Принцип работы барометра анероида кратко
| О фирме | Каталог | Прайс-лист | Сделать заказ | Получение и отгрузка | Карта сайта | Полезная информация | Контакты |
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора. »»»
Принцип действия барометра-анероида основан на эффекте, описанном выше. Гофрированная металлическая коробка (рис. б) частично освобождена от воздуха (содержит меньше молекул воздуха) и запаяна.
От сминания ее предохраняет жесткая пружина, присоединенная в точках А и В. Когда давление воздуха увеличивается, то возникает большая разность между давлениями внутри и вне коробки и расстояние АВ уменьшается.
Преимуществом барометра-анероида является то, что с его помощью можно записывать показания давления непрерывно, если к нему присоединить пишущее перо. Этот вид прибора известен как барограф (рис. вверху), он может быть весьма полезен. Частично освобожденная от воздуха коробка использовалась в самолете также как высотомер. Давление уменьшается с высотой, и шкала отградуирована для показания высоты.
Этот прибор фактически записывает атмосферное давление, и если самолет летит из района, где давление было высоким, в район с низким давлением, то он может потерять высоту, хотя показания высотомера останутся постоянными. Это опасно особенно при полетах в облаках над гористой местностью. Пилоту приходится все время по радио получать показания давления над землей и соответственно корректировать прибор.
На нашем сайте появилась уникальная возможность проверить свои знания по физике пройдя онлайн тест, с мгновенным получением ответов. Это поможет вам подгоготовиться к сдаче ЕГЭ и ГИА.
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
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.
Виды барометров
Существует несколько видов барометров.
Ртутные барометр
Создателем ртутного барометра был итальянский физик и математик Эванджелисто Торричелли, который в 1644 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 Торричелли 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.
Хоть ртутный барометр устарел (всё-таки такие барометры были изобретены самыми первыми), но они отличаются повышенной точностью, поэтому их более совершенные модификации встречаются до сих пор: их применяют на метеорологических станциях для проведения контроля за погодой.
Жидкостный барометр
Иногда жидкостный барометр называют чашечным, потому что он содержит специальную чашку (колбу), действующую по принципу сообщающихся сосудов. Но есть еще сифонные и сифонно-чашечные типы жидкостных барометров.
Жидкостный барометр был изобретён в 1657 году Отто Герике в Пруссии.
В жидкостных барометра измерение атмосферного давления производится за счет уравнивания столба жидкости.
Жидкостные барометры отличаются большой погрешностью: заправляемые вещества ведут себя по-разному при изменении температуры, что сопровождается высокими погрешностями. Поэтому судить о погоде основываясь на данных жидкостных барометров довольно сложно. Из-за чего такие барометры сейчас практически не встречаются.
Одним из самых известных модификаций жидкостных барометров являются глицериновые модели. В них применяется окрашенный глицерин, что дает привлекательный декоративный эффект.
Механический бараметр (анероид)
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).
Механические барометры, который с тех пор также называется «Анероидом») благодаря своей компактности и достаточной точности являются самыми популярным видом.
Механические барометры сложные в изготовлении и в отличие от ртутных, являются полностью безопасными. Внешний корпус такого барометра 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 ёмкости 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.
Механический барометр может быть выполнен в небольшом размере и предназначаться для переноски в кармане.
Электронный барометр
Электронные барометры – это высокоточные и компактные приборы.
В основе электронных барометров используется ёмкость с вакуумом (как и в механических барометрах), но снятие показаний осуществляется чувствительными датчиками. Также в этой конструкции предусматривается микропроцессорный блок. Показания выводятся на жидкокристаллический дисплей.
Одна из особенностей электронных барометров заключается в том, что они часто объединяют в себе несколько устройств одновременно. Они могут работать не только как барометр, но и как термометр, компас и часы.
Зачастую электронные барометры 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.
Электронные барометры могут быть установлеными в смартфон или смарт-часы.
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.
Основные категории и их принцип действия
Сегодня на полках магазинов представлено множество приборов, которые различаются не только внешним видом и ценой, но и принципом работы. Поэтому далее мы остановимся на каждом типе отдельно.
- Механические. Также называют анероидными. Такой прибор представляет собой коробку цилиндрической формы с гофрированным основанием. В середине этого устройства располагается сильфон. Если атмосферное давление повышается, коробка сжимается и тянет пружину, а при понижении механизм выталкивает пружину назад. За счет изменения положения пружины показатель на шкале также поднимается или же опускается.
- Электронные. Они более компактны по своим габаритам, в отличие от своих механических собратьев, но в то же время они более функциональны. Эти устройства показывают информацию на современном жидкокристаллическом дисплее.
«Нестандартный барометр»
Благодаря своим основоположникам его называют Гарвардским. Экономический барометр лежит в основе формирования эконометрики. Предсказывает изменение конъюнктуры, динамики спроса и предложения и т.п. Гарвардский барометр — это описание эмпирических закономерностей и экстраполяции за последние месяцы наблюдения. В их основу включено исследование динамики развития разных показателей экономики.
Прогноз развития отображался в графическом виде. Каждая кривая линия, нанесённая на график, отображала тот или иной показатель. Например, кривая «А» отображала изменения средних биржевых курсов (фондовый рынок); кривая «В» отображала индекс оптовых цен и изменения товарооборота (производства); кривая «С» — отображала рост или падение курса ценных бумаг на денежном рынке. В идеальном состоянии графика – показатели «А» и «С» должны совпадать на уровне максимума первой единицы и минимуме кривой второй единицы.
Благодаря руководству У. Персонса и У. Митчелла – такого рода прибором США пользовались до 1925 года. Гарвардский барометр Митчелла – это первый мощный регулятор и показатель факторов в народном хозяйстве страны. Учитывая популярность и эффективность такого построения и отображения фактов – этот метод приняли на вооружение многие страны по всему земному шару. Но перспектива развития многих стран по этому соотношению показателей в экономике долго не просуществовало, ведь до начала и после Второй Мировой Войны – в процентном соотношении они стали неактуальными. Экономики всех стран, принимавших участие в войне, были в полном упадке, и для решения поднятия «с колен» каждая страна применяла свои методы для стабилизации собственной денежной валюты. Старые методы поднятия показателей (вывода из кризиса) вовсе не применялись, но основы, заложенные Митчеллом, стали прецедентом для мировой экономики.
Устройство
Как мы уже говорили, внутри анероида нет колбы с жидкостью, а установлена жестяная коробка, стенки которой сжимаются или расширяются. К ней прикреплена пружина, вращающая стрелку прибора, а по шкале, установленной на циферблате, можно следить за изменением давления в реальном времени. Для точности измерения инженеры используют до 10 анероидных коробок, соединенных параллельно в одну цепь, в результате получается самый точный барометр.
На полукруглой или круговой шкале, в зависимости от модификации прибора, имеется несколько специфических зон:
- сухо;
- переменно;
- ясно;
- дождь;
- шторм.
При снижении давления можно быть полностью уверенным, что погода ухудшается и лучше не собираться на пикник, а если стрелка двигается в сторону увеличения, то это означает, что будет солнечно и можно ехать на шашлыки.
Барометр очень помогает заядлым рыболовам, потому что рыба довольно сильно чувствует изменение давления и перестает клевать при низких ее значениях. Чтобы следить за изменениями параметров, достаточно контрольную стрелку установить поверх основной, и тогда при изменениях будет виден результат — растет или падает давление.
Что это, для каких целей используется
Все мы знаем из школьной программы, что вокруг нашей планеты находятся довольно плотные слои атмосферы, толщина которых составляет несколько десятков километров. Смесь различных газов, составляющих ее основу, хоть и имеет небольшой вес, но оказывает на поверхность земли определенное давление.
В повседневной жизни мы его не ощущаем, потому что наш организм отлично к нему приспособлен, но величину этого давления необходимо знать. Для нормальных погодных условий она имеет следующее значение — 760 миллиметров ртутного столба (мм. рт. ст.), именно этот параметр показывают исправные домашние барометры. Ранее для точного замера использовали ртуть, но ее пары опасны для человека, поэтому ее заменили другими жидкостями.
Бытовой барометр-анероид работает без жидкости, а измерение давления в нем происходит при помощи запаянной коробки из тонкой жести, но перед этим из нее откачали часть воздуха. Подробно о конструкции и устройстве мы поговорим в следующем разделе.
Как правило, каждый барометр может показывать несколько физических величин, выпускаются домашние метеостанции с функцией сразу нескольких приборов: термометра, который весьма точно показывает реальную температуру в квартире или гигрометра, указывающего влажность внутри помещения. Оповещает умный прибор о возможном выпадении осадков, об усилении ветра и приближении шторма.
Разница между анероидом и ртутным барометром
Определение
анероид Барометр: Барометр-анероид — это тип барометра, в котором используется небольшая гибкая металлическая коробка для измерения атмосферного давления.
Меркурий Барометр: Ртутный барометр — это простой барометр, который использует ртуть для измерения атмосферного давления.
Компоненты
анероид Барометр: Анероидный барометр использует металлический ящик для измерения атмосферного давления.
Меркурий Барометр: Ртутный барометр использует ртуть для измерения атмосферного давления.
Техника
анероид Барометр: Барометр-анероид измеряет внешнее давление, используя расширение или сжатие гибкой металлической коробки, что приводит к перемещению иглы по шкале давления для получения показаний.
Меркурий Барометр: Ртутный барометр измеряет внешнее давление, измеряя подъем или высоту ртути внутри вертикальной стеклянной трубки.
обращение
анероид Барометр: Поскольку анероидный барометр представляет собой прочное и компактное устройство, его легко обрабатывать и транспортировать.
Меркурий Барометр: Ртутный барометр большой (около 3 футов в высоту) и хрупкий, с ним трудно обращаться и транспортировать.
Принимая измерения
анероид Барометр: Измерение легко выполнить с помощью анероидного барометра, поскольку оно непосредственно дает значение.
Меркурий Барометр: Трудно провести измерение с помощью ртутного барометра, так как высота должна быть измерена точно после того, как она будет сбалансирована.
строительство
анероид Барометр: Барометр-анероид нуждается в оборудовании для его построения.
Меркурий Барометр: Ртутный барометр не нуждается в оборудовании для строительства.
стабильный
анероид Барометр: Анероидные барометры являются стабильными приборами.
Меркурий Барометр: Ртутные барометры нестабильны.
Пользы
анероид Барометр: Анероидные барометры используются в домах, прогулочных катерах, самолетах и т. Д.
Меркурий Барометр: Ртутные барометры используются в лабораториях, для прогнозирования погоды, для определения высоты места и т. Д.
Заключение
Барометр — это система, которая используется для измерения атмосферного давления. Есть много типов барометров. Анероидный барометр и ртутный барометр — два таких типа. Основное различие между анероидом и ртутным барометром состоит в том, что анероидный барометр измеряет атмосферное давление, используя расширение металла, тогда как ртутный барометр измеряет атмосферное давление, регулируя высоту ртути внутри трубки.
Виды барометров
Ртутный – прибор, измеряющий давление. Принцип действия заключается в движении ртути, относительно нанесенной шкалы.
Жидкостный – прибор, с помощью которого уровень давления измеряется уравновешиванием веса столба жидкости атмосферным давлением.
Барометр-анероид – принцип действия и отображение показателей основывается на изменении размеров герметичной металлической коробки, заполненной разрежённым воздухом, под действием на её поверхность атмосферного давления.
Электронный – это современный вид прибора, который преобразовывает линейные показатели классического анероида в электронный сигнал. Обработанные микропроцессором сигналы, отображаются на жидкокристаллическом экране.
Барометр-анероид — это самый распространенный из вышеперечисленных приборов, благодаря своим небольшим размерам и отсутсвию жидкости в механизме. Рассмотрим его более детально.
Использование барометра
Пользоваться анероидным барометром несложно. Нужно посмотреть, на какое значение указывает стрелка прибора. На шкале барометра имеются зоны, которые обозначены как «сушь», «ясно», «переменно», «дождь», «шторм», а также деления с указанием абсолютных значений. Если давление снижается — ожидаются осадки, если повышается — будет ясно. Как правило, барометр имеет две стрелки — одну подвижную, она связана с анероидной коробочкой, а вторую можно поворачивать. Если ее совместить со стрелкой, показывающей величину атмосферного давления, через некоторое время можно наблюдать, в какую сторону отклонится подвижная стрелка.
Нормальным считается атмосферное давление 760 мм рт. ст. при температуре воздуха 15оС на так называемом уровне моря. Домашние барометры могут измерять его величину в диапазоне 700-800 мм рт. ст. на высоте не больше 300 м над уровнем моря. Падение давления означает ухудшение погодных условий, приближение дождей или снегопадов. Зоны с низким давлением называются циклонами. Антициклоны — это зоны с повышенным давление, их приближение означает наступление хорошей погоды. Барометр настраивают, если его показания отличаются от показаний местной метеостанции больше, чем на 8 мм рт. ст. Для этих целей предусмотрен регулировочный винт, находящийся в задней части корпуса. При настройке нужно повернуть его на угол не более 45 градусов.
Давно замечено, что изменение погодных условий имеет большое влияние на организм человека. Кто-то это явно чувствует и даже заболевает, а кто-то менее чувствителен, но тем не менее испытывает необъяснимое недомогание. В связи с этим человек интересуется прогнозом погоды, чтобы как-то к нему подготовиться: взять зонтик или спрятаться в укрытии от жары. Некоторым требуется выпить таблетку от давления.
Ученый Эванджелиста Торричелли в 17-м веке создал измеритель атмосферного давления. Его модернизировали в наши дни. Теперь прибор также активно применяют, прогнозируя погоду на ближайшее время. В этой статье мы рассмотрим данный прибор и разберемся, как пользоваться барометром самостоятельно.
Атмосферное давление и его измерение
Температурные условия на Земле таковы, что некоторые вещества находятся в газообразном состоянии и образуют атмосферную оболочку планеты. Земного притяжения достаточно, чтобы удерживать её от рассеивания в космическом пространстве, в отличие, скажем, от Луны. Кроме того, верхние слои атмосферы давят на нижние, это и является причиной появления атмосферного давления.
Впервые атмосферное давление было измерено Э. Торричелли в XVII в. Для этого была взята запаянная с одного конца стеклянная трубка, наполненная ртутью. Если опустить открытый конец трубки в чашку с ртутью, подняв запаянный конец вверх, ртуть в трубке опустится приблизительно до высоты 760 мм. В запаянном конце трубки над ртутью при этом появится пустота, названная торричеллиевой.
Рис. 1. Торричеллиева пустота
Из курса физики 7 класса известно, что ртуть в трубке имеет такую высоту, чтобы уравновешивать давление воздуха, следовательно, давление можно выражать в единицах высоты ртутного столба и измерять с помощью обычной линейки. Такой прибор, состоящий из трубки с ртутью и линейки, называется ртутным барометром.
Ртуть можно заменить любой другой жидкостью, в том числе водой. Однако вода в 13,5 раз легче ртути, а значит, и столб её в трубке будет во столько же раз выше и составит около 10 м. Измерять высоту такого столба неудобно, но такие барометры также существуют.
Рис. 2. Водяной барометр
https://youtube.com/watch?v=qvn6ICLISu0
Самозаписывающий барометр
Используется для записи метеорологических данных относительно колебаний атмосферного давления. Другими словами, это усовершенствованный барометр-анероид, с добавлением в барокамеру часового механизма, аппарата удерживающего проградуированную бумагу и стрелки-привода, которая наносит на бумагу чернильную линию.
Изображаемый «рисунок» на бумаге прибора называется барограммой. В процессе работы барографа, в соответствии с часовыми показателями, механизм наматывает на своё основание специальную бумагу, по поверхности которой скользит и отмечает показатели отклонений атмосферного давления прикрепленная стрелка с чернилами.
Показатели расхождений давления фиксируются постоянно. Для метеорологов это основной документальный факт изменения погоды в ближайшее время. В зависимости от размеров барабана – продолжительность запечатления записи может составлять от нескольких часов до одной недели. Особая конструкция позволяет снимать показатели и следить за атмосферными показателями в любое время.
Самодельные барометры анероиды
По самодельным барометрам есть отдельные статьи, поэтому опишем лишь вкратце, как соорудить такой кустарный прибор.
Берем дешевый манометр или сфигмоманометр (для артериального давления), только механическую модель с цилиндром-сильфоном снизу. Надо нагреть паяльником штуцер, запаять его с полной герметичностью. Далее — подождать охлаждения к комнатной температуре, мембрана сожмется, давление станет равным атмосферному. В дальнейшем при понижении такового анероидная капсула будет сжиматься, при росте – расширяться. Остается лишь переписать шкалу или распечатать картинку с ней из интернета, наклеить на старую градуировку.
Для самоделки можно использовать любые приборы с чувствительными сильфонами, например, таковые из бериллиевой бронзы от высоковакуумных затворов
Примеры моделей
Рассмотрим вкратце популярные типоразмеры и модели. Барометр (анерограф, барограф) анероид мини формата, в форме ручных или карманных часов мы указали выше.
Есть более габаритные устройства, служащие также украшением интерьера. Желательно выбирать модели с термометром, измерителем влажности и прочими дополнительными опциями.
Перечислим популярные отечественные изделия.
БАММ-1 для наземных условий, для помещений. M-110, промышленный. Модели вписаны в Госреестр Средств Измерений РФ, можно применять для аттестаций рабочих мест, для официальных измерений на производстве.
М-67. Точный, неприхотливый. Работает при t° от −10 до +50 °C.
ББ-0.5М. Бытовой, настенный, дешевый часто в корпусе из пластика. БР-52 — для школ, часто там используется как учебное пособие, для опытов.
Как читать показания
Некоторые модели измерителей имеют пару стрелок: контрольную и движущуюся. Первая фиксирует показатель давления, имевший место в начале наблюдения, вторая – значение в текущий момент времени. Разница показателей помогает определить, насколько изменился параметр за некоторый период.
В градуировке используются такие единицы измерения:
- Миллиметры (или – в некоторых странах – дюймы) ртутного столба. При использовании барометров ориентируются, прежде всего, на эту единицу.
- Паскали (Па), а также гПа и мПа.
- Бары (1 бар = 100 000 Па = 0,1 мПа). В моделях для домашнего пользования часто присутствует шкала миллибар (мбар).
Шкала прибора может быть одинарной или двойной. Отечественные модели обычно используют варианты с мм.рт.ст. и Па (гПа). Как и другие типы барометров, анероид прогнозирует погоду лишь в краткосрочной перспективе (в пределах суток). Также у всех классов этих устройств неширокий радиус действия – около 30 км (при циклонах он несколько увеличивается).
Чаще всего шкала начинается с 710 мм.рт.ст. (у некоторых моделей значение меньше). Точкой отсчета принимается нормальное давление, характерное для данного региона и высоты в ясную погоду. Его усредненное значение – 760 мм.рт.ст. Для других местностей число будет иным (к примеру, в горах оно меньше). Усредненные данные для той или иной географической точки определяют метеорологические службы. От этого показателя отсчитывается и интерпретируется характер перемещения стрелки. Так отслеживают, падает давление или поднимается, и насколько. Чем быстрее перемещается стрелка и чем значительнее амплитуда, тем точнее прогноз и тем скорее наступят предсказываемые изменения.
Советы по настройке барометра
Барометр обязательно настраивают. Вот наши советы:
Рекомендуется узнать точный показатель атмосферного давления.
Затем используют регулировочный винт, расположенный сзади прибора.
Отверткой устанавливают основную стрелку на величину атмосферного давления. Иногда регулировочный винт не позволяет отрегулировать стрелку
В этом случае осторожно двигают шкалу.
В показания барометра вносят поправки при необходимости. Для этого ориентируются на инструкцию к прибору.
Такая настройка обязательна перед началом использования устройства. Затем показания снимают дважды в день в одинаковое время. Если отмечаются нестабильные погодные условия, показатели снимают чаще (примерно раз в 2 часа). Перед тем как узнать показания, желательно постучать пальцем по стеклу и снизить трение в системе привода стрелки для правильной фиксации.
Определить атмосферное давление
