Атмосферное давление. 3. Основная часть. Курсовая работа.Атмосф давление. І. атмосферное давление как одна из важных величин метеорологических наблюдений
 Скачать 7.41 Mb.
|
 Рис.2.4. Барометр инспекторский сифонно-чашечный Значение атмосферного давления с помощью этого барометра определяется по высоте столба ртути, равной разности уровней 'ртути в длинном и коротком коленах барометра. Так как инспекторский барометр применяется главным образом при инспекции метеорологических станций, то им иногда приходится пользоваться при измерении атмосферного давления и в высокогорных районах, где атмосферное давление низкое [7, с.96] . 2.2.4 Барометр-анероид Барометр-анероид БАММ-1 предназначен для измерения атмосферного давления в наземных условиях (рис 2.5).  Рис.2.5. Общий вид барометра - анероида Чувствительным элементом барометра служит блок, состоящий из трех последовательно соединенных анероидных коробок. Принцип действия его основан на деформации мембранных анероидных коробок под действием давления и преобразования линейных перемещений мембран посредством передаточного механизма в угловые перемещения стрелки относительно шкалы. Приемником служит металлическая анероидная коробка А (рис. 2.6) с гофрированным дном и крышкой, из которой воздух полностью выкачивается. Пружина Б оттягивает крышку коробки и тем самым предохраняет ее от сплющивания давлением воздуха.  Рис. 2.6 Схема барометра-анероида При повышении давления атмосферы крышка будет вдавливаться внутрь коробки, а при уменьшении – она будет выгибаться вверх. При помощи системы рычагов эти незначительные колебания крышки коробки увеличиваются от 200 до 800 раз и передаются на стрелку В, перемещающуюся вдоль шкалы с делениями. Для создания постоянного натяжения цепочки на оси стрелка соединена спиральной пружиной (волоском) С. В некоторых типах современных анероидов роль пружины выполняют упругие крышки коробки. Приемник давления в таких анероидах состоит из 5-6 мембранных коробок. Для измерения температуры прибора в прорези шкальной пластины прикреплен дугообразный ртутный термометр, цена деления шкалы которого 1°С. Шкала барометра имеет круглую форму с делениями в паскалях. Цена одного деления 100 Па или 1 гПа. На некоторых анероидах шкала градуирована в миллиметрах ртутного столба с ценой деления 0,5 мм [6, с.22]. Барометр-анероид устанавливают горизонтально на специальной подставке или на столе. Футляр, в котором находится анероид, открывают только на время измерений. При измерениях вначале отсчитывают температуру по термометру при анероиде с точностью до 0,1ºС. После этого, слегка постучав по стеклу анероида для преодоления трения в передающей части, отсчитывают положение стрелки относительно шкалы с точностью до 0,1 гПа или 0,1 мм рт. ст. Поправки к барометру–анероиду. В показания анероида вводят три поправки: шкаловую, температурную и добавочную. Шкаловая поправка учитывает инструментальную неточность анероида, возникающую в результате технологических допусков при изготовлении прибора. В различных участках шкалы она может быть разной. В поверочном свидетельстве шкаловые поправки приводятся для всей шкалы через каждые 10 гПа или 10 мм рт. ст. Для промежуточных показаний поправку определяют путем интерполяции двух соседних поправок. Температурная поправка учитывает влияние температуры прибора. При одном и том же атмосферном давлении, но разной температуре прибора показания анероида могут быть разными, так как с изменением температуры упругость мембранных коробок не остается постоянной. Чтобы исключить влияние температуры, показания анероида приводятся к 0 °С. Для этой цели определен температурный коэффициент К, представляющий собой изменение показания анероида при изменении температуры на 1 °С. Он указан в поверочном свидетельстве. Для получения температурной поправки Х его надо умножить на температуру прибора, то есть Х = КТ, где Т – температура прибора в °С. Добавочная поправка учитывает остаточную деформацию коробок по истечении некоторого времени. Поэтому в поверочном свидетельстве указывают дату ее определения. Добавочную поправку рекомендуется определять не реже одного раза в 6 месяцев, а при барометрическом нивелировании – до начала и после работы. Для определения добавочной поправки необходимо провести одновременные отсчеты по станционному чашечному барометру и анероиду (3—5 отсчетов). Разница между показаниями ртутного барометра с учетом всех поправок и анероида с двумя поправками (температурной и шкаловой) будет добавочной поправкой к анероиду. Вычислив все поправки и сложив их с учетом знаков, вносят общую поправку в отсчет анероида и определяют давление воздуха [5, с.8]. Барометры-анероиды имеют широкое распространение, так как габариты их небольшие, они просты в обращении и удобны при транспортировке. При барометрическом нивелировании или при расчете превышения одного пункта над другим пользуются барометрической формулой Бабине: Н = 1600(1+αtср.) (p1 – p2/ p1 + p2 ), где α – коэффициент расширения воздуха, равный 0,00366; tср – среднее значение температуры воздуха, измеренной в нижней и верхней пунктах; p1 – давление в нижнем пункте; p2 – давление в верхнем пункте [5, с. 9]. 