Что такое барометр анероид и как им пользоваться. Что измеряет барометр анероид.

Барограф, происхождение названия которого связано с греческими словами, означающими «вес» и «график» (от греческого weight — «вес» и graph — «график»), также известен как барометр, представляет собой самопишущий инструмент, предназначенный для непрерывной записи атмосферного давления. Данный прибор применяется в метеорологических станциях, а также на борту самолетов и воздушных шаров для измерения высоты, основываясь на изменениях атмосферного давления.

(+18 фото) Барометр-анероид: что это такое и как он работает

Барометр был впервые изобретен в 1644 году Эванджелистой Торричелли, ученым родом из Флоренции, Италия, и его работа была описана в произведении «Opera geometrica».

Первоначально это был ртутный барометр, функционирующий на основе изменения высоты столба ртути в стеклянной трубке, запаянной на одном конце, находящейся в сосуде с ртутью. В день, когда Торричели проводил свои эксперименты, атмосферное давление образовало ртутный столбик на уровне 760 мм. С тех пор это значение стало стандартом для нормального атмосферного давления.

Ртутные и другие жидкостные барометры считаются самыми точными устройствами для измерения давления и по-прежнему находят применение на метеорологических станциях благодаря своей высокой точности. Однако они имеют несколько недостатков, таких как хрупкость конструкции, необходимость тщательного обращения и большие размеры.

В 1844 году французский инженер Люсьен Види представил инновационный барометр, не использующий жидкость, который получил название барометр-анероид (от греческого «анерос» — «без влаги»). Эта разработка базируется на трудах немецкого математика и физика XVII века Готфрида Вильгельма Лейбница. Современные барометры, основанные на конструкции Види, широко применяются в наше время.

Описание и назначение прибора

При использовании барометра важно учитывать высоту над уровнем моря, так как атмосферное давление уменьшается с повышением высоты: на каждые 12 метров давления падает примерно на 1 мм рт. ст.

Конструкция и принцип работы

Внутри герметичного корпуса расположена чувствительная оболочка с гофрированными стенками, называемая капсулой. Она изготавливается из сплава на основе меди, в некоторых случаях может использоваться и листовая сталь.

Зубчатый механизм соединяет данную капсулу с пружиной и индикатором на шкале. Как правило, шкала делится на два типа единиц: миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.) и гектопаскали (гПа). Это делает показания более удобными для восприятия, так как не нужно выполнять переводы между разными единицами измерения. Шкала также может содержать секции с цветовой кодировкой для обозначения вероятностей изменения погоды — например, ясная погода, дождь и так далее.

На задней стороне корпуса, часто в нижней части, расположен регулировочный винт. С его помощью можно производить настройку барометра путем ослабления или натяжения пружины, что дает возможность точнее соотносить показания с действительным атмосферным давлением.

Кроме того, некоторые модели барометров могут быть дополнительно оснащены такими инструментами, как компенсационный термометр, гигрометр и высотомер, что повышает их функциональность.

Принцип работы барометра заключается в изменении давления внутри корпуса, в результате чего капсула начинает реагировать на колебания. Когда давление увеличивается, капсула сжимается, и наоборот, при понижении давления — разжимается. Эти изменения передаются передаточной пружиной, которая перемещает стрелку по шкале устройства. При сжатии верхняя стенка начинает изгибаться и тянет соответствующую сторону пружины вниз, в то время как при увеличении давления происходит обратное.

Для достижения высокой точности показаний, уровень давления в барометре-анероиде сравнивают с показаниями стандартного ртутного барометра. При этом применяются три типа поправок:

1. Поправка по температуре — учитывает влияние температуры на характеристики металла, из которого изготовлены механизмы прибора;
2. Поправка по шкале — фиксирует степень неоднородности реагирования на изменения давления в разных частях шкалы;
3. Дополнительная поправка — связана с естественным износом компонентов устройства во время его эксплуатации.

