Принцип работы барометра

Барометр - прибор для измерения атмосферного давления

Манометр - изображение 22

Барометр – это прибор для измерения определённого давления воздуха на предметы.

Барометр - прибор для измерения атмосферного давления - фото 1

 

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

Как пользоваться барометром? Устройство и принцип работы барометра - изображение 3

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

Немного истории - фотография 4

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

Виды барометров - фотография 5

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

Как пользоваться барометром? - фото 6

(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

Как настроить барометр механический? - изображение 7

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.

 

Виды рыбацких барометров - фотография 10

Виды барометров

Метеорологические станции до сих пор пользуются барометрами с ртутью, основанными на приборе Торричелли. Считается, что эти измерители самые точные и достоверно показывают изменение давления атмосферы. Но ртуть – вещество опасное для здоровья. Поэтому трубку с жидкостью поместили в латунный короб с отверстием для наблюдения за изменениями столбика. Назвали такой прибор станционным чашечным барометром.

Существуют барометры, имеющие название «анероид». В них нет жидкости.

Устройство барометра–анероида состоит из специальной чувствительной коробочки внутри прибора. В ней находится разреженный воздух. В зависимости от степени атмосферного давления, гофрированная коробочка, уменьшаясь или увеличиваясь, приводит в движение зависимую от нее стрелку. Она, в свою очередь, указывает текущее значение.

Анероидный барометр: конструкция прибора, принцип работы, исполнение - изображение 11

Как пользоваться барометром?

Имея дома простую модель барометра, можно легко узнать показатели атмосферного давления на текущий момент. Следует посмотреть на стрелку измерителя: на какую величину она указывает, она и будет показателем давления. Также шкала имеет дополнительные уточнения, указывающие на штормовые явления, ясную погоду, переменную облачность, дожди, сухость и т. д.

У некоторых приборов в наличии две указательные стрелки. Одна самостоятельно передвигается за счет изменения давления на связанную с ней коробочку, другая находится в неподвижном состоянии, и ею можно руководить самостоятельно. Она является неким «предсказателем» на ближайшее время. Если ее совместить с ведущей стрелкой, то через несколько минут можно понять, давление будет падать или расти. Указательная стрелка будет отклоняться вверх или вниз.

Очень важно знать, как пользоваться барометром, метеозависимым людям, так как они чувствительны к состоянию погоды. Перед изменениями климатических условий давление начинает менять показания. Отслеживая эту перемену, можно заранее подготовиться.

Что такое анероидный барометр? - изображение 12

Как настроить барометр механический?

Для правильного измерения атмосферного давления вам необходимо отрегулировать барометр. Прослушав прогноз погоды в месте вашего нахождения, нужно установить указательную стрелку на показатель высоты местности над уровнем моря. Для этого найдите винт регулировки на задней части прибора. Следя за шкалой, установите правильное положение.

Вторая стрелка фиксирует давление в атмосфере на текущий момент. Повернув ручку измерителя, установите указатель на данную величину. Далее эта стрелка будет указывать на падение и рост давления в атмосфере в период изменений. Периодически проверяйте ваш прибор при возникновении подозрения на сбой в работе. Для этого отклоните его назад на 45 градусов или приподнимите нижнюю сторону висящего на стене прибора на ту же величину. В жидкостном измерителе ртуть заполнит всю трубку, и вы услышите щелчок.

Барометр механический имеет стрелку, которая на циферблате будет поворачиваться по кругу. В любом другом случае обратитесь в ремонтную службу. Где бы ни находился барометр, в квартире или на улице, он покажет одинаковое значение, так как прибор очень чувствителен. Главное, не ошибитесь с показаниями высоты вашей местности.

Барометр - это что за прибор - изображение 13

Как строятся графики?

Российская сеть метеорологических обсерваторий и станций огромна. Их работа заключается в постоянном наблюдении за изменениями климата на земле. Исследования проводятся с помощью новейших приборов измерения атмосферных явлений. Это позволяет прогнозировать погоду на ближайшее будущее. Для его составления ученые собирают все показатели текущего состояния атмосферы. На основе этих данных они могут составить график атмосферного давления и спроектировать его изменения.

Прогнозы важны для предупреждений о штормовом порыве ветра, сельского хозяйства, тепловых сетей и для многих других человеческих решений. Составленный график атмосферного давления за определенный период помогает установить, как меняется температура воздуха, когда наступает похолодание, в какой период ожидать циклон дождей или сильных ветров. С помощью графика можно сравнить, в какой год зима была самой суровой, а лето - самым жарким.

