Наблюдения над изменениями атмосферного давления обычно ведутся с помощью ртутного барометра. Принцип его устройства можно вкратце описать так: Стеклянная трубка длиной около 90 см с одним закрытым и одним открытым концами полностью наполняется ртутью. Открытый конец трубки опускается в небольшой открытый сосуд, частично наполненный ртутью. Перед погружением в сосуд, чтобы ртуть не вытекла, конец трубки закрывается хотя бы пальцем. Когда палец снят, уровень ртути в трубке несколько понизится и установится на высоте около 76 см.

Ртутный барометр

Над ртутью в трубке образуется пустота, и, следовательно, внутри трубки над ртутью давления не будет ощущаться. Так как атмосферное давление действует на свободную поверхность ртути в сосуде, то очевидно, что вес столба ртути над свободной поверхностью её в чашке уравновешивает вес столба в0здуха над нею, т. е. должен быть равен весу этого столба воздуха Следовательно, длина столба ртути в трубке в любой момент указывает давление атмосферы. Оно измеряется при помощи сантиметровой шкалы, помещенной вдоль стеклянной трубки.

Непосредственный отсчёт по барометру даёт длину столбика ртути, вес которого уравновешивает вес столба воздуха над барометром. Длина ртутного столба зависит также от температуры, которую в данный момент имеет барометр. Для того, чтобы сделать наблюдения, разных станций сравнимыми между собой, в отсчёты барометра вводится поправка на термическое расширение трубки, ртути и шкалы, причём стандартной температурой считается 0° С.

Вес столба ртути зависит также от силы тяжести в данном месте. Поэтому в отсчёты по барометру вводится ещё вторая поправка. Исправленная, таким образом, величина соответствует давлению, которое наблюдалось бы на станции, при силе тяжести, равной нормальной силе тяжести на широте 45° N.

Даже при наиболее тщательном изготовлении барометров нельзя избежать небольших неточностей, и отсчёты барометра следует поэтому исправлять, учитывая индивидуальные ошибки прибора. Когда отсчёт барометра исправлен инструментальной поправкой, поправкой на термическое расширение и местную силу тяжести, то мы получим истинное давление на уровне чашки со ртутью.

Кроме того, необходимо учесть, что атмосферное давление быстро уменьшается с высотой. Поэтому для сравнения результатов наблюдений различных станций необходимо ввести также поправку, приводящую давление на высоте данной станции к давлению на уровне моря. После внесения всех перечисленных поправок величина давления, сообщаемая каждой метеорологической станцией, соответствует тому давлению, которое наблюдалось бы точным барометром, помещённым на уровне моря, при , равной 0° С, и силе тяжести, равной нормальной силе тяжести на широте 45° N.

На фото представлен обычный бытовой барометр. Такие барометры называют анероидами, что в переводе с греческого означает «безводный». Барометр-анероид - один из основных приборов, используемый метерологами для составления прогнозов погоды на ближайшие дни, так как её изменение зависит от изменения атмосферного давления. Устройство анероида довольно простое: закрепленная приемная часть, которая посредством пружин и системы рячагов соединена со стрелкой и шкала.

Приёмной частью анероида служит круглая металлическая гофрированная (гофрированная означает ребристая ) коробка, внутри которой создано сильное разрежение. При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет прикрепленную к ней пружину; при понижении давления верхнее основание коробки поднимается и пружина разгибается. Перемещение конца пружины через систему рычагов передаётся на стрелку, перемещающуюся по шкале.

К сожалению, на барометры оказывает сильное влияние температура окружающией среды и с течением времени изменение упругости пружин. Из-за этого на современных барометрах-анероидах можно встретить дугообразный термометр (компенсатор), который служит для внесения поправки в показания анероида на температуру. Для получения истинного значения давления показания анероида нуждаются в поправках, которые определяются сравнением с ртутным барометром. Поправок к анероидам три:

• на шкалу - зависит от того, что анероид неодинаково реагирует на изменение давления в различных участках шкалы
• на температуру - обусловлена зависимостью упругих свойств анероидной коробки и пружины от температуры
• добавочная, обусловленная изменением упругих свойств коробки и пружины со временем.

Градуируют анероиды по жидкостным барометрам (ртутным), которые более точны, но менее компактны и менее безопасны. Первый ртутный барометр был описан Эванжелисто Торричелли из Флоренции в 1644 году в сочинении «Opera geometrica ».

Нормальным считается давление в 760 мм. рт. ст. (миллиметров ртутного столба) или 101 325 Па (1013 гПа) — давление на уровне моря при нормальных условиях. Так как атмосферное давление создается вышележащими слоями воздуха, то с подъемом в горы давление падает. Зависимость давления воздуха от высоты описывается так называемой барометрической формулой .

Благодаря барометрической формуле мы можем определить высоту, на которой находится барометр. Метода определения разности высот между двумя точками по измеряемому в этих точках давлению называется барометрическим нивелированием . По такому приницпу работают альтиметры и определение высоты точки наблюдений в GPS -навигаторах.

В общем случае при помощи , если дополнительно проградуировать шкалу прибора в метрах. Для любознательных приведу таблицу показаний барометра при понижении температуры на 0,5 °С на каждые 100 метров высоты.

Если измерения будут проводиться с достаточно коротким временным промежутком (чтобы свести влияние погоды на барометр к минимуму) и в не сильно большом диапазоне высот, то барометрическую формулу можно записать как

и использовать ее для расчета высоты точки наблюдения по барометру.

Барометры могут быть анероидными и ртутными. Слово «анероид» означает «безжидкостный». Принцип действия такого барометра довольно прост: изменения атмосферного давления приводят к изменению геометрических размеров анероида, в результате стрелка на шкале перемещается. Такие барометры не содержат в себе опасных элементов, поэтому подходят для использования в , в туристического похода.

Кроме анероидных, существуют и приборы, в которых для измерения атмосферного давления применяется ртуть. Под действием атмосферного давления изменяется высота ртутного столба. Показания этих барометров являются более точными, именно такие приборы применяются на метеорологических станциях. Ртуть и ее пары представляют опасность для человека, поэтому подобные устройства не используют в условиях.

В продаже можно найти электронные барометры, как правило, они входят в состав домашних метеостанций. Такие комплексные приборы измеряют также ряд других величин (например, температуру и влажность воздуха) и позволяют довольно точно спрогнозировать погоду на ближайшее время. Цифровые устройства менее чувствительны к тряске, поэтому их хорошо использовать в морских путешествиях.

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.

Наверняка почти каждый день, когда вы смотрите или слушаете прогноз погоды, то обращаете внимание только на температуру воздуха и возможные осадки. Но синоптики упоминают еще несколько немаловажных параметров и атмосферное давление среди них. В общем случае - это давление атмосферы на земную поверхность и все предметы на ней. На тело человека действует такое давление, которое эквивалентно давлению 15-тонного груза. Но мы его не ощущаем, так как в нашем теле тоже есть воздух.

Вам понадобится

• ртутный барометр или барометр-анероид. А если вам необходимо непрерывно снимать показания давления, то следует использовать барограф.

Инструкция

Ртутный , как правило, показывает атмосферное давление в миллиметрах ртутного . Просто посмотрите по шкале уровень в колбе – и вот уже атмосферное давление в вашем помещении. Как правило, это значение составляет 760±20 мм.рт.ст. Если требуется узнать давление , то воспользуйтесь простой системой перевода: 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па. Например, 760 мм.рт.ст. = 133,3*760 Па = 101308 Па. Это давление считается нормальным на уровне моря при 15°С.

Снимать показания давления со шкалы барографа тоже очень просто. Этот прибор основан на действии анероидной коробки, которая на изменение . Если давление повышается – стенки этой коробки прогибаются внутрь, если давление снижается – стенки выпрямляются. Вся эта система соединена со стрелкой, и вам лишь надо посмотреть, какое значение стрелка показывает на шкале прибора. Не пугайтесь, если шкала будет в таких единицах как гПа – это гектопаскаль: 1 гПа = 100 Па. А для перевода в более привычные мм.рт.ст. просто воспользуйтесь равенством из предыдущего пункта.

БАРОМЕТР (греческий baros тяжесть + metreo измерять) - прибор для измерения атмосферного давления. В метеорологии применяются четыре типа барометров: 1) жидкостные; 2) металлические - анероидные; 3) газовые; 4) термобарометры, или гипсотермометры (от греческого hypsos - высота). В гигиенических исследованиях наибольшее распространение получили барометры первых двух типов. Газовый барометр, в котором барометрическое давление определяется по изменению объема постоянного количества газа, находящегося в приборе, в силу сложности работы с ним не получил распространения в гигиенической практике. То же следует сказать о термобарометрах, или гипсотермометрах,- весьма точных приборах, в которых используется зависимость между точкой кипения воды и барометрическим давлением. Эти приборы применяются или для точных измерений (главным образом в горных экспедициях), или для проверки показаний анероидов.

Принцип работы жидкостного барометра основан на том, что атмосферное давление уравновешивает определенный столб жидкости в запаянной с одного конца трубке. Чем меньше удельный вес жидкости, тем выше столб последней, уравновешиваемый давлением атмосферы. В метеорологической и гигиенической практике наибольшее распространение получили ртутные барометры. Для специальных исследований, где требуется высокая точность и чувствительность прибора, а также для измерения малых давлений, например, при полетах на больших высотах, могут применяться барометры с жидкостями значительно менее плотными, чем ртуть (вода, масло, глицерин).

Существует три системы ртутных барометров: чашечные, сифонные и сифонно-чашечные. Схема устройства ртутных барометров указанных трех систем представлена на рисунке 1. В метеорологических и гигиенических исследованиях обычно применяют чашечные и сифонно-чашечные барометры.

Рис. 2. Центральная часть барометрической трубки морского чашечного барометра: нижняя трубка помещается в чашку с ртутью, в верхний расширенный ее конец вставляется запаянная сверху барометрическая трубка с воронкой (1). Рис. 3. Сифонно-чашечный контрольный барометр: 1 - запаянное колено трубки; 2 - открытое колено трубки; 3 - колпачок ниппеля; 4 - железный конус; 5 - защитный цилиндр; 6 - винт; 7 - мешок из лайки; 8 - чашка; 9 - латунная оправа.

В станционных чашечных барометрах с компенсированной шкалой атмосферное давление определяют по положению ртути в стеклянной трубке по шкале, имеющейся на металлической оправе барометра. Изготовляются чашечные барометры со шкалами от 810 до 1110 мб и от 680 до 1110 мб. В чашечных экспедиционных барометрах перед наблюдением предварительно с помощью специального винта (внизу прибора) устанавливают уровень ртути в чашечке на нулевой точке. Своеобразное устройство барометрической трубки морского чашечного барометра (рис. 2) предотвращает колебания ртути в барометре при качке и исключает возможность попадания воздуха в торичеллиеву пустоту.

В сифонно-чашечных барометрах величина атмосферного давления измеряется по разнице высот ртутного столба в длинном (запаянном) и коротком (открытом) колене трубки. Устройство сифонно-чашечного контрольного барометра показано на рисунке 3. Барометр позволяет производить отсчеты с точностью до 0,05 мм рт. ст. При помощи винта, на который опирается кожаное дно чашечки барометра, уровень ртути в коротком (открытом) колене приводят к нулевой точке, а затем отсчитывают показания барометра как обычно.

Сифонно-чашечный инспекторский барометр имеет две шкалы: слева в миллибарах и справа в миллиметрах рт. ст. Для определения десятых долей миллиметра ртутного столба служит нониус. Найденные числовые выражения атмосферного давления необходимо с помощью вычислений или по специальной таблице привести к нулю градусов.

На метеорологических станциях в показания барометра вводят температурную и так называемую постоянную поправку: инструментальную и поправку на силу тяжести.

Устанавливать барометр следует в отдалении от источников теплового излучения (солнце, нагревательные приборы), от двери и окон.

Металлический барометр-анероид особенно удобен для проведения наблюдения в экспедиционных условиях, но он должен быть выверен по более точному ртутному барометру. Принцип устройства барометра-анероида очень прост. Изогнутая в виде подковы металлическая трубка Бурдона или металлическая подушечка с гофрированными стенками, из которых удален воздух, изменяют объем (деформируются) под воздействием давления. Деформация передается при помощи рычажков стрелке, которая и указывает на циферблате атмосферное давление (рис. 4). На циферблате анероида вмонтирован изогнутой формы термометр. Для измерения давления на высоте применяется анероид-высотомер, он имеет две шкалы; на одной из них нанесены величины давления в миллиметрах рт. ст., а на другой - высота в метрах. На самолетах применяют альтиметры с циферблатами, на которых указывается высота полета.

На метеорологических станциях принято выражать атмосферное давление в международных единицах - миллибарах. 1 мб равен 0,75006 мм рт. ст. и в свою очередь 1 мм рт. ст. равен 1,3332 мб. Для перевода миллиметров рт. ст. в миллибары имеются таблицы (см. Атмосфера).

Барограф-барометр-самописец, предназначенный для непрерывной регистрации атмосферного давления. В гигиенической практике применяются только металлические (анероидные) барографы (рис. 5). Под влиянием изменений атмосферного давления (см. Атмосфера) пакет соединенных вместе анероидных коробок в результате деформации оказывает влияние на систему рычажков, а через них на специальное перо. При увеличении атмосферного давления анероидные коробки сжимаются и рычажок с пером поднимается кверху; при уменьшении давления анероидные коробки с помощью помещенных внутри них пружин расширяются и перо чертит линию книзу. Запись давления в виде непрерывной линии вычерчивается пером на градуированной в миллиметрах рт. ст. или в миллибарах бумажной ленте, надетой на барабан. Запас таких лент и флакон невысыхающих чернил придается к каждому барографу вместе с инструкцией и поверочным свидетельством.

Вращение барабана с лентой происходит при помощи часового механизма, который заводится специальным ключом. Существуют барографы с суточным и недельным заводом. Для устранения температурных влияний на показания барографов в них вставляют биметаллические компенсаторы.

Библиогр.: Александров В. М. Методы санитарно-гигиенических исследований, с. 172, М., 1955; Бурштейн А. И. Методы санитарно-гигиенических исследований, с. 140, Киев, 1950; Кед-роливанский В. Н. и Стерн-· з а т М. С. Метеорологические приборы, с. 252, Д., 1953; М и н х А. А. Методы гигиенических исследований, М., 1971.

В. А. Спасский.

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

Впервые, барометр был изобретён и описан в сочинении «Opera geometrica» в 1644 году ученым из Флоренции (Италия) Эванджелиста Торричелли. Это был жидкостный ртутный барометр, давление по которому измерялось по высоте ртутного (жидкостного) столба в трубке, запаянной сверху, а нижним концом помещенной в сосуд с ртутью (жидкостью). В день, когда Торричели проводил опыт со своим ртутным барометром, выдалась тихая солнечная погода, а столбик ртути остановился на отметке 760 мм. С тех пор, давление в 760 мм ртутного столба является нормальным. Ртутные и жидкостные барометры являются наиболее точными и до сих пор используются на метеорологических станциях. Их недостатком является хрупкость, небезопасность и большие размеры.

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.

Вообще, барометры, в зависимости от принципа действия могут быть ртутными, жидкостными, анероидными или электронными.

- Жидкостный барометр – прибор, в котором используется принцип уравновешивания веса столба жидкости давлением атмосферы.

- Ртутный барометр – атмосферное давление, в котором, можно замерить по высоте ртутного столба на прикрепленной рядом шкале.

– прибор, принцип действия которого основан на изменении размеров металлической коробки наполненной разреженным воздухом, под действием атмосферного давления. Такие барометры надежны и имеют небольшие размеры.

- Электронный барометр – данный вид барометров работает на принципе преобразования линейных размеров традиционной анероидной барокоробки в электрический сигнал и дальнейшей обработки этого сигнала микропроцессором. Если же, вместо анероидной коробки используется тензопреобразователь, то измеряемое давление воспринимается этим чувствительным элементом, преобразуется через его деформацию, в изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензометрического преобразователя.

Однако, поскольку тема данной статьи «Барометр-Анероид», вернемся к данному виду приборов для измерения давления и рассмотрим их более подробно.

Итак, – это прибор, который предназначается для измерения атмосферного давления механическим способом. Конструктивно анероид состоит из круглой металлической (никель-серебряной или из закаленной стали) коробки с гофрированными (ребристыми) основаниями, в которой, путем откачивания воздуха, создано сильное разрежение, возвратной пружины, передаточного механизма и стрелки указателя. Под действием атмосферного давления: его повышения или понижения, коробка, соответственно, либо сжимается, либо разгибается. При этом, при сжатии сильфонной коробки верхняя прогибающаяся поверхность начинает тянуть прикрепленную к ней пружину вниз, а при понижении атмосферного давления, верхняя часть, наоборот, выгибается и толкает пружину вверх. К возвратной пружине, при помощи передаточного механизма, прикреплена стрелка указателя, которая двигается по шкале, проградуированной в соответствии с показаниями ртутного барометра (Рисунок 2). Стоит отметить, что обычно, на практике, применяется несколько (до 10 шт.) последовательно соединенных тонкостенных гофрированных коробок с разряжением, что увеличивает амплитуду хождения стрелки по шкале.

Рисунок 2. Устройство Барометра-анероида.

Барометры-анероиды, благодаря малым размерам и отсутствию жидкости в конструкции, наиболее удобны и портативны; они широко применяются на практике.

К сожалению, барометры подвержены влиянию температуры окружающей среды и изменению упругости пружин с течением времени. Поэтому, современные барометры-анероиды оборудованы дугообразным термометром, или, так называемым компенсатором, который предназначается для внесения поправки показаний прибора на температуру.

Вообще, для получения истинного значения атмосферного давления, показания барометра-анероида нуждаются в различных поправках, определяемых сравнением с ртутным барометром. Выделяют три поправки к анероидам :

Поправка на шкалу - данная поправка зависит от того, насколько неравномерно барометр-анероид реагирует на изменение давления на различных участках шкалы,

Поправка на температуру - обуславливается зависимостью между температурой и упругостью анероидных гофрированной коробки и пружины,

Поправка добавочная - обуславливается изменением, по прошествии времени, упругости анероидных гофрированной коробки и пружины.

Корпус барометра-анероида, обычно, изготавливается из ценных пород дерева, таких как: орех, дуб, бук, вишня или красное дерево. Такие барометры уже не просто приборы измерения атмосферного давления, а предметы интерьера. Однако, для удешевления всей конструкции, и придания большей практичности, корпус анероида может быть изготовлен из пластика или металла.

Барометры-анероиды представлены моделями:

- БАММ-1 – барометр, который предназначается для измерения атмосферного давления в наземных условиях и в помещениях. Внесен в Госреестр Средств Измерений РФ, поэтому может быть использован для проведения аттестаций рабочих мест.

- М-67 – наиболее точный и неприхотливый барометр. Благодаря своим конструкционным особенностям способен работать при температурах от -10 до +50 о С (рисунок 3).

- М-110 – барометр промышленного применения, внесенный в Госреестр средств измерения.

- ББ-0,5М – бытовой барометр настенного размещения. Прекрасно подходит для ориентировочных измерений за атмосферным давлением.

- БР-52 – школьный барометр-анероид, применяемый в качестве учебного пособия и для проведения опытов.

Рисунок 3. Барометр модели М67.

Для проведения более точных или более длительных измерений, а также для поверки смежных приборов на метеостанциях, метеопостах и лабораториях используются другие приборы. Они могут быть как цифровыми, так и механическими. Например, барометр БОП-1М являясь образцовым переносным барометром, как эталонное средство измерения, предназначается для поверки барометров различных конструкций и приборов общепромышленного назначения, измеряющих атмосферное давление.

БРС-1М – барометр рабочий сетевой, предназначается для точного определения абсолютного давления воздуха, имеет цифровой интерфейс RS232 для подключения к компьютеру.

Метеорологический барограф М-22А – прибор, который предназначается для определения и графической регистрации величин атмосферного давления как внутри, так и снаружи помещения, за определенный промежуток времени (Рисунок 4.).

Рисунок 4. Барограф М-22А

Автоматизированный цифровой барометр МД-13 используется на метеостанциях для долговременного (до 1 месяца) измерения атмосферного давления с возможностью передачи результатов измерения на компьютер.