Барометр. Виды и работа. Применение и настройка. Особенности

Что такое барометр?

Барометром называют прибор, измеряющий атмосферное давление. Над поверхностью Земли расположен слой атмосферы толщиной в несколько десятков километров. Смесь газов, составляющая атмосферу, хотя и отличается небольшим весом, но в таких огромных количествах все же оказывает на земную поверхность определенное давление. Мы не замечаем его, так как наши организмы к нему хорошо приспособлены, однако величину атмосферного давления можно измерить.

Первые измерения давления атмосферы выполнялись с помощью очень простого измерительного прибора – тонкой стеклянной трубки, в которую была залита ртуть. Допустим, толщина трубки – 1 миллиметр, а длина – ровно 1000 миллиметров, или 1 метр.

Если опрокинуть трубку запаянным концом вертикально вверх, а открытым книзу, то часть ртути вытечет, а некоторое количество останется внутри. Ртуть будет вытекать, пока давление внутри трубки и снаружи не уравновесится. 
Если измерить высоту столбика ртути в трубке, эту величину можно условно считать величиной давления атмосферы. Для нормальных погодных условий она составляет 760 миллиметров ртутного столба – это и есть показания ртутного барометра. В качестве жидкости, заполняющей трубку, можно использовать воду, спирт и т.д., но общепринятым является использование ртути.

Более удобным и точным в показаниях является так называемый барометр-анероид, или безводный барометр. Измерение давления в нем происходит с помощью запаянной коробки из тонкой жести, из которой откачана часть воздуха.

Под действием атмосферного давления стенки коробки прогибаются и растягивают или сжимают пружину, к другому краю которой прикреплена стрелка. Циферблат показывает, на какую величину изменилось давление атмосферы по сравнению с базовыми показателями.

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.

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.

Приборы для измерения атмосферного давления

Для научных и житейских целей нужно уметь измерять атмосферное давление. Для этого существуют специальные приборы – барометры. Нормальным атмосферным давлением называют давление на уровне моря при температуре 15 °C. Оно равно 760 мм рт. ст. Нам известно, что при изменении высоты на 12 метров атмосферное давление изменяется на 1 мм рт. ст. Причём, при увеличении высоты атмосферное давление понижается, а при уменьшении – повышается.

Современный барометр сделан безжидкостным. Он называется барометр-анероид. Металлические барометры менее точны, но не столь громоздки и хрупки.

Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, поднимаясь на последний этаж девятиэтажного дома, из-за различия атмосферного давления на различной высоте мы обнаружим уменьшение атмосферного давления на 2-3 мм рт. ст.

Барометр может служить для определения высоты полета самолета. Такой барометр называется барометрический высотомер или альтиметр. Идея опыта Паскаля легла в основу конструкции альтиметра. Он определяет высоту подъема над уровнем моря по изменению атмосферного давления.

При наблюдении погоды в метеорологии, если необходимо зарегистрировать колебания атмосферного давления в течение некоторого промежутка времени, пользуются самопишущим прибором – барографом.

Штормгласс (Storm Glass) (штормглас, нидерл. storm — «буря» и glass — «стекло»)— это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому, штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–36 Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигл», в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Барометр работает следующим образом. Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно происходит рождение и исчезновение кристаллов. В зависимости от грядущих изменений погоды, в жидкости образуются кристаллы различной формы. Штормгласс настолько чувствителен, что может предсказывать резкое изменение погоды за 10 минут до такового. Принцип работы так и не получил полного научного объяснения. Барометр лучше работает находясь у окна, особенно в железобетонных домах, вероятно в этом случае барометр не так сильно экранируется.

Бароскоп – прибор для наблюдения за изменением атмосферного давления. Можно сделать бароскоп своими руками. Для изготовления бароскопа требуется следующее оборудование: Стеклянная банка объемом 0,5 литра.

  1. Кусок пленки от воздушного шарика.
  2. Резиновое кольцо.
  3. Легкая стрелка из соломы.
  4. Проволока для крепления стрелки.
  5. Вертикальная шкала.
  6. Корпус прибора.

Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах

При изменении атмосферного давления в жидкостных барометрах изменяется высота столба жидкости (воды или ртути): при уменьшении давления – уменьшается, при увеличении увеличивается. Значит, существует зависимость высоты столба жидкости от атмосферного давления. Но и сама жидкость давит на дно и стенки сосуда.

Французский ученый Б. Паскаль в середине XVII века эмпирически установил закон, названный законом Паскаля:

Давление в жидкости или газе передается во всех направлениях одинаково и не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует.

Для иллюстрации закона Паскаля на рисунке изображена небольшая прямоугольная призма, погруженная в жидкость. Если предположить, что плотность материала призмы равна плотности жидкости, то призма должна находиться в жидкости в состоянии безразличного равновесия. Это означает, что силы давления, действующие на грани призмы, должны быть уравновешены. Это произойдет только в том случае, если давления, т. е. силы, действующие на единицу площади поверхности каждой грани, одинаковы: p1 = p2 = p3 = p.

Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба жидкости mg, где m = ρghS – масса жидкости в сосуде, ρ – плотность жидкости. Следовательно p = ρghSS

Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости ρgh называют гидростатическим давлением.

Во многих устройствах, встречающихся нам в жизни, используются законы давления жидкости и газов: сообщающиеся сосуды, водопровод, гидравлический пресс, шлюзы, фонтаны, артезианский колодец и т.д.

Устройство

В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке, запаянной сверху, а нижним концом опущенным в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры — точнее любых других и поэтому используются на метеостанциях.

В быту обычно используются механические барометры. В анероиде жидкости нет. В переводе с греческого «анероид» — «без воды». Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении — сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину[2]. На практике часто используется несколько (до десяти) анероидных коробок, соединенных последовательно, и имеется рычажная передаточная система, которая поворачивает стрелку, движущуюся по круговой шкале, проградуированной по ртутному барометру. а также в настоящее время широкое распространение получили цифровые барометры.

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 регистрирующи

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.

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.

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.

Требования к эксплуатации

Не зависимо от устройства, механические и электронные анероидные барометры основаны на одном принципе реакции на атмосферное давление. При эксплуатации необходимо соблюдать следующие требования:

  1. Не рекомендуется вещать приборы напротив окон. Солнечный свет может испортить табло электрического устройства.
  2. Высокая или низкая температура окружающей среды влияет на точность показаний обоих типов устройств. Тонкая сталь вакуумных коробок расширяется при нагреве и сужается при охлаждении. Приборы лучше вешать на стены с комнатной температурой, в отдалении от кондиционеров и нагревательных устройств.
  3. Барометры запрещено перевозить на большой высоте, например, в самолетах. Перепады давления могут повлиять на дальнейшую работоспособность.
  4. Не рекомендуется заказывать прибор в других городах. Доставка с серьезными нарушениями может повредить механизму.
  5. У механических барометров на задней крышке есть винт регулировки. Он должен быть расположен точно в центре. Любой перекос указывает на потерю центра, а значит на дефект чувствительной вакуумной коробочки.
  6. На точность сборки механизма указывает параллельное расположение трезубца. При давлении в 750 мм, все зубья этого механизма должны быть строго напротив друг друга. Если этого нет, барометр считается неисправным. Трезубец механизма можно увидеть без разборки устройства. Он проглядывается через щель оси стрелки и циферблата.Циферблат должен быть расположен строго по центру
  7. Циферблат должен быть расположен строго по центру корпуса. Любые перекосы указывают на плохую сборку и наличие погрешностей входе эксплуатации.
  8. Важно чтобы механический барометр имел регулировочный винт. Он необходим для подстройки будущих искажений. То же касается и электронных приборов. Часто они производятся зарубежными компаниями, без перевода на русский язык. Необходимо приобретать барометр с простыми, доступными настройками на понятном языке.
  9. Разбирая прибор запрещается механически воздействовать на вакуумные коробочки. Любое давление может помять или повредить их корпус.
  10. Смазывать механизм машинным маслом запрещено из-за его вязкости.

Все эти нюансы помогут владельцу приобрести и максимально долго эксплуатировать хрупкое и чувствительное устройство.

Общее описание линейки барометров Утес

Утес — название линейки бытовых барометров. Среди них есть модели с художественной росписью, сувенирные модели, и «обычные» бытовые приборы. Мы будем рассматривать только бытовые модели.

Все модели бытовой линейки выполнены в небольшом круглом корпусе из дерева, имеющего светло- или темно-коричневый окрас. Барометрический механизм выполнен из металлов, устойчивых к коррозии.

На круговой шкале указывается:

  1. Атмосферное давление (в Паскалях).
  2. Погодные условия (Шторм, Дождь, Ветер, Переменно, Ясно, Сушь, В. Сушь).

Шкала с погодными условиями по факту является малополезной — поскольку давление в разную погоду зависит от региона.

С задней части корпуса есть ушко, на которое прибор можно повесить на гвоздь в стене. Подставки для настольного хранения — нет (то есть барометр можно только вешать).

О производителе

Барометры Утес выпускает российский производитель — ОАО «Утес». Предприятие выпускает медицинскую технику, комплектующие для автомобильной промышленности, авионику и барометры. Территориально располагается в Ульяновске. Производственные мощности работают уже дольше 60 лет.

Назначение и область применения

Приборы могут использоваться для определения атмосферного давления и температуры (температуру показывают только модели с индексом «Т» в названии) воздуха внутри помещения.

Барометры Утес предназначаются для жилых помещений, при условии что здание находится не выше 300 м над уровнем моря. Располагать прибор на улице (в том числе и на открытом балконе) — нельзя.

Покупать такую технику актуально людям, чувствительным к перемене атмосферного давления (к примеру — для тех, у кого гипертонический криз). По смене давления можно «предугадать» свое самочувствие. Также по этим показаниям можно частично предугадывать погоду.

что измеряет барометр