Прибор, который определяет давление воздуха - изображение 14

 

Виды рыбацких барометров

Барометр рыбака может быть бытовым и карманным. В первом случае прибор устанавливают на столе или вешают на стену, обеспечивая доступ воздуха. Карманный измеритель более удобен. Его можно взять с собой на рыболовное место. Барометры для рыбалки также выпускаются в нескольких видах: содержащие ртуть, механические и электронные. Последний вид пользуется большой популярностью, так как он не только легок и удобен в использовании, но и, кроме измерения давления, может определить температуру воздуха, влажность, высоту. Прибор имеет и много других дополнительных функций.

Строение атмосферного барометра - фотография 16

Анероидный барометр: принцип работы

Атмосферный барометр - принцип работы - фото 17

Принцип действия анероидного барометра основан на функционале расширения и сжатия полой металлической капсулы.

Если функциональными компонентами ртутного барометра выступают стекло и ртуть, анероидные барометры выгладят достаточно сложными измерительными приборами, где используется механизм, подобный часовому.

Капсула анероида представляет устройство движения от изменения давления воздуха.

Обычно чувствительная капсула изготавливается на основе сплава бериллия и меди. Остальной механизм сделан из нержавеющей стали (AISI 304L и т.п.), оснащён подшипниками, сделанными из драгоценного материала (синтетические рубины или сапфиры).

Драгоценный материал используется под изготовление подшипников анероидного барометра с целью получения малого сопротивление на трение. Корпусная часть анероидного барометра допускает исполнение из любых материалов, но обычно сделана из латуни (смесь меди и цинка). Есть много видов латуни. Распространенным корпусом является «часовой вариант», где используется смесь 65% меди + 35% свинца.

Конструкция анероидного барометра

Проектный вариант конструкции любого анероидного барометра включает:

  • тщательный анализ сжимающих и расширяющих свойств вакуумной капсулы,
  • конструкцию системы температурной компенсации,
  • механическую конструкцию связи между вакуумной капсулой и развёрткой индикатора.

Самозаписывающий барометр - изображение 18

Схемотехника прибора в упрощённом изложении: 1 – металлическая пружина; 2 – указательная стрелка индикатора; 3 – цепь передачи; 4 – механические связи; 5 – рабочая капсула с вакуумом внутри

Рабочая чувствительная капсула анероидного барометра тонкостенная, полая, имеет форму сильфона. Воздух из капсулы удаляется полностью, поэтому степень сжатия и расширения сосуда строго зависят от упругости материала и поддерживающих пружин.

Разработчики анероидного барометра, как правило, предварительно рассчитывают, насколько анероидная капсула допускает расширение или сжатие относительно расчётного диапазона давлений. Основываясь на движениях сжатия расширения, разработчиками прибора определяются связи преобразования движений капсулы в движение индикатора развертки на шкале анероидного барометра.

Принцип действия механизма прибора измерения давления

Анероидный барометр чувствителен к изменениям температуры, поскольку капсула прибора и существующие соединения обладают свойствами расширяться или сжиматься при температурных колебаниях. Кроме того, упругие свойства материала капсулы также изменяются под влиянием температуры.

Существует несколько способов компенсации температурных перемещений компонентов анероидного барометра. Одним из наиболее элегантных решений является использование биметаллической полосы. Биметаллическая полоса состоит из двух плоских кусков металла, изготовленных из различных типов элементов или сплавов, сваренных один с другим.

Барометр в телефоне - что это - изображение 19

Упрощённая схема механизма, указывающая на исполнение компенсационную деталь – биметаллическую полосу, в конструкции прибора: 1 – капсула под вакуумом; 2 – биметаллическая полоса; 3 – опорные подшипники; 4 – стрелка указатель

Учитывая предсказуемость изменения температуры биметаллической полосы и капсулы, биметаллическую полосу допустимо использовать для компенсации движений капсулы. По мере изменения температуры, два компонента биметаллической полосы расширяются в разной степени.

Этот фактор заставляет биметаллическую полосу изгибаться относительно компонента с меньшим коэффициентом расширения. Движение изгиба можно использовать для перемещения стрелки индикатора или сжатия вакуумной капсулы барометра для компенсации изменения температуры.

Связь между анероидной капсулой (сильфоном) и разверткой индикатора, по сложности механизма аналогична швейцарским часам. Фактически, качественная барометрическая связь включает массу одинаковых компонентов. Цель этой рычажной связи состоит в том, чтобы передать малое горизонтальное движение расширяющегося сильфона в движение стрелки циферблата. Используется форма рычага в виде качели.

Непосредственно конец качели движется по увеличенной дуге, относительно осевой точки. Благодаря тяге вакуумной капсулы, расположенной рядом с шарниром рычага, похожего на качели, перемещение значительно увеличивается на дальнем конце рычажной системы.

Любая нелинейность движения вакуумной капсулы компенсируется барабаном (улиткой). Барабан (изобретение Леонардо да Винчи) представляет собой шкив, наделённый спиральными зубьями, имеющий форму конуса.