Эти поправки не требуются для обычных бытовых измерений, однако они актуальны в тех случаях, когда необходима высокая точность, например, в лабораториях.

Встраиваемый компенсирующий термометр помогает, учитывая, что металлические компоненты конструкции пружинного механизма реагируют на изменения температуры; при снижении температуры они сжимаются, а при повышении — расширяются. Благодаря данным показаниям можно при необходимости откорректировать значения измерений.

Разновидности и сфера применения

БАММ-1

На современном рынке доступно разнообразие типов барометров, каждый из которых имеет свое назначение. Они нашли свое применение как в промышленности, так и в лабораториях, учебных заведениях и домашних условиях для прогноза погоды.

Среди наиболее популярных моделей можно выделить следующие:

• БАММ-1 – широко используется для измерений на поверхности земли и в помещениях; помогает при проверках рабочих мест;
• БР-52 – специально предназначен для учебных заведений, поддерживает демонстрацию и опытническую деятельность в школах;
• М-67 – высокоточнный контрольный прибор, работающий в диапазоне температур от -10 до +50 градусов;
• М-110 – барометр, используемый в промышленном производстве;
• ББ-0.5М – устройство для домашнего использования, которое удобно монтируется на стене.

Некоторые мастера-ремесленники изготавливают индивидуальные барометры, используя капсулы из бериллиевой бронзы и стандартные часовые стрелки диаметром 0,01 мм.

Преимущества таких устройств заключаются в:

• Простой и надежной конструкции и принципе работы;
• Отсутствии хрупкой колбы;
• Устойчивости компонентов к механическим повреждениям и воздействию окружающей среды;
• Долговечности и надежности;
• Безопасности, отсутствия риска разлива ртути;
• Компактных размерах;
• Полной автономности и независимости от источников питания.

Однако, наряду с преимуществами, у барометров также есть недостатки:

• Чувствительность материалов к тепловым колебаниям;
• Зависимость показаний от высоты над уровнем моря.

Степень точности барометра

Лидирующими по точности среди всех барометров являются ртутные модели, которые служат эталоном и точкой отсчета. Их высокая точность обусловлена стабильностью показаний при изменениях температуры и влажности окружающей среды, а также отсутствием проблем с испаряющейся жидкостью и замерзанием в холодных условиях.

Современные электронные приборы также обеспечивают сопоставимый уровень точности. Анароидные приборы могут быть более чувствительными к колебаниям температуры, чем ртутные барометры, в то время как последние обладают еще большей стабильностью.

Сегодняшние анаэроидные манометры демонстрируют исключительную точность и способны регистрировать изменения давления даже при подъеме в лифте. Лучшие из них оборудованы 10-12-ступенчатым гофрированным поршнем, обеспечивая точность в пределах 0,05 %.

Как читать показания

В некоторых моделях могут быть два индикатора: один контролирует шкалу давления в начале наблюдения, другой фиксирует текущее значение. Разница между двумя показателями позволяет определить изменения давления за определенный временной период.

При калибровке прибора используются следующие единицы измерения:

• Миллиметры ртутного столба (или в некоторых странах дюймы), которые считаются основным ориентиром при использовании барометров;
• Паскали (Па) и их производные единицы — гектопаскали (гПа) и миллипаскали (мПа);
• Бары, где 1 бар равен 100 000 Па или 0,1 мПа. В бытовых моделях часто присутствует шкala в миллибарах (мбар).

Шкала может быть как одиночной, так и двойной, причем в большинстве бытовых моделей применяются варианты с градусами в миллиметрах рт. ст. и паскалями (гПа). Барометры, как и прочие устройства, предсказывают погоду только на краткосрочный срок, в пределах 24 часов. Также следует учесть, что все приборы имеют ограниченный диапазон действия, около 30 км, что немного увеличивается для циклонов.

Как правило, диапазон показания начинается с 710 мм рт. ст. (некоторые модели могут отображать более низкие значения). Нормальное атмосферное давление при ясной погоде составляет 760 мм рт. ст. В других районах данное значение может варьироваться, например, в горных регионов оно ниже, чем на равных площадях. Средние показатели в определенных географических точках устанавливаются метеорологическими службами, и их используют для интерпретации различных показателей давления. Это позволяет отслеживать динамику давления: растет оно или падает, и в какой степени. Чем быстрее двигаться стрелка и больше амплитуда, тем точнее прогноз и быстрее ожидаемые изменения.

Настройка прибора

Для корректировки барометра важно знать текущее значение атмосферного давления в местности. Эту информацию можно получить, обратившись к ближайшей метеостанции или изучив прогноз погоды. Альтернативный вариант — воспользоваться точным ртутным барометром для определения давления.

Если ваши показания не совпадают с эталонными, следует провести калибровку прибора. Найдите регулировочный винт на задней панели устройства и скорректируйте его, закручивая или откручивая до достижения нужного давления.

Если регулировочный винт отсутствует, откалибровать барометр можно, поворачивая шкалу в соответствии с показателями. Более детальные инструкции по настройке обязательно следует посмотреть в руководстве по эксплуатации прибора.

Принцип действия и устройство

Барометр-анероид представляет собой цилиндрический металлический корпус, выполненный из высококачественной стали (иногда используется серебристо-никелевая сталь). Чтобы гарантировать прочность конструкции, ребра этой детали являются ребристыми. Это необходимо для обеспечения необходимой жесткости, так как внутри корпуса создается практически разряженная атмосфера посредством всасывания. Возвратная пружина и индикаторы постоянно подвергаются воздействию этих условий.

Когда атмосферное давление сжимает стенки устройства, происходит изменение и его расширение или сжатие. При сжатии камера модели деформируется, и верхняя пластина начинает изгибаться, что, в свою очередь, тянет вниз соединенную с ней пружину. Когда давление снижается, верхняя пластина возвращается в исходное положение, и пружина поднимается. На конце пружины находится стрелка, которая перемещается вдоль шкалы значений.

Для получения высоких точных показаний, устройство нужно соотносить с показателями ртутного барометра. Существует три основные поправки для ртутного барометра:

• Корректировка по шкале, чтобы учитывать разные реакции на различных участках шкалы;
• Корректировка по температуре включает поправку на физические изменения металла, вызванные температурным воздействием;
• Разные дополнительные погрешности, которые возникают от изменений упругости и жесткости металлических деталей со временем.

Шкала настраивается в соответствии с показаниями ртутного барометра. Применяя барометрическую формулу, можно вычислить высоту, на которой связан прибор. Замеряя атмосферное давление в различных точках, можно определить разницу давления и перевести её в метры. Такой метод измерения называется барометрической эквилибристикой и используется GPS-устройствами для определения высоты местоположения.

Разновидности

Первое описание данного прибора принадлежит итальянскому ученому Эванджелисте Торричелли в 1644 году. Это был первый ртутный барометр, или жидкостный барометр, который измерял атмосферное давление в зависимости от высоты столба ртути. Конструкция данного прибора довольно проста: стеклянная трубка, запаянная с одного конца и погруженная в сосуд с ртутью снизу. В ходе эксперимента наблюдалась хорошая и ясная погода, а ртутный столб зафиксировал значение 760 мм, которое стало стандартом.

Сегодня ртутные модели все еще используются в метеорологии, благодаря их высокой точности. Однако они имеют недостатки, такие как высокая степень неопределенности, хрупкость структур, а также достаточно крупные размеры.

В наше время ртутный барометр в целом служит контрольным инструментом для настройки других измерительных приборов.

В 1844 году, основываясь на трудах немецкого физика и математика Готфрида Вильгельма Лейбница, французский инженер Люсьен Види создал альтернативный тип барометра, не использующий жидкостей. Этот «безжидкостный» прибор позднее был назван анаэроидным барометром.

На данный момент анаэроидный барометр является самым универсальным вариантом среди бытовых моделей барометров.

Существует четыре основные категории таких приборов:

• Жидкостный барометр – измеряет давление, основываясь на принципе выравнивания массы столба жидкости с атмосферным давлением;
• Ртутный барометр – с помощью высоты столба ртути фиксирует атмосферное давление с прикрепленной шкалой;
• Барометр-анероид – данный прибор работает на основе изменений объема коробки с разряженной атмосферой внутри, в зависимости от влияния атмосферного давления;
• Электронный барометр – этот подтип использует преобразование изменений объема заболевшего барометра-анероид в цифровой сигнал посредством тензометрического преобразователя, который способен воспринимать изменение атмосферного давления через его деформацию и изменение сопротивления.

Теперь рассмотрим различные модели анероидных барометров.

• БАММ-1. Данный прибор предназначен для измерения атмосферного давления на поверхности и в помещениях. Он даже включает в Госреестр измерительных приборов и может использоваться при контрольной проверке рабочих мест.

• М-67. Этот барометр показывает высокую степень точности при работе в температурном диапазоне от -10 до +50 градусов.

• М-110. Данный барометр применяется в производственной сфере.

• ББ-0.5М. Устройство для домашнего использования, которое удобно крепится к стене; оно идеально подходит для тех, кто испытывает зависимость от погоды и желает следить за изменениями атмосферного давления.

• БР-52. Школьный модель анероидного барометра, который удобно применять в экспериментах.

Как пользоваться?

Если вы используете барометр для измерений, важно помнить, что он не предоставляет 100% гарантии изменения погоды или количества атмосферных осадков. Он не может точно указать, какой атмосферный фронт будет присутствовать на контролируемой территории. Чтобы более точно прогнозировать погоду, метеорологи используют множество дополнительных инструментов и измерительных данных.

Тем не менее, прибор дает понимание того, в каком направлении может измениться погода. Например, обладая точными предсказаниями, можно проследить за тем, изменится ли погода к худшему или к лучшему. Барометр будет полезен тем, кто не зависит от атмосферных изменений, чтобы следить за своим самочувствием:

• В зимний сезон, если давление падает, ожидайте заморозков, а когда давление растет – наступления более теплой, дождливой погоды;
• Летом повышение давления обычно указывает на приближение сухих и горячих дней, в то время как понижение давления предостерегает о возможном дожде.

Скорость изменения показателя давления также предполагает прогноз погоды. Если на барометре заметно снижение давления, значит, в течение дня может произойти ухудшение погодных условий с осадками и сильным ветром. Если стрелка на барометре резко опускается, ожидайте сильного ветра и возможности ливня с грозой.

Резкое падение стрелки может также указывать на дождь, который ожидается примерно через 2 часа. Если же стрелка остается на определенном уровне, это может означать, что ветер ослабнет, а дожди прекратятся.

Для максимально точного анализа показаний следует внимательно следить за манометром: в хорошую погоду необходимо проводить измерения дважды в день, а в плохую — каждые 2-3 часа.

Современные электронные барометры не нуждаются в регулярной калибровке, однако на рынке все еще можно найти классические механические модели, которые требуют периодического контроля показаний.

Механические приборы пользуются спросом за их привлекательный внешний вид и тем, что они не нуждаются в замене батарей.

Давайте кратко рассмотрим, как провести настройку барометра-анероид в домашних условиях:

• Корректировать механический барометр достаточно просто: необходимо точно знать величину давления в конкретной местности на данный момент. Эту информацию можно найти на сайте ближайшей метеостанции или послушать прогноз погоды в новостях;
• Сравнив свои измерения с показателями ртутного барометра, вы сможете получить более точные результаты;
• При расхождениях показаний с эталоном выполните калибровку прибора. Для этого найдите регулировочный винт на задней стороне, а затем регулируйте его, покоряя или ослабляя винт, пока не получите нужные значения;
• Если у вашего прибора нет винта, то производитель использовал другой способ настройки — поворот циферблата относительно показателей стрелок.

Дополнительную информацию о том, как настроить прибор, обязательно ищите в инструкции по эксплуатации, где будут детально описаны все шаги корректировки и настройки прибора.

Теперь давайте рассмотрим, как работает анаэроидный барометр более детально.

Барометр-анероид

Барометр является одним из ключевых приборов для прогнозирования погоды. Первоначально был создан ртутный барометр, который, однако, связан с высоким риском, так как ртуть является токсичным веществом, массовое применение которого в ртутном барометре довольно опасно. Поэтому в современном мире чаще используются барометры-анероиды. Теперь рассмотрим, что измеряет барометр-анероид и какой принцип его работы.

Атмосферное давление и его измерение

Температурные условия на Земле таковы, что некоторые вещества находятся в газообразном состоянии и формируют атмосферную оболочку вокруг планеты. Земная гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать ее, в отличие от Луны, например. В дополнение к этому, верхние слои атмосферы оказывают давление на нижние слои, и именно это создает атмосферное давление.

Атмосферное давление впервые было измерено Э. Торричелли в XVII веке с использованием стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью. Если поместить открытый конец в емкость с ртутью и поднять запечатанный конец вверх, ртуть в трубке опустится приблизительно до 760 мм. В верхней части трубки над уровнем ртути остается зазор, который называется «зазором Торричелли».

Согласно урокам физики, мы знаем, что уровень ртути в трубке представлен на высоте, позволяющей приравнять его к атмосферному давлению, поэтому показатели можно выразить в единицах высоты ртутного столба. Соответственно, для измерения давления мы используем ртутный барометр, включающий в себя трубку и линейку для считывания значений.

Ртуть может быть заменена любой другой жидкостью, включая воду, но поскольку вода в 13,5 раз легче ртути, столбик ртути в трубке окажется примерно на 10 метров выше. Использовать такую конструкцию на практике значительно сложнее, хотя такие барометры существуют.

Барометр-анероид

Ртутный барометр предоставляет простой и точный способ измерения атмосферного давления, но ртуть является токсичным веществом, склонным к медленному испарению (включая токсичность паров ртути).

В связи с чем был создан барометр, не использующий ртуть (анероид — «без жидкости»). Основной компонент барометра-анероида — герметичная гофрированная металлическая коробка, из которой откачан воздух. Под воздействием атмосферного давления коробка немного сжимается, причем чем выше давление, тем сильнее происходит сжатие. При снижении давления коробка восстанавливает начальную форму, и ее толщина всегда будет пропорциональна давлению извне.

На коробке имеется стержень, который с помощью рычажного механизма передает состояние давления на индикатор. Шкала индикатора может быть установлена как в миллиметрах ртутного столба, так и в стандартных единицах СИ — паскалях.

Обычно барометры оснащены специальным регулировочным винтом в рычажном механизме для изменения положения стрелки. Разброс толщины корпуса очень мал, и поддерживать нужный уровень точности в производстве оказывается крайне дорого. Таким образом, корпус изготавливается с заданными допусками, а значение атмосферного давления точно устанавливается эталонным барометром при помощи регулировочного винта.

Само значение атмосферного давления мало что значит без контекста — его более важные колебания. Многие знают, что понижение давления обычно предвещает ухудшение погодных условий, в то время как его рост свидетельствует о предстоящем улучшении погоды. В связи с этим большинство анемометров-барометров имеет вторую контрольную стрелку, которую можно настроить вручную. Эта стрелка выравнивается с основной, и по истечении времени можно определить, растет или падает давление на протяжении наблюдений. Нередко барометры дополнительно оснащаются приблизительно небольшими устройствами, такими как термометры и гигрометры.