Приборы для измерение атмосферного давления

Измерение атмосферного давления производится с помощью барометров. Οʜᴎ бывают ртутны е и анероиды .

Ртутные барометры представляют из себяпо существу весы, где давление столба воздуха, единичного сечения, простирающегося через всю атмосферу, уравнивает столб ртути, заключенный в стеклянную трубку, из которой выкачан воздух.

К стеклянной трубке прикреплена шкала, по которой отсчитывается величина давления (мм pт. ст. или мб).Ртутные барометры требуют поправки на температуру (ее изменения сказываются на высоту ртутного столба). Обычно показания барометра приводятся к температуре ртути 0 о С. Вместе с тем, вводится поправка на силу тяжести, которая зависит от географической широты (на полюсе сила тяжести наибольшая, на экваторе наименьшая). Показания барометра принято приводить к нормальной силе тяжести на широте 45°. Есть еще инструментальная поправка, которая возникает при изготовлении барометра. Все поправки обычно сводятся в специальные таблицы, имеющиеся на метеостанции для каждого барометра.

Примером ртутного барометра служит барометр чашечный стационарный .

Барометры анероиды предназначены главным образом для измерения давления в полевых условиях. Приемником атмосферного давления в анероиде служит металлическая волнистая цилиндрическая коробочка, из которой выкачан воздух. Коробочка одним концом (нижним) прикреплена к неподвижному основанию, к верхней ее части присоединœена пружина. При увеличении атмосферного давления коробочка сжимается, а при уменьшении, под действием пружины, распрямляется. Эти изменения передаются системой рычагов на стрелку, которая перемещается вдоль шкалы с нанесенными делœениями, соответствующими давлению в миллиметрах ртутного столба или миллибарах.

Барометр анероид устанавливается в помещении. Он снабжен термометром. Показания барометра анероида нуждаются в температурной поправке (они приводятся к 0 о С). Вместе с тем, вводятся поправки шкаловая и добавочная. Все поправки даются в сертификате (свидетельстве) прибора.

Для непрерывной регистрации атмосферного давления и его изменения применяется прибор (самописец) барограф . Он состоит из приемной части (несколько анероидных коробочек), передающего устройства (система рычагов с пером) и барабана с часовым механизмом, на который надевается лента͵ разграфленная по вертикали линиями, означающими время, по горизонтали линиями, означающими величину давления.

Есть барографы с суточным и недельным заводом часового механизма.

При увеличении атмосферного давления анероидные коробочки сжимаются и линия, которую чертит перо на барабане, поднимается вверх. При уменьшении давления происходит обратное явление. С помощью графического изображения хода давления на ленте определяется барическая тенденция.

Барограф устанавливается внутри помещений и является одним из наиболее показательных приборов, позволяющих наглядно и непрерывно следить за ходом атмосферного давления. Изменение давления является одним из признаков изменения погоды (понижение давления свидетельствует о приближении циклона - область с относительно плохой погодой, повышение давления говорит о приближении антициклона - области с относительно хорошей погодой).

При отсутствии барографа и барометра об изменении давления (его понижении или повышении) можно судить по показаниям барометрического высотомера, имеющегося на каждом самолете. Принцип действия прибора основан на измерении атмосферного давления, для чего служит анероидная коробочка, заключенная в корпусе прибора.

Приборы для измерение атмосферного давления - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Приборы для измерение атмосферного давления" 2017, 2018.

Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами. Давление определяется весом столба атмосферного воздуха, давящего на данный участок поверхности Земли. Поскольку на больших высотах над уровнем моря, например, на вершине горы, слой вышележащего воздуха тоньше, атмосферное давление уменьшается с высотой. Атмосферное давление также изменяется при перемещении воздушных масс, образующих холодные и теплые атмосферные фронты. Поэтому можно предсказывать погоду по показаниям барометра.

В настоящее время применяются два основных типа барометров: ртутные и анероиды. В ртутном барометре, изобретенном в 1643 году итальянским ученым Эванжелиста Торричелли (Evangelista Torricelli), основным элементом является стеклянная трубка, заполненная ртутью, столбик которой поднимается и опускается по мере того, как атмосферное давление увеличивается или уменьшается. Барометр-анероид, похожий на тот, что показан на рисунке справа, был изобретен в 1843 году французским ученым Люсьеном Види (Lucien Vidie). Основной частью анероида является небольшая гофрированная металлическая мембранная коробка, из которой практически полностью выкачан воздух (схема внизу). При изменении атмосферного давления мембранная коробка расширяется или сжимается. Чувствительный механизм преобразует перемещение мембран в круговое движение стрелки, показывающей величину давления на шкале прибора.

Внутреннее устройство барометра-анероида

Серия рычагов внутри барометра усиливает небольшие перемещения при расширении и сжатии мембранной коробки. Большинство барометров-анероидов имеет менее 20 см в поперечнике.

(Рисунок вверху статьи)

Тонкое пишущее перо барографа осуществляет непрерывную запись атмосферного давления на вращающемся барабане.

Изменение атмосферного давления заставляет ртуть в трубках подниматься или опускаться. Высота столбиков ртути зависит только от атмосферного давления, диаметр и форма трубок значения не имеют. На уровне моря столбик ртути поднимается на 760 миллиметров.

Два простых металлических полушария демонстрируют существование атмосферного давления. После того как из полушарий выкачан весь воздух и в них образовался вакуум, атмосферное давление делает невозможным их разъединение.

Барометр - прибор, измеряющий показания давления воздуха на окружающие предметы, был изобретен в 17 веке выдающимся итальянским ученным Э. Торричелли. Первоначально выглядел как стеклянная трубка с отметками, внутри её наполняла ртуть. В момент проведения исследования столбик ртути находился на 760 мм, теперь этот показатель принято считать уровнем нормального давления, по которому судят, повышается давление или наоборот понижается. Прибор такого вида благодаря высокой степени точности и сейчас применяются на различных метеостанциях и в научных лабораториях.

Спустя 2 века, проведя огромное количество испытаний и пользуясь наработками выдающегося немецкого ученого Якова Лейбница, инженер-изобретатель из Франции Люсьен Види явил миру свое «детище» - усовершенствованный барометр-анероид (от греческого «анерос» - «без влаги»), который был намного безопаснее в использовании и имел более легкий вес.

На сегодняшний день существуют такие разновидности:

• Жидкостные барометры;
• Ртутные;
• Барометры- анероиды;
• Электронные.

Принцип работы барометра

Внешне жидкостный барометр имеет вид стеклянных трубок, взаимодействующих друг с другом как сообщающиеся сосуды в соответствии с гидростатическими законами. Заполняет их ртуть или другие легкие по весу жидкости (глицерин, масло).

Чашечный барометр

Чашечный - стеклянная трубка с закрытым концом и чашкой, показания давления определяют, замеряя высоту столбика жидкости, который начинается от уровня чашки и заканчивается отметкой верхнего мениска.

Сифонный барометр

Сифонный - трубка с закрытым длинным концом, сифонно-чашечный - две трубки, одна в открытом виде, другая в закрытом + чашка, в них показания давления воздуха устанавливают с помощью определения разности уровней столбика жидкости в первой и второй трубке.

Ртутный барометр

Ртутный барометр - пара сообщающихся сосудов, внутри - ртуть, верх одной стеклянной трубки, длиной примерно в 90 см, закрыт, там нет воздуха. В зависимости от изменений в давлении ртуть под воздействием воздуха поднимается либо опускается в стеклянной трубке, а небольшой поплавок показывает движение ртутной массы и останавливается на отметке, показывающей её уровень в миллиметрах. Норма - ртуть на отметке 760 мм рт. ст., показания выше этого значения - идет процесс повышения давления, ниже - понижения. Барометры такого типа практически не используются в обычном обиходе, ведь ртуть является опасным ядовитым веществом, конструкция барометра довольно громоздка и требует острожного отношения. Поэтому они широко применяются только в лабораторных условиях, на различных научных метеорологических станциях и в промышленности, там, где важная абсолютная точность передачи данных.