2.2.5Барограф Барограф М-22А предназначен для непрерывной регистрации во времени изменения атмосферного давления в наземных условиях. Принцип работы барографа основан на свойстве анероидных коробок реагировать на изменение атмосферного давления изменением своих геометрических размеров по высоте за счет деформации мембран. Барограф состоит из следующих основных узлов: приемника давления, представляющего собой комплект анероидных коробок, температурного компенсатора, передаточного механизма, содержащего систему рычагов с осями и тягами, регистрирующей части, включающей стрелку с пером и барабан с часовым механизмом, корпуса (рис. 2.7). Суммарная деформация мембран комплекта анероидных коробок, вызываемая изменением атмосферного давления, преобразуется при помощи передаточного механизма в перемещение стрелки с пером по диаграммному бланку (ленте), закрепленному на барабане с часовым механизмом [6, с.23]. Барографы изготавливают двух типов: суточные – М-22АС и недельные – М-22АН. синоптический погода барометр давление   1 — стрелка пера, 2 и 3 — кронштейны, 4 — установочный винт, 5 — рычаг, 6 — упор, 7 — тяга, 8 — ось пера, 9 — кнопка отметчика времени, 10 — отвод стрелки, 11 — бароблок, 12 — плата, 13 — барабан Рис. 2.7. Вид барографа М-22АН Принцип работы барографа основан на свойстве анероидных коробок реагировать на изменение атмосферного давления изменением своих геометрических размеров по высоте за счет деформации мембран. Регистрирующей частью барографа является барабан (с часовым механизмом внутри), на который надевается бумажная лента. На ленте барографа горизонтальные линии соответствуют атмосферному давлению в гектопаскалях (цена наименьшего деления 2 гПа), а вертикальные дуги — времени. В зависимости от скорости вращения барабана барографы бывают суточные и недельные. На суточных цена деления равна 15 мин, на недельных — 2 часа. Барограф устанавливают горизонтально на специальной полке или на столе недалеко от ртутного барометра. Во избежание резких колебаний температуры он должен быть удален от отопительных приборов и защищен от воздействия солнечных лучей. Перед установкой барографа арретиром ( рамкой) отводят стрелку с пером, снимают барабан, заводят часовой механизм и на барабан накладывают бумажную ленту, на которой записывают дату и время установки. Перо наполняется специальными чернилами. После этого барабан надевают на неподвижный стержень, укрепленный на основании прибора. Поворотом рамки перо подводят к барабану так, чтобы положение его соответствовало времени и величине атмосферного давления (по барометру) в данный момент. При вращении барабана перо, касаясь ленты, оставляет на ней запись соответственно колебаниям атмосферного давления. Нажим пера регулируется поворотом рамки, укрепленной у основания стрелки. Во время работы прибора в сроки наблюдений на ленте нажатием на кнопку, расположенной в тыловой части, делают засечки для сравнения его показаний с показаниями барометра. В сроки наблюдений по записи барографа определяют барическую тенденцию за последние три часа и указывают в книжке наблюдателя [6, 24 ]. 2.2.6 Барометр рабочий сетевой В 80-х гг. ХХ в. был изобретен барометр БРС-1 (барометр рабочий сетевой) (рис. 2.8). Предполагалось, что этот барометр полностью вытеснит ртутные барометры, применяемые на метеорологической сети. В действительности, этого не произошло, по причинам, скорее экономического характера. Тем не менее, эти барометры применяются и имеют весьма привлекательные особенности [2, с.140].  Рис. 2.6. Барометр рабочий сетевой: а) вид; б) датчик барометра БРС в разрезе Рассмотрим устройство датчика барометра БРС (рис. 2.8). Датчик представляет собой электрический конденсатор, то есть две металлические пластины, изолированные друг от друга кольцом из диэлектрика (1). Пластины выполнены из сталистой бронзы, т. е. по сути дела, этот датчик представляет собой ту же барометрическую коробку. При изменении давления пластины сжимаются или, наоборот, раздвигаются, таким образом, ёмкость конденсатора изменяется. Следовательно, она зависит от атмосферного давления. Измерить ёмкость конденсатора можно с помощью электронной схемы. В барометре БРС-1 имеется цифровая индикация атмосферного давления. Преимуществом барометра БРС является отсутствие ядовитого вещества – ртути, а также преобразование атмосферного давления в электрический сигнал. Это даёт возможность автоматизировать измерения, записывать данные, например, в память компьютера и использовать прибор в более сложных измерительных комплексах [2, с.140]. 2.2.7 Вакуумметры (термопарный и ионизационный) Вакуумметрами называются приборы для измерения очень малого давления – менее одного миллиметра ртутного столба (то есть менее 1 тор). Они могут использоваться для измерения давления на очень больших высотах, а также в вакуумной технике. 1. Термопарный вакуумметр (рис. 2.6) может измерять давление от 10-3 до 1 тор. Схема, показывающая принцип его действия, изображена на рис. 2.9. Внутри открытого баллона (1) помещён нагревательный элемент (2) и термопара (3). Холодный спай термопары помещён на корпусе баллона и, следовательно, имеет температуру окружающего воздуха (следует иметь в виду, что применять термин «воздух» по отношению к такой разреженной среде можно с большой натяжкой). Теплый спай термопары находится вблизи нагревательного элемента. Конвективный поток тепла от нагревательного элемента к спаю термопары является функцией плотности воздуха и, следовательно, зависит от давления внутри баллона, которое равно внешнему давлению [2, с.141].  Рис.2.9. Термопарный вакуумметр Следовательно, разность температур между спаями термопары также зависит от давления. Она измеряется микроамперметром, причём для повышения чувствительности прибора применяется предварительное усиление сигнала. Шкала выходного прибора проградуирована в единицах измерения давления. 2. Ионизационный вакуумметр (рис.2.10) употребляется для измерения ещё более низкого давления – от 10-3 до 10-7 тор. Схема, поясняющая принцип его действия, показана на рис. 4.11. Основным элементом вакуумметра является трехэлектродная лампа – вакуумный триод, внутренняя часть которого сообщается с окружающей средой. На верхний электрод триода подается отрицательное напряжение порядка 25 В. В этом состоит отличие лампы от классического триода, в котором на верхний электрод подается положительное напряжение. Поэтому в данном случае верхний электрод называется коллектором (а не анодом, как в триоде). На сетку лампы подается довольно большое положительное напряжение – около 200 В. Таким образом, нижняя часть лампы работает как вакуумный диод, т. е. электроны летят от катода к сетке. Но поскольку в лампе все-таки есть малое количество воздуха, то электроны сталкиваются с молекулами воздуха и ионизируют их. Образовавшиеся при этом положительные ионы летят к отрицательно заряженному коллектору. Таким образом, возникает слабый ионный ток в промежутке катод – коллектор. Величина этого тока пропорциональна количеству образовавшихся ионов, которое, в свою очередь, тем больше, чем больше нейтральных молекул в лампе. Следовательно, ток в лампе зависит от давления. Он измеряется микроамперметром, шкала которого проградуирована в единицах измерения давления [2, с.142].  Рис.2.10. Ионизационный вакуумметр 2.2.8 Термогигрометры Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины [8, с.61]. Термогигрометр ИВТМ-7 К-1, термогигрометр ИВТМ-7 М 6-Д (рис.2.11) измеряют атмосферное давление в кПа, пересчитывают значения различных единиц влажности, осуществляют одновременную индикацию измеряемых значений, регистрируют данные на microSD, возможно подключение различных типов первичных преобразователей. Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.   Рис. 2.11. Термогигрометры 2.2.9 Гипсотермометр Изредка используются также гипсотермометр (термобарометр) - прибор, предназначенный для определения температуры паров кипящей воды для вычисления атмосферного давления. Гипсотермометр состоит из чувствительного термометра (а) и кипятильного аппарата (b). Шкала термометра разделена до 1/50 или 1/100 доли градуса и обычно ограничивается назначением 0° и делений от 97 до 101°. Устройство гипсотермометра основано на том принципе, что определенной температуре пара соответствует определенное давление воздуха (рис. 2.12).  Рис. 2.12. Гипсотермометр (термобарометр) По температуре кипения на низшей и высшей станции определяют по таблицам соответственные давления воздуха. Подставляя их в барометрическую формулу, получают относительную высоту обеих станций. |