Прибор для измерения давления называется манометром. Манометры могут быть сифонной или чашечно типов .

Манометр сифонной типа - это U-образная стеклянная трубка, заполненная водой или ртутью (рис. 2.1).

Один из концов манометра запаянный и не имеет доступа воздуха; открытый конец соединен с атмосферным воздухом. Разница уровней жидкости в двух коленях трубки проградуирована в единицах давления.

Манометр чашечно типа содержит вертикальную стеклянную трубку, запаянную сверху и заполненную жидкостью (рис.2.2).

Нижний конец трубки погружен в резервуар, частично заполненный жидкостью. Давление, образуется столбиком жидкости в трубке, уравновешивается атмосферным давлением. Высокая точность измерения манометра чашечно типа (0,1 мм рт ст.) Позволяет использовать его как стандартный прибор для проверки анероидных барометров и высотомеров.

Рис. 2.1. Манометр сифонного типа

Рис. 2.2.

Ртутный барометр является классическим примером манометра чашечно типа. Атмосферное давление, измеряется ртутным барометром, равна:

где - плотность ртути, 13600 кг / м3; g - ускорение свободного падения, м / с2; h - высота ртутного столба, м.

Внешний вид ртутного манометра приведены на рис. 2.3.

Барометр содержит стеклянную трубку, заполненную ртутью, и погруженную в резервуар со ртутью.

Уровень ртути в резервуаре контролируется с помощью конусовидной кости.

Ртутный манометр характеризуется высокой чувствительностью. Точность измерения давления ртутного барометра составляет 0,1 гПа. Его недостаток - это токсичность ртути.

В соответствии с директивой Европейского Союза от 5 июня 2007 года было принято ограничение продажи ртути, практически остановило производство новых ртутных барометров в Европе.

Содержит анероидные капсулу, состоящую из двух тонких (0,2 мм толщиной) металлических гофрированных мембран (рис.2.4). В середине капсулы воздуха откачивают (давление составляет 10-2 гПа) или капсулу заполняют инертным газом при давлении 65 мбар.

Преимуществом барометра-анероида является его компактность, механическая прочность, возможность транспортировки. Эти приборы могут применяться в системах автоматического измерения давления, поскольку механические перемещения анероидных капсул легко превратить в электрический сигнал. Недостатком барометра-анероида является меньше по сравнению с ртутным барометром точность измерений.

Рис. 2.3. Ртутный манометр

Рис. 2.4.

Трубка Бурдона представляет собой плоскую искаженную трубку, которая выпрямляется при изменении атмосферного давления (рис. 2.5).

Эта трубка эллиптического сечения является чувствительным элементом деформационного типа. Один конец трубки открыт для регистрации давления, измеряется, тогда как второй жестко прикреплен к корпусу.

Определение давления по деформации трубчатой пружины было запатентовано в 1849 году французским часовщиком Эженом Бурдоном, фамилией которого и названа эта трубку

Трубку Бурдона применяют для измерений давлений, превышающих 10-2 тор (примерно 1 Па) точность измерений составляет ± 2%.

Рис. 2.5. Трубка Бурдона

Методы автоматизированного измерения атмосферного давления

Прибор, используемый для непрерывной регистрации давления воздуха. Он состоит из колонки анероидных коробок, соединенного со стрелкой самозаписувача (рис. 2.6).

Рис. 2.6.

Каждая анероидные капсула состоит из двух тонких (0,2 мм толщиной) металлических гофрированных мембран. Внутри капсулы давление воздуха составляет 10"2 гПа. Иногда капсулу заполняют инертным газом при давлении 65 мбар. Количество капсул в современных приборах может достигать 14. Мембраны находятся в напряженном состоянии благодаря гофрированной поверхности и действия пружины.

Известно, что собственная частота натянутой струны увеличивается с напряжением. Математически отношение между резонансной частотой струны и силой натяжения струны определяется по формуле:

где F - основная резонансная частота струны, Гц; L - длина струны, м; Г сила натяжения струны, Η; μ - масса единицы длины струны, кг / м.

Механические перемещения диафрагмы 1 такого прибора под влиянием переменного давления превращаются в электромагнитные колебания катушки индуктивности 2 вследствие движения магнита С, соединенного с проводом 4. Электромагнитные колебания фиксируются системой регистрации 5 (рис. 2.7). Для сенсоров такого типа используют вольфрам, индий или высокоэластическую сталь, а также такие сплавы, как "элинвар".

Рис. 2.7.

Конструкцию одного из таких сенсоров приведены на рис. 2.8. Увеличение давления на диафрагму снижает силу натяжения провода, что приводит к уменьшению резонансной частоты.

Рис. 2.8.

Состоит из тонкой диафрагмы, выполненной из металла или кварца с напыленными металлическими поверхностями. Диафрагма образует с металлическими поверхностями два конденсатора, которые вместе с еще двумя конденсаторами С1 и С2 образуют электрический мост (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Емкостный сенсор давления

На диафрагму действует атмосферное давление с одной стороны и опорное давление с другой. Изменения внешнего давления вызывают изгиб диафрагмы и соответствующие изменения емкости конденсаторов, образованных диафрагмой и пластинами, расположенными по обе стороны диафрагмы. Эти изменения емкости (которые могут достигать несколько процентов от начальной емкости) приводят к изменению частоты сигнала системы регистрации, шкала которой проградуирована в единицах давления.

Емкостной сенсор давления характеризуются высокой чувствительностью, малыми размерами, возможностью давать отсчета при температурах до 250 ° С.

Этот прибор, изготовление которого стало возможным благодаря современным технологиям, состоит из двух кремниевых пластинок из сплавов, соединенных между собой прослойкой диоксида кремния (рис. 2.10).

Кремниевые сплавы выполняют функции обкладок конденсатора, в котором толщина диоксида кремния и соответственно емкость конденсатора зависят от приложенного атмосферного давления.

Емкость конденсатора С зависит от расстояния d между обкладками (), которая в свою очередь зависит от атмосферного давления.

Рис. 2.10.

Диапазон измерения давления барометрическим сенсором давления РТВ210 фирмы Vaisala (Финляндия) - 500-1100 гПа; температурный интервал от -40 ° С до + 60 ° С; общая точность ± 0,15 - 0,35 гПа; вес 110 г размеры 122 мм.

Пьезоэлектрический сенсор давления. Кристаллическая вещества, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляризация даже при отсутствии электрического поля, называются п " езоелектрикамы. Явление возникновения зарядов на поверхности пьезоэлектрика под влиянием механических деформаций называется прямым пьезоэффектом, а появление механических деформаций под воздействием электрического поля - обратным пьезоэффектом. К пьезоэлектриков принадлежат кварц, дигидрофосфат аммония (АДР), сульфат лития, сегнетовая соль, титанат бария и др.

Величина заряда q , возникающее на поверхности кристалла, определяется выражением:

где F - сила, прикладывается к кристаллу, Н; р - давление, Н / м2; S - площадь поверхности кристалла, м2; k - пьезоэлектрическая постоянная, Кл / Н.

Напряжение, которое измеряется на поверхностях кристалла благодаря пьезоэффекта, определяется так:

где U - напряжение, В; v - чувствительность кристалла, В-м / Н; d - толщина кристалла, м; р давление, Н / м2.

пример

Кристалл квариу имеет толщину 0,25 см. Определить напряжение, возникающее на поверхностях кристалла вследствие действия давления 345 Н / м2, если чувствительность кристалла составляет 0,055 В м Н-1.

решение

Используя уравнения (2.4), получаем:

контрольное задание

Определить пьезоэлектрическую постоянную кварца, если под давлением 345 Н / м2 кристалл площадью 1 см2 создает заряд Кл.

ответ:

Схему пьезоэлектрического датчика давления приведены на рис. 2.11.

Рис. 2.11.

Преимуществом пьезоэлектрических сенсоров является компактность, линейная зависимость электрического сигнала от механической нагрузки, способность иметь высокую стабильность в широком температурном диапазоне (до 1000 ° С).

Для измерения атмосферного или близкого к нему давления применяют барометры. Эти приборы показы­вают абсолютное давление воздуха. Шкала барометра ограничена областью измерения от 680 до 800 мм рт. ст. Барометры применяют для измерения давления в открытом пространстве. Жидкостные барометры. Прибор (рис. 290) представляет собой закры­тую с одного конца U-образную трубку, запаянный конец которой значительно длиннее открытого. Трубку заполняют ртутью; над ее слоем в запаянном конце трубки со­здается безвоздушное пространство. Столб ртути в запаянном длинном

Рис. 291. Схема устройства коробчатого

барометра:

/ - коробка с волнистой крышкой; 2 - пру* жнна; 3 - система рычагов; 4 - стрелка.

В табл. 11 приведены соотношения между указан-j ными величинами.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

В лабораторной практике применяют приборы дл^ измерения давления - атмосферного и близкого к нем}

Хотя все эти приборы отличаются по конструкции но принципиальной разницы между ними нет; все ониЗ измеряют силу, действующую на единицу поверхности.^ В качестве противодействия этой силе служит или столб} жидкости, или сила пружины.

конце имеет такую высоту, при которой вес этого стол­ба уравновешивается весом столба атмосферного воз­духа.

Между обоими коленами трубки установлена подвиж­ная миллиметровая шкала; при ее помощи можно изме­рить разность высот в обоих коленах. Эта разность оавна давлению воздуха, выраженному в миллиметрах ртутного столба.

При точных барометрических измерениях одновремен­но следует определять и температуру окружающего про­странства. Это необходимо делать потому, что с измене­нием температуры изменяется плотность ртути вследствие

Металлические барометры различают двух основньи конструкций: коробчатые и трубчатые. У к о р о б ч а| тых барометров (рис. 291) давление воздуха дей|

Рис. 293. Барограф.

Рис. 292. Схема устройства трубчатого барометра:

/ - полая трубка; 2 - система ры­чагов; 3 - стрелка.

ствует на волнистую, очень эластичную крышку пусто металлической эвакуированной коробки.

У трубчатых барометров (рис. 292) да^ ление воздуха действует на плоскую согнутую пустуй внутри металлическую трубку - наружная поверхности ее больше, чем внутренняя. Небольшие колебания давлеЗ ния воздуха при помощи системы рычагов увеличиваются и указываются на шкале.

Самопишущие барометры, так называв мые барографы (рис. 293), снабжены рычагомл который давит на писец, касающийся ленты диаграммы -I давление - время, укрепленной на барабане. Барабан при водится в движение часовым механизмом, завод которой может быть суточным или недельным.

Приборы для измерения давления больше атмосферного

Для измерения давления больше атмосферного при^ меняют манометры (так же иногда называют при|

боры и для определения давления ниже атмосферного - см. далее).

Жидкостные манометры бывают откры­тые и закрытые.

Открытые жидкостные манометры применяются двух видов: прямые и наклонные. Прямой (рис. 294) представ­ляет собой открытую с обеих сторон U-образную трубку, один конец которой соединяют с системой с измеряемым давлением. Трубка наполнена запираю­щей жидкостью, в качестве которой слу­жат вода или ртуть, а также силиконы. Преимуществом силиконов является то, что они не смачивают, как вода, стенок трубки и при этом более чувствительны, чем ртуть, к небольшим колебаниям давления.

Поскольку давление в системе выше атмосферного, столб ртути в правом ко­лене (см. рис. 294) оказывается выше, чем столб ртути в левом колене. Разность их равна величине h, измеряемой по шкале.

Открытые манометры с наклонным ко­леном (рис. 295) обладают более высокой чувствительностью по сравнению с пря­мыми: в наклонном колене жидкость продвигается на большее расстояние, чем в вертикальном. Давление столба h (в мм рт. ст.) в этом случае вычисляют путрм умножения длины столба жидкости / на синус угла наклона а, т. е. h - I bin a.

В закрытых жидкостных манометрах рабочим телом является газ, находящийся над запирающей жидкостью (ртуть) в закрытом колене (рис. 29Р-). При измерении по­вышенного давления столб ртути в правом колене повы­шается и газ сжимается. Длину его столба измеряют по шкале. Недостатком этих манометров является то, что деления шкалы у них неравномерные, т. е. более узкие для более высокого давления.

Металлические манометры. Применяются манометры с пластинчатой пружиной (рис. 297), у ко­торых, в отличие от барометров, вместо эвакуированной коробки имеется только эластичная крышка. На одну

Трубчатые пишущие ма­нометры (рис. 298) снабжены со­гнутой неэвакуированной трубкой, име­ющей в разрезе эллиптическую фор­му. Эту трубку соединяют с сосудом, в котором должно быть измерено дав­ление.

Распространены также специаль­ные манометры, у которых на шка-

Рис. 297. Схема устройства Рис. 298. Схема устройства
металлического манометра металлического трубчатого

с пластинчатой пружиной. манометра.

ле имеется красная черта, указывающая предельное дав-} ление, которое может быть развито в аппарате или соя суде, снабженном таким манометром. При помощи систе-..

мы рычагов и писца давление, развивающееся в аппарате, записывается на специальной круглой диаграмме или, если применен барограф, на плоской диаграмме давле­ние - время.

Приборы для измерения давления ниже атмосферного

Для измерения давления ниже атмосферного приме­няют вакуумметры. Существует несколько конструкций этих приборов, рассчитанных на определенные границы разрежения (вакуума).

Простые ртутные манометры (вакуумметры), которые применяют для контроля за процессом перегонки под ва­куумом, представляют собой LJ-образную трубку и рас­считаны на диапазон давления от 0 до приблизительно 200 мм рт. ст. (рис. 299). Шкала может быть подвижной, тогда ее нулевую точку устанавливают на уровне мениска столба ртути в запаянном колене, или неподвижной. В этом случае для определения давления следует склады­вать расстояния между нулем и обоими менисками.

С такими манометрами (вакуумметрами) можно опре­делять давление с точностью до 0,5 мм рт. ст., если отсчитывать на глаз, и до 0,02 мм рт. ст., если отсчет вести с помощью катетометра. Катетометр представляет собой горизонтальную зрительную трубу, передвигающую­ся вертикально по станине, установленной строго верти­кально. С помощью шкалы, которой снабжена станина, и нониуса положение трубы может быть определено с точ­ностью до 0,01 мм. При отсчетах трубу нужно устанавли­вать так, чтобы горизонтальная нить, натянутая по диа­метру окуляра, всегда совпадала с верхним краем мени­ска ртути. Замер производят несколько раз, после чего находят среднее арифметическое из всех отсчетов. Давле­ние будет равно разности средних величин, определенных для каждого из менисков манометра (вакуумметра).

Для измерения высокого вакуума, т. е. очень малых давлений, порядка 10~ в мм рт. ст., применяют другие приборы. Из них часто пользуются манометром Мак? Леода (рис. 300) Этот прибор верхним концом трубки £ припаивают к той части установки, в которой нужно из­мерять давление. Для измерения давления медленно от­крывают кран 3, впуская внешний воздух в резервуар /.

Под действием атмосферного давления ртуть поднимается, заполняя баллон 5, в котором до этого было давление, равное давлению в установке. Нужно помнить, что ртуть в приборе должна подниматься очень медленно. Это важ­но потому, что при быстром подъеме возможны аварии вследствие толчков или ударов ртути о стенки прибора. Для облегчения регулирования впуска воздуха через

Рис. 299. Простой ртутный манометр

(вакуумметр):

а - исходное положение; б - положение прн из­мерении.

кран 3 его входное отверстие следует соединить резиновой трубкой с капилляром. Через этот капилляр воздух будет поступать в прибор с требуемой скоростью. Регулировать скорость подъема можно также при помощи крана 4. Когда баллон 5 заполнится ртутью, находящийся в нем ранее газ будет сжат в капилляре 6. Поэтому измеряе-j мое давление можно вычислить по формуле Бойля -\ Мариотта, исходя из того, что объем сжатого газа Vi йч его давление Р 1 известны, как известен и объем газа V 0 i до сжатия:

P n V n = PiVi

Объем газа до Сжатия равен сумме емкостей баллона 5, широкой трубки выше метки с и капилляра 6. Эти вели­чины должны быть определены еще до того, как манометр будет впаян в установку*.

Давление сжатого газа находят по разности уровней ртути в капиллярах 6 и 7.

Для оборудования обычного манометра Мак-Леода требуется от 5 до 10 кг ртути. Поэтому необходимо очень осторожно обращаться с прибором, так как всегда есть опасность разбить его и разлить ртуть. Более безопас­ные условия работы создаются при использовании мано-

Рис. 301. Манометр Мозера (вакуумметр): а - исходное положение; б - положение при измерении.

метра (вакуумметра) Мозера, который заполняется значительно меньшим количеством ртути (рис. 301). Ма­нометр Мозера действует по тому же принципу, что и манометр Мак-Леода, но для его наполнения требуется всего лишь 80-300 г ртути. Эти приборы имеют чаще всего три области измерения: от 500 до 10 мм рт. ст., от Ю -1 до 10 мм рт. ст. и от Ю -1 до Ю -4 мм рт. ст.

При помощи шлифа прибор соединяют с аппаратом, в котором требуется измерить давление. При измерении манометр поворачивают против часовой стрелки до тех

* Подробное описание метода определения этих величин см. Герасимов Я. П., Древинг В. П., Коман-Д и н А. В., Химическая термодинамика, Изд. МГУ, 1951.

пор, пока ртутный мениск во внешней трубке не достигнет некоторого предельного уровня. По уровню мениска ртути во внутреннем колене, снабженном логарифмической шка­лой, определяют давление в системе (в мм рт. ст.) Перед каждым отсчетом манометр (вакуумметр) следует вначале. привести в исходное положение, т. е. шар должен быть опущен вниз.

Другие способы измерения вакуума

Кроме описанных, существует еще несколько способов опреде­ления высокого вакуума. Так, вакуумметр Пирани основан на зависимости теплопроводности газов от давления. В ионизационных вакуумметрах Пеннинга использовано образование ионов при столкновении молекул газа с электронами. Мольный вакуумметр Геде основан, на измерении силы удара молекул газа. Все эти приборы позволяют измерять давление до 10 _в мм рт. ст. Работа с этими вакуумметра­ми подробно описана в инструкциях, приложенных к приборам.

Похожая информация.

Барометр - прибор, измеряющий показания давления воздуха на окружающие предметы, был изобретен в 17 веке выдающимся итальянским ученным Э. Торричелли. Первоначально выглядел как стеклянная трубка с отметками, внутри её наполняла ртуть. В момент проведения исследования столбик ртути находился на 760 мм, теперь этот показатель принято считать уровнем нормального давления, по которому судят, повышается давление или наоборот понижается. Прибор такого вида благодаря высокой степени точности и сейчас применяются на различных метеостанциях и в научных лабораториях.

Спустя 2 века, проведя огромное количество испытаний и пользуясь наработками выдающегося немецкого ученого Якова Лейбница, инженер-изобретатель из Франции Люсьен Види явил миру свое «детище» - усовершенствованный барометр-анероид (от греческого «анерос» - «без влаги»), который был намного безопаснее в использовании и имел более легкий вес.

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

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

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

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

(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

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.

Сила веса воздушного столба высотой 10 км, действующая на единицу земной поверхности, называется атмосферным давлением. В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па)

Однако, 1 Па – очень малая величина давления, поэтому при измерении атмосферного давления пользуются кратными единицами: кПа = 1000 Па и МПа = 10 6 Па = 1000 кПа.

Кроме Паскаля для измерения атмосферного давления также используются внесистемные единицы – миллиметры ртутного (водяного) столба и бары, причем

1 бар = 101,3 кПа = 760 мм. рт. ст.,

именно такое значение имеет атмосферное давление на уровне моря.

Прибор для измерения атмосферного давления называется барометром. Наиболее распространенным типом является металлический барометр-анероид, конструкция которого показана на рис. 1.2. Основу анероида составляет цилиндрическая камера К , из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной (волнистой) мембраной М . Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она с помощью тяги Т соединена с пружиной П , закрепленной на корпусе прибора. К пружине шарнирно прикреплен нижний конец стрелкиС , которая может вращаться вокруг оси О . Для измерения показаний прибора служит шкала Ш . При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале, показывая значение давления (шкалу барометра-анероида градуируют и поверяют по показаниям ртутного барометра).

Рис. 1.2 – Принципиальная схема барометра-анероида

Анероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точные, чем ртутные барометры. Внешний вид барометра-анероида показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3 – Барометр-анероид

Согласно барометрической формуле

(1.5)

то есть значение атмосферного давления зависит от высоты над поверхностью Земли, потому шкалу барометра-анероида можно проградуировать в метрах согласно распределения давления по высоте. Анероид, имеющий шкалу, по которой можно определить высоту подъёма над Землей, называют альтиметром (высотомером). Их широко используют в авиации, парашютном спорте, альпинизме.

1.4. Приборы и методы измерения влажности воздуха

Атмосферный воздух всегда содержит определенное количество водяного пара, поэтому по сути является механической смесью сухого воздуха и водяного пара, соответствующей законам идеальных газов. Для характеристики степени влажности воздуха используют абсолютную и относительную влажность.

Абсолютная влажность – количество водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха, измеряется в кг/м 3 (г/см 3).

Относительная влажность – отношение действительной плотности (давления) воздуха, к максимально возможной при данной температуре:

(1.6)

Относительная влажность воздуха выражается в процентах и является одной из главных метеорологических величин. Для определения влажности воздуха используют психрометрические и волосяные гигрометры.

Психрометр бытовой служит для измерения температуры и влажности воздуха. Он состоит из двух термометров (рис. 1.4, а ), причем резервуар правого термометра завернут в ткань, смоченную водой. Левый термометр сухой и служит для измерения температуры воздуха. Отсчеты по правому и левому термометрам одновременно служат для вычисления относительной влажности воздуха.

К
лочок ткани, окутывающей шарик термометра, должен быть чистым, в случае загрязнения его необходимо заменить новым. При постоянной эксплуатации заменять ткань следует раз в две недели.

Вблизи прибора не должно быть никаких предметов, имеющих температуру, отличную от температуры воздуха, которые могут повлиять на показания прибора.

Влажность определяют с помощью психрометричних таблиц и графиков (Приложения А и В ), методика определения приведена в лабораторной работе 1.

Рис. 1.4 – Приборы измерения влажности: а - психрометр бытовой; б – волосяной гигрометр

Волосяной гигрометр (рис. 1.4, б ) также предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении относительной влажности окружающего воздуха. Основное назначение волосяного гигрометра – измерять влажность в морозное время, когда по психрометру влажность не определяется. Но поскольку отсчеты по гигрометру требуют поправок, получаемых через сравнение с психрометром, то наблюдения по гигрометру ведут на протяжении всего года. Если при отсчете окажется, что конец стрелки вышел за сотое деление, то надо примерно оценить, на каком делении оказалась бы стрелка, если бы шкала была продлена на 110 и записать «экстраполированный» отсчет. Температура воздуха отсчитывается по сухому термометру психрометра.

Одним из самых точных приборов, применяемых для измерения атмосфер­ного давления на всех метеорологических станциях, является так называемый станционный чашечный барометр. Oн представляет собой стеклянную трубку длиной около 80 см, c поперечным сечением 1 см2. Верхний конец ее запаян, а нижний открытый опущен в чашку со ртутью. Трубка заполнена ртутью; в незаполненной части трубки - безвоз­душное (точнее крайне разреженное) пространство.

Для предохранения трубки от механических повреждений она заключена в металлическую оправу. Принци­пиальная схема устройства морско­го чашечного ба­рометра: с обеих сторон сделаны две продольные прорези, одна против другой, необходимые для определения высоты столба рту­ти в трубке. С левой стороны лицевой прорези нане­сена шкала: в старых барометрах-в миллиметрах, в новых - в миллибарах. Для отсчета давления по шкале пользуются под­вижным кольцом с нониусом. Перемещение нониуса вдоль про­рези производится с помощью винта, находящегося на правой стороне оправы. Перед отсчетом нижний срез нониуса подводит­ся к верхней точке видимого мениска ртути, и затем производится отсчет давления с десятыми долями: целые отсчитываются по нижнему срезу нониуса, а десятые - по делениям нониуса (от 0 до 9). О десятых долях (мм или мб) судят по то­му делению нониуса, которое точно совпадает с каким-либо де­лением на шкале. Для доступа воздуха в чашку со ртутью в ней сделано не­большое отверстие, неплотно запираемое винтовой пробкой.

Станционный чашечный барометр устанавливается в помеще­нии метеостанции в специальном шкафчике в вертикальном по­ложении.

Морской ртутный барометр, как говорит само его наименование, предназначен для измерения атмосферного давления па морских судах. В принципе он устроен так же, как и станционный чашечный барометр, и отличается от него мень­шими размерами и более узкой барометрической трубкой с рас­ширениями на ее концах. Сужение средней части трубки до толщины капилляра сделано для уменьшения колебание ртути в трубке во время качки судна и для предохранения от проникновения воздушных пузырьков в ртуть. Чашка со ртутью сделана более узкой, чем в станционном барометре. Это также в значительной мере устраняет влияние качки судна на состоя­ние и показания барометра.

Морской барометр подвешивается на судне в закрытом поме­щении на кардановом подвесе.

Барометр-анероид, или просто анероид, яв­ляется простым и удобным в обращении прибором, широко при­меняющимся для измерения ат­мосферного давления на судах.

Принцип действия анероида основан на измерении степени деформации стенок пустотелой плоской металлической барокоробки под действием атмосфер­ного давления.

Анероидная коробка, являясь воспринимающей частью прибо­ра, весьма чутко реагирует на из­менение атмосферного давления. Чувствительность барокоробки достигается тем, что воздух в ней очень сильно разряжен. При увеличении давления коробка сжимается, а при уменьшении - расширяется. Чтобы избежать полной деформации коробки, возможной под действием атмо­сферного давления, к ней прикреплена дугообразная пружина, которая, растягивая коробку, уравновешивает действующее на нее атмосферное давление.

Сжатие и растяжение коробки передаются на стрелку-ука­затель барометра через систему тяг и рычагов. Шкала анероида проградуирована либо в миллиметрах, либо в миллиметрах ртутного стоба. Гра­дуировка анероида произведена при условии, что температура барокоробки при всех значениях давления равна 0°. Поэтому для определения поправки па показание анероида, зависящей от температуры, при отсчете давления каждый раз определяют температуру самого прибора. Последняя определяется по термо­метру, вмонтированному в дугообразную прорезь на лицевой поверхности анероида.

Механизм анероида заключен в круглую металлическую или пластмассовую коробку, застекленную с лицевой стороны. При­бор всегда хранится в специальном футляре с открывающейся крышкой.

Барометр-анероид, по сравнению с ртутным барометром, ме­нее точный прибор, но зато почти не чувствительный к качке судна. Это делает его более удобным в пользовании и хранении в корабельных условиях. Основным недостатком анероидов является постепенное снижение их чувствительности и точности показании в связи с возникающей со временем остаточной де­формации анерондиой коробки и пружины. Для устранения этих недостатков анероиды периодически должны подвергаться проверке в специальных учреждениях Гидрометеорологической службы - в бюро поверки. Поверка анероидов должна производиться через каждые полгода.

Барограф предназначен для непрерывной записи изменения атмосферного давления. Его устройство ана­логично устройству термографа. Он также состоит из двух основных частей: воспринимающей и пишущей. В качестве приемника давления служит несколько (5-10) анерондных коро­бочек, соединенных между собой металлическими прокладками. Во избежание полной деформации коробочек, возможной под действием атмосферного давления, внутри каждой из них встроена пружина рессорного типа.

Частичная суммарная деформация в виде небольших верти­кальных смещений всей серии барокоробок, возникающих под действием меняющегося атмосферного давлення, передается че­рез систему рычагов па стрелку, па конце которой насажено перо.

Запись давлення в виде кривой происходит на ба­рабане, медленно вращающемся с помощью часового механиз­ма. На барабан надевается бумажная лента, разграфленная горизонтальными линиями (давлением в мб) и вертикальными дугами (время в часах и минутах.

В зависимости от времени полного оборота барабана, барорифы бывают «суточные» и«недельные».

По барографу можно определить не только конкретную ве­личину атмосферного давления в любой момент времени, по и величину и характер его изменения за любой интервал времени.

Поскольку изменение атