосуд так, чтобы конец торчал на 3–4 см., от дна — 1–2 см.
5. Уплотняем соединение термоклеем. Для герметизации можно применить любые другие материалы, а также использовать пробку от бутылки с вином.
6. Закачиваем шприцом немного воздуха внутрь.

Для самодельных измерителей атм. давл. применяют любые колбы, пластиковые бутылки. Во всех случаях они, как и соломинка, должны быть прозрачными. Алгоритм создания такой, как мы описали выше.

Можно взять не дистиллированную, а обычную кипяченую воду, но ее периодически надо менять из-за протухания.

Из масленки

Потребуется жестяная масленка, любая, но лучше приплюснутая по вертикали, с вытянутыми боковыми торцами. Подбирают пробку под отверстие, закрывают его, но сначала проделывают в заглушке отверстие под тонкую соломинку для коктейлей. Подойдет также стеклянная трубка (1.5–2 мм), от посуды для химической, медицинской отрасли. Впрочем, можно взять и более толстую: попробовать насадить ее (а не вставить) на носик масленки, но потребуется хорошо уплотнить такое соединение, например, эпоксидкой, холодной сваркой, резиновой прокладкой.

Сосуд наполняется на 2/3 подкрашенной водой. Трубка с пробкой вставляется, к прозрачной части приделывается шкала (бумага, пластик, обычная линейка). Градуировку можно скопировать с заводского изделия. Соломинка при этом должна быть немного заполненная жидкостью. Принцип традиционный: давление растет — столбец идет вверх, и наоборот.

Из лампочки, с принципом росы

Подойдет любая лампочка. Около самой кромки цоколя сверлят маленькое отверстие 2–3 мм. Его можно сделать шуропевертом или специальными мини-дрелями с тонким сверлом, ручными бурчиками.

Эффективный способ с проволокой. На точку сверления наносят каплю машинного, подсолнечного масла или солидола с абразивом от среднезернистой наждачки. Должна получиться вязкая густая паста. Зажимают в патроне дрели медный провод, диаметром равным отверстию. Цоколь лампы фиксируют в маленьких ручных тисках, место зажима и колбу заворачивают перед этим ветошью, тряпкой. Сверлят, прикладывая минимальный натиск.

Через отверстие заливают воду до половины колбы, добавляют туда любой краситель (чернила, марганцовка). Отверстие заделывают пайкой (стекло легко плавится зажигалкой «печкой») или акриловым клеем, эпоксидкой, изолентой. Барометр собран.

Далее, ждут, пока подсохнут стенки изнутри. Подвешивают барометр в удобном месте поближе к улице, например, между оконными рамами.

Лучшая сторона — северная, где на баллон не будут падать прямые солнечные лучи. Если окна сморят на юг, то подвешивают в верхней их части. Период, на который барометр покажет погоду — около суток.

Через пару часов можно смотреть показания:

• внутренние стенки покрылись мелкой росой — сплошная облачность, пасмурно, но без осадков;
• средний конденсат с сухими полосками между каплями — переменная облачность;
• крупные капли — кратковременные осадки;
• крупный сплошной конденсат сверху донизу, капли укрупняются, стекают вниз — гроза;
• роса только у поверхности жидкости, горловина сухая — дождь пойдет стороной, в 30–50 км от локации замеров;
• если идет дождь, а стенки сухие — завтра ясная, солнечная погода;
• конденсат только на северной стороне — завтра после обеда осадки.

Пользоваться барометрами с замерзающей жидкостью, конечно же, можно лишь при температуре воздуха выше нуля.

Из хвойной ветки, шишки

Ветки хвойных пород деревьев имеют свойство опускаться/подниматься при изменении атмосферного давления. Не имеет значения живая или мертвая такая стрелка.

Ветку желательно взять с сегментом ствола, так она будет стабильнее и с большим диапазоном движений. Указатель закрепляют любым удобным способом. Около конца стрелки ставят линейку, размеченную полоску, можно использовать стену, откос. Стрелка не должна прикасаться ни к чему. Наблюдают за погодой и сопоставляют ее изменения с положением ветки, соответственно полученным данным подписывают сегменты градуировки.

Сосновые, еловые шишки имеют свойство раскрываться в ясную погоду и закрываться при пасмурном климате. Желательно взять крупные плоды.

Из шприцов, капельниц

• шприцы — 2 шт. по 10 мл;
• трубка от капельницы;
• настенный термометр, желательно с крупной шкалой наподобие линейки;
• дощечка 16×25 см;
• бумага миллиметровая;
• для фиксации элементов: скотч, силиконовый клей, кнопки, гвозди.

Процесс создания виден на ниже представленных схемах. Место установки для сделанных самоделок должно быть без переменчивых условий в доме: подальше от форточки, солнечных лучей, нагревателей, влажности. Наполняют систему кипяченой водой при комнатной t° (+18…+25° C). Поршень верхнего шприца ставят на отметку в 7 мл, второй без толкателя заполняют полностью. После процедуры первым устанавливают уровень в трубке на отметке (на шкале она посередине), равной стандартному атмосферному давлению в местности. Обычно таковое составляет 750 мм. рт. ст., поэтому маркируют указанную линию этими цифрами.

Больший объем воздуха — 98%, находится в шприце сверху, остальное в трубке. Давление повышается, происходит сжатие, что поднимает уровень воды в капилляре, и наоборот. Шаг шкалы в 1 мм в наших примерах сделан равным 1 мм. рт. ст., второй шприц располагают на одном уровне с ней.

Вместо воды можно использовать подсолнечное масло:

Первое время, наблюдая соответствие положений столбца и погодных условий, записывают их, таким способом подписывают градуировку. Снимать показания рекомендовано при t° воздуха +18° C.

Из банки и шарика

Пустую банку накрывают резиной из обычного шарика, на нее скотчем крепят соломинку, деревянную шпажку.

Принцип четко показан на изображении:

Разница давлений внутри и снаружи приподнимает/опускает сплошную накрывку-мембрану, соответственно, двигается указатель, около конца которого ставят шкалу.

Материалы и пример реальной сборки:

Электронные (цифровые) барометры своими руками

Откалиброванный на заводе тензодатчик и дискриминатор — основа цифрового прибора. Эти и другие компоненты можно приобрести на Aliexpress, в радиомагазинах, в интернете.

Электронный барометр своими руками собирается на базе микродатчиков, микросхем (контроллеров). Нам потребуется тензосенсор MPX 2200 AP. При нормальном давлении 1 000 гПа напряжение на его выходе равно 100×0.2 мВ = 20 мВ. Можно также к схеме приспособить вольтметр, но для нашей ситуации в этом нет необходимости, так как в большинстве случаев достаточно наблюдать изменения в сторону повышения/понижения. Индикатор сделаем в форме шкалы из нескольких светодиодных элементов.

Потребуются, кроме указанных, такие элементы:

Питания на сенсор подается от «кроны» 9 В (выводы 1 и 3). Для экономии заряда цепь содержит выключатель обычный или микро. Импульс с детектора поступает дифференциальному усилителю из 2 операционных усилителей DA2.1 и DA2.2 в корпусе, это микросхема LM324. Данный элемент предназначен для усиления амплитуды импульса тензосенсора в 50 раз.

R4 — «переменник» для точной регулировки, стоящий между резисторами с R1 и R2 (номиналы одинаковые). Учитывая коэф. усиления при 1 000 Па (100 кПа), на выходе дифусилителя будет 0.2×100×50 = 1000 мВ = 1 В.

С чувствительным вольтметром (цифровым) с шириной градуировки 2 В становится доступным пересчет измеренного напряжения, снимаемого между выходами 7 и 14 LM324, в значения атм. давл. Для визуализации контроля используется дискриминатор LM3914 с 10 компараторами, каждый подсоединенный одним входом к выводу (5), другие контакты идут на резистивный делитель (на промежуточные его точки).

Потенциал на четвертом выводе обозначает нижний порог измерения давления, а верхний выставляется посредством изменения потенциала «переменником» R5 на объединенных выходах 6 и 7. Им надо задать напряжение приблизительно 1.1 В относительно выхода 8, таким образом, верхняя граница индикации атм. давл. составит 1060 мбар, что подходит нам.

Как работать с индикатором

Индикация имеет такой порядок: вращая селектор «переменника» R6, устанавливаем на вводе 5 контроллера LM3914 потенциал, при котором диоды HL5 и 6 включаются. Если замеряемая величина растет, то элементы от HL7 до HL10 поочередно начинают светиться, и наоборот, уменьшение давления, обозначающее скорые осадки, сопровождается понижением напряжения на пятом выходе микросхемы. Начнут поочередно вниз включаться HL4…HL1.

Схема платы, рекомендации

Ниже схема-шаблон платы для монтажа платы:

Желательно брать индикаторные световые элементы с разным цветом, чтобы они несли функциональную нагрузку: внизу белые, вверху — красные, в середине — исходная точка, желтые. Схема LM для нашего прибора работает как DOT точка — при деактивированном выводе 9, питание идет только на период индикации давления при нажатии клавиши «Измерение». Точная калибровка для наших целей не так уж и важна, достаточно сделать наибольшую чувствительность, чтобы микросхема реагировала на малейшие колебания давления.

Цифровые модули и сборки на Arduino

Сборку можно осуществить из цифровых барометрических модулей-сенсоров. Делают такие приборы на основе микроконтроллера Arduino, также надо докупить дисплей к такой сборке и все необходимые сопутствующие детали. Все нужное есть на Aliexpress, подобных площадках.

Продаются уже готовые цифровые барометрические модули с обвязкой, например, 32-х разрядные, стоимость около 30 долл.

Рассмотрим только основы таких устройств, так как вариантов их много и им посвящены отдельные статьи.

Схема подключения контактов (есть разные варианты поэтому уточняем в сети, читаем инструкции изделий, смотрим схемы для конкретных моделей микроконтроллеров и модулей):

Самодельный цифровой барометр в сборе на монтажной пластине-основе:

Варианты схем-чертежов для сборки метеостанции с барометром на Arduino:

Обычно сборки на Arduino и на подобных микросхемах являются не просто барометрами, а мини-метеостанциями, измеряющими давление, высоту, температуру, влажность, показывающие часы, дату:

Видео по теме

Источник