Классический барометр-анероид

(1 - корпус; 2 - гофрированная пустотелая металлическая коробочка; 3 - стекло; 4 - шкала; 5- металлическая плоская пружина; 6 - спиральная пружина; 7 - нить; 8 - передаточный механизм; 9 - стрелка-указатель )

Система работы механического барометр-анероида, в котором отсутствует какая-либо жидкость, основан на принципе воздействия давления воздуха на металл. В середине прибора располагается коробка с тонкими гофрированными стенками из металла, под силой действия воздуха стенки сжимаются или разжимаются, рычажок поворачивает стрелку в ту или иную строну. Бывают настенного и настольного типа, очень удобны и практичны в использовании, поэтому их очень часто используют в домашних условия, в офисах и различных учреждениях.

Электронный барометр

Электронный (или цифровой) барометр - современная разновидность данного прибора, линейные показатели обычного барометра-анероида преобразовываются в электронный сигнал, который обрабатывается микропроцессором и выводится на жидкокристаллический экран. Имеет компактные размеры, прост и удобен в использовании, например, для рыбалки, туризма или как дачный вариант.

На данный момент уже существует цифровой вариант барометров, которые встроены как дополнительная функция в мобильное устройство или в часы-барометры.

Домашний уют

Барометр - что это такое? Прибор для измерения атмосферного давления

Барометр, что это такое? Это приспособление для учета колебаний атмосферного давления. Надземный слой нашей планеты имеет толщину в десятки километров. Концентрация смешанных газов в нем отличается небольшой массой, однако в таких значимых объемах оказывает на поверхность существенную нагрузку. Фактически, человек редко его ощущает, так как имеет приспособленность к воздействию этого фактора. Тем не менее, эту величину вполне реально измерить.

Принцип действия простейших устройств

Простейший прибор для измерения атмосферного давления (АД) представляет собой нехитрое устройство, состоящее из тонкостенной стеклянной трубки и ртутного наполнителя. Один из стандартных размеров такого приспособления: трубка толщиной 1 миллиметр и длинной в сто сантиметров.

Если перевернуть емкость закрытым концом вверх, а открытой частью вниз, то некий объем ртути удалится, а определенная часть останется внутри. Содержание жидкого металла будет снижаться до стабилизации внутреннего и наружного давления.

Анероидный и ртутный прибор

Анероид-барометр, что это такое? В принципе работы этого устройства учитываются колебания через круглый металлический корпус с волнистыми стенками, из которого выкачан воздух.

Эластические боковины короба при увеличении давления прогибаются, а при снижении - выпираются. Специальным механизмом рабочие камеры связаны со стрелкой. Она показывает на величину атмосферного давления по шкале, градуированной в миллиметрах столба ртутного.

Прибор для измерения атмосферного давления представляет собой U-образно изогнутую стеклянную колбу с ртутным наполнителем. Показания определяются по разности содержимого в увеличенном и малом отрезке колбы.

При помощи барографов вариации АД регистрируются на ленте, находящейся в действующем блоке барабанного типа. Измеряемые показатели регистрируются в миллиметрах (мм рт. ст.) или миллибарах (мбар).

Барограф

Далее представлен барограф. На вопрос - барометр, что это такое в данной конфигурации, можно ответить - это агрегат-самописец для постоянной фиксации атмосферного давления. Его действие основано на колебаниях АД. В итоге деформация передается системой на устройство. При повышении показаний происходит сжимание коробок, рычаг с пером идет вверх, а в случае снижения давления камеры под действием контрольной пружины становятся шире, и самописец проводит нижнюю линию. Фиксированные показания давления вычитаются на специальной градуированной бумажной ленте, которая размещена на вращающемся барабане.

Для устранения температурных колебаний, влияющих на точность показаний, в устройства монтируют конденсаторы из биметалла. Приспособления устанавливаются вдали от нагревательных приборов и должны быть защищены от прямого воздействия солнечных лучей. Заводной механизм рассчитан на сутки либо на недельный режим.

Особенности использования

Показания барометра фиксируют с учетом изменения климатических условий в разных регионах, поскольку давление воздуха - величина непостоянная, о чем известно еще со школьных уроков природоведения.

При хорошей, теплой и безветренной погоде барометр настенный или настольный показывает высокие значения. Соответственно, при снижении данных в ближайшее время ожидается похолодание либо осадки.

Приспособление, расположенное внутри дома работает точно так, как и в пространстве, не ограниченном оградами, стенами и заборами. Слегка видоизменяет показания прибора высота здания, поскольку давление будет более низким на 9-м этаже и выше, чем на меньших уровнях одного строения.

Приспособление с учетом высоты

Чем выше подъем вверх, тем ниже показатели давления атмосферного столбика. Выявленная закономерность применяется в авиационных приборах, определяющих высоту полета. Подобные устройства называются альтиметрами.

Безусловно, результаты первых, не совсем совершенных приборов, существенно варьировались от погодных факторов, ведь негативные метеоусловия сопровождались падением давления, соответственно, показания прибора высвечивали данные, которые объективно больше реальной отметки. Для снятия правильных показаний требуется корректировка исходящих параметров. Принцип работы современных альтиметров иной - они не используют для измерения высоты давление атмосферы.

Как пользоваться?

Часы с барометром и другие виды устройств - это стрелочный прибор с круглой или овальной шкалой, на которой имеются деления. Величина измерения берется в миллиметрах ртутного столба.

При значениях 750-760 мм рт. ст. в перспективе ожидается замечательный погожий день, который не помешает прогулке, поездке на природу, дачу. При снижении указателя барометра ниже отметки 750 имеется вероятность дальнейшего падения, значит - стоит ожидать ненастную погоду, внезапное похолодание и обильное выпадение осадков.

Слежение за АД жизненно важно для тех, кто страдает повышенным давлением крови. В периоды критического изменения этого показателя такие люди подвержены ухудшению состояния здоровья. Информация о погодных переменах существенна для них по причине своевременного принятия лекарства, сохранения своей работоспособности и здоровья.

Современные экземпляры

Сейчас чаще всего используются барометры чашечного типа или сифонные виды. В стационарных устройствах, которые оборудованы компенсированной шкалой, атмосферное давление высчитывается непосредственно по положению ртути в стеклянной емкости.

В экземплярах для экспедиций перед началом наблюдений предварительно корректируют уровень ртути в чаше на нулевой отметке, используя регулирующий винт. В сифонно-чашечных приспособлениях величина АД измеряется по разнице высот столба в длинном и открытом участке. Такое приспособление отсчитывает показания с точностью до пяти сотых. Для определения десятых долей столба используется подвижной металлический шаблон.

Полученные числовые результаты атмосферного давления приводятся по специальной таблице к нулю градусов по Цельсию. Температурные корректировки показаний могут быть весьма существенными. Невзирая на виды барометров, они устанавливаются вдали от источников тепла (печей, обогревателей, прямого солнечного воздействия), а также подальше от дверных и оконных проемов.

Особенности

Рассматриваемое приспособление может применяться в удобном и компактном исполнении. Например, часы с барометром имеют следующую функциональность:

• Непроницаемость для воды, вплоть до 50-100 метров.
• Устойчивость к ударам и механическим воздействиям, что немаловажно для рыбаков, охотников и любителей экстремального отдыха.
• Барометр позволяет спрогнозировать изменения атмосферного давления и погоды в целом.
• Кроме того, часы могут оснащаться термометром, подсветкой, компасом и даже навигатором, что существенно облегчает пребывание в не совсем знакомой местности.

На вопрос "Барометр, что это такое?" однозначно можно ответить - приспособление особенно важное для путешественников, рыбаков, охотников и мореплавателей. Кроме того, эта штука в бытовом использовании позволяет довольно точно предугадать колебания погоды, что актуально для людей с заболеваниями сердечно-сосудистой и нервной системы.

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м 2 . Применяют приборы для измерения давления.

Виды давления

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

Виды и работа

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

Барометры

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

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

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

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

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

Жидкостные манометры

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

Рис-1

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

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

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

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

Рис-2

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

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

• Пружинные.
• Сильфонные.
• Мембранные.

Рис-3

Пружинные манометры

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

Мембранные манометры

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

Сильфонные манометры

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

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

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

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

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Рис-4

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

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

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

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

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

Тензометрические манометры

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

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

Электроконтактные манометры

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

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

Классы точности

Измерительные манометры разделяют на два класса:

1. Образцовые.
2. Рабочие.

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

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

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

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

Применение манометров

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

Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:

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