В нулевой точке анероидного барометра конец рычага соединен цепью с серединой барабана. Когда сжимается рабочая капсула, барабан вращается, сдвигая цепь до меньшей длины. Любое незначительное движение цепи вызывает такое же движение стрелки индикатора барометра.

Изготовление прибора в заводских условиях

Корпус анероидного барометра отливают из латуни, бронзы или стали. Также не исключаются варианты вырезания из дерева. Менее дорогие корпуса — штамповки из стали или алюминия, покрытые декоративной отделкой. Литьё производится путём заливки расплавленного металла в специальную форму с последующим затвердеванием.

Барометр, встроенный в часы - фотография 20

Исполнение корпусное для приборов измерения давления поддерживается в самых различных вариациях, включая широкое разнообразие отделочных элементов и материалов

После того, как металл затвердел, форма снимается с корпуса. Штамповка включает вдавливание плоского куска металла между двумя штампами при высоких давлениях. Обработка корпуса завершается удалением лишнего металла, оставшегося в процессе литья:

  • шлифовка любых шероховатых краев,
  • полировка до блеска.
  • покрытие лаком или прозрачным пластиком (в отдельных случаях).

Половинки рабочей капсулы измерительного прибора — тонкие листы из меди / бериллия (толщиной около 0,05 мм), штампуют на специальной матрице. Отдельные компоненты сварены электронно-лучевым методом.

Электронно-лучевая сварка выполняется автоматическими роботизированными сварочными машинами, поскольку сварщик-человек не в состоянии обеспечить степень точности, необходимую для соединения таких деталей без повреждения.

В качестве компенсаторов температуры анероидных барометров обычно выступает биметаллическая полоса. Эта деталь крепится сваркой или клёпкой одного конца полоски к корпусу барометра. Сварка включает частичную плавку, как корпуса, так и биметаллической полосы, так что обе части надёжно соединяются. Окончательно анероидный барометр собирается на стенде.

Виды барометров

Ртутный – прибор, измеряющий давление. Принцип действия заключается в движении ртути, относительно нанесенной шкалы.

Как пользоваться барометром - фото 24

Жидкостный – прибор, с помощью которого уровень давления измеряется уравновешиванием веса столба жидкости атмосферным давлением.

Содержание статьи - изображение 25

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.

Виды барометров, принцип их действия - фото 26

Барометр-анероид - это самый распространенный из вышеперечисленных приборов, благодаря своим небольшим размерам и отсутсвию жидкости в механизме. Рассмотрим его более детально.

Строение атмосферного барометра

  • Круглая серебряно-никелевая пластина.
  • Коробка с ребристыми основаниями.
  • Передаточный механизм.
  • Возвратная пружина.
  • Указательная стрелка.

Атмосферный барометр - принцип работы

В собранном виде анероид - это коробка с различными механизмами. Когда из неё откачивают определённое количество воздуха, это создает сильное разряжение возвратной пружины, указательной стрелки и передаточного между ними механизма. Под действием давления стенки «барокамеры» сокращаются или увеличиваются в размерах, а указательная стрелка начинает двигаться относительно измерительной шкалы в сторону повышения или снижения давления, соответственно. В спокойном состоянии стрелка будет находиться на отметке в 760 мм.

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.

Барометр в телефоне - что это

Использование барометра - фото 27

Технологии не стоят на месте, и теперь измерить атмосферное давление можно с помощью мобильного устройства. Многие пользователи современных гаджетов, столкнувшись с новой функцией, задаются вопросом – барометр в телефоне, что это? Современная миниатюрная метеостанция позволяет пользователю телефона постоянно проверять в электронном виде уровень атмосферного давления. Отследив показатели давления за определённое время, можно узнать - приближается циклон или антициклон. Эти показатели будут полезны для людей с повышенной чувствительностью к резким перепадам давления.

Возможности мобильного устройства на этом не останавливаются. В электронном виде оно показывает высоту, географическую ширину и долготу, что, в свою очередь, способствует быстрому поиску аппарата и определению точного места его нахождения. Благодаря спутникам GPS процесс быстр и точен. Мобильный барометр – это точный высотомер. Точность определения нахождения пользователя сводятся до радиуса в 3 метра. Именно такими приборами пользуются альпинисты в горах. Но большую популярность они приобрели в авиационной сфере.

«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.

Манометр

Стоит отметить еще одно устройство, которое также измеряет давление, только не воздуха, а газов и жидкостей – этот прибор называется манометр. Эти два прибора очень взаимосвязаны. Сумма показаний манометра и барометра - это давление абсолютное, которое имеет больший показатель, чем атмосферное.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 908)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты