Барометр

Барометр

Барометр-Анероид. Характеристики. Виды.

Барометр – это измерительный прибор, который предназначается для определения давления атмосферного воздуха. Помимо метеорологического применения, барометр используется для экологического контроля (например, для аттестации рабочих мест) или в авиации (для определения высоты полета над уровнем моря).

Рисунок 1. Барометр-анероид

Впервые, барометр был изобретён и описан в сочинении «Opera geometrica» в 1644 году ученым из Флоренции (Италия) Эванджелиста Торричелли. Это был жидкостный ртутный барометр, давление по которому измерялось по высоте ртутного (жидкостного) столба в трубке, запаянной сверху, а нижним концом помещенной в сосуд с ртутью (жидкостью). В день, когда Торричели проводил опыт со своим ртутным барометром, выдалась тихая солнечная погода, а столбик ртути остановился на отметке 760 мм. С тех пор, давление в 760 мм ртутного столба является нормальным. Ртутные и жидкостные барометры являются наиболее точными и до сих пор используются на метеорологических станциях. Их недостатком является хрупкость, небезопасность и большие размеры.

В 1844 г. французский инженер Люсьен Види, используя исследования немецкого математика и физика XVII в. Готфрида Вильгельма Лейбница, сконструировал принципиально новый, безжидкостный барометр, который был назван барометром-анероидом(от греч. «анерос» – не содержащий влаги). Барометры, построенные на основе барометра Л. Види, на данный момент, являются самими распространенными.

Вообще, барометры, в зависимости от принципа действия могут быть ртутными, жидкостными, анероидными или электронными.

— Жидкостный барометр – прибор, в котором используется принцип уравновешивания веса столба жидкости давлением атмосферы.

— Ртутный барометр – атмосферное давление, в котором, можно замерить по высоте ртутного столба на прикрепленной рядом шкале.

— Барометр-анероид – прибор, принцип действия которого основан на изменении размеров металлической коробки наполненной разреженным воздухом, под действием атмосферного давления. Такие барометры надежны и имеют небольшие размеры.

— Электронный барометр – данный вид барометров работает на принципе преобразования линейных размеров традиционной анероидной барокоробки в электрический сигнал и дальнейшей обработки этого сигнала микропроцессором. Если же, вместо анероидной коробки используется тензопреобразователь, то измеряемое давление воспринимается этим чувствительным элементом, преобразуется через его деформацию, в изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензометрического преобразователя.

Однако, поскольку тема данной статьи «Барометр-Анероид», вернемся к данному виду приборов для измерения давления и рассмотрим их более подробно.

Итак, Барометр-анероид – это прибор, который предназначается для измерения атмосферного давления механическим способом. Конструктивно анероид состоит из круглой металлической (никель-серебряной или из закаленной стали) коробки с гофрированными (ребристыми) основаниями, в которой, путем откачивания воздуха, создано сильное разрежение, возвратной пружины, передаточного механизма и стрелки указателя. Под действием атмосферного давления: его повышения или понижения, коробка, соответственно, либо сжимается, либо разгибается. При этом, при сжатии сильфонной коробки верхняя прогибающаяся поверхность начинает тянуть прикрепленную к ней пружину вниз, а при понижении атмосферного давления, верхняя часть, наоборот, выгибается и толкает пружину вверх. К возвратной пружине, при помощи передаточного механизма, прикреплена стрелка указателя, которая двигается по шкале, проградуированной в соответствии с показаниями ртутного барометра (Рисунок 2). Стоит отметить, что обычно, на практике, применяется несколько (до 10 шт.) последовательно соединенных тонкостенных гофрированных коробок с разряжением, что увеличивает амплитуду хождения стрелки по шкале.

Рисунок 2. Устройство Барометра-анероида.

Барометры-анероиды, благодаря малым размерам и отсутствию жидкости в конструкции, наиболее удобны и портативны; они широко применяются на практике.

К сожалению, барометры подвержены влиянию температуры окружающей среды и изменению упругости пружин с течением времени. Поэтому, современные барометры-анероиды оборудованы дугообразным термометром, или, так называемым компенсатором, который предназначается для внесения поправки показаний прибора на температуру.

Вообще, для получения истинного значения атмосферного давления, показания барометра-анероида нуждаются в различных поправках, определяемых сравнением с ртутным барометром. Выделяют три поправки к анероидам:

— поправка на шкалу — данная поправка зависит от того, насколько неравномерно барометр-анероид реагирует на изменение давления на различных участках шкалы,

— поправка на температуру — обуславливается зависимостью между температурой и упругостью анероидных гофрированной коробки и пружины,

— поправка добавочная — обуславливается изменением, по прошествии времени, упругости анероидных гофрированной коробки и пружины.

Корпус барометра-анероида, обычно, изготавливается из ценных пород дерева, таких как: орех, дуб, бук, вишня или красное дерево. Такие барометры уже не просто приборы измерения атмосферного давления, а предметы интерьера. Однако, для удешевления всей конструкции, и придания большей практичности, корпус анероида может быть изготовлен из пластика или металла.

Барометры-анероиды представлены моделями:

— БАММ-1 – барометр, который предназначается для измерения атмосферного давления в наземных условиях и в помещениях. Внесен в Госреестр Средств Измерений РФ, поэтому может быть использован для проведения аттестаций рабочих мест.

— М-67 – наиболее точный и неприхотливый барометр. Благодаря своим конструкционным особенностям способен работать при температурах от -10 до +50 оС (рисунок 3).

— М-110 – барометр промышленного применения, внесенный в Госреестр средств измерения.

— ББ-0,5М – бытовой барометр настенного размещения. Прекрасно подходит для ориентировочных измерений за атмосферным давлением.

— БР-52 – школьный барометр-анероид, применяемый в качестве учебного пособия и для проведения опытов.

Рисунок 3. Барометр модели М67.

Для проведения более точных или более длительных измерений, а также для поверки смежных приборов на метеостанциях, метеопостах и лабораториях используются другие приборы. Они могут быть как цифровыми, так и механическими. Например, барометр БОП-1М являясь образцовым переносным барометром, как эталонное средство измерения, предназначается для поверки барометров различных конструкций и приборов общепромышленного назначения, измеряющих атмосферное давление.

БРС-1М – барометр рабочий сетевой, предназначается для точного определения абсолютного давления воздуха, имеет цифровой интерфейс RS232 для подключения к компьютеру.

Метеорологический барограф М-22А – прибор, который предназначается для определения и графической регистрации величин атмосферного давления как внутри, так и снаружи помещения, за определенный промежуток времени (Рисунок 4.).

Рисунок 4. Барограф М-22А

Автоматизированный цифровой барометр МД-13 используется на метеостанциях для долговременного (до 1 месяца) измерения атмосферного давления с возможностью передачи результатов измерения на компьютер.

Ученые никогда не оставляли попытки научиться предсказывать погоду. Они хотели добиться возможности определять метеопрогнозы на ближайший период времени. Первым изобретателем, который предложил идею создания приспособления, при помощи которого можно было бы осуществить задуманное, был Галилей. Однако создать этот прибор — барометр, удалось лишь в 1643 году. И сделали это знаменитые ученики Галилея Винченцо Вивиани и Эванджелисто Торричелли.

Именно Торричелли сумел доказать, что такое явление, как атмосферное давление существует. Впервые им была сформирована гипотеза, что воздушный океан, на дне которого живет человек, постоянно оказывает на него определенное давление. Он предложил одному своему ученику Винченцо Вивиани измерить его величину, используя запаянную с одного конца трубку, наполненную ртутью. Трубку опрокинули в сосуд, где была ртуть, вещество при этом осталось на определенной высоте, в трубке же, над ртутью, появилось пустое пространство.

Первый в истории барометр был сконструирован после данного эксперимента. Опыт, который провел в 1643 году Торричелли, стал началом научной метеорологии. Благодаря тому, с какой высокой точностью ртутный барометр мог измерить атмосферное давление, он быстро нашел широкое применение в метеорологии. Единственным его недостатком считается то, что у него высокая вероятность вытекания ртути.

Известным английским ученым Робертом Гуком в 1670 году была создана шкала барометра, низкое давление в которой указывало, что приближается дождь или шторм, а сухую и солнечную погоду предвещало высокое давление. Этот старинный предмет и есть прообраз современного комнатного барометра.

История изобретения водяного барометра начинается с 1657 года благодаря ученому Отто фон Герике. Прибор представлял собой длинную медную трубку, нижний конец которой был погружен в сосуд, наполненный водой, а верхний со стеклянной трубкой имел специальный кран и соединялся с воздушным насосом. После откачки воздуха вода в трубке поднялась до высоты в 19 локтей, затем изобретатель закрывал кран, а сам барометр отсоединял от насоса. Отто заметил зависимость между состоянием погоды и высотой воды в трубке. В 1660 году ему удалось предсказать сильную бурю в Магдебурге за 2 часа до того, как она началась, что вызвало изумление местных жителей.

Идею создать анероидный барометр высказал в XVII веке Готфрид Вильгельм фон Лейбниц – физик-математик из Германии. Но воплотить ее в жизнь ему не удалось. «Анероид» в переводе с греческого – «безводный». Это значит, что в анероидном барометре отсутствует ртуть. В 1847 г. французским инженером Люсьеном Види был построен первый анероидный барометр. Главной составляющей анероидного барометра является запаянный металлический цилиндр, имеющий гофрированную поверхность. Из сосуда в определенном объеме был выкачан воздух, то есть внутри оставался разряженный воздух. Цилиндр сжимался, если давление повышалось, и, наоборот, расширялся, если оно понижалось. Точность измерения атмосферного давления анероидным барометром несколько ниже ртутного, но зато он безопасен, и его можно использовать в бытовых условиях.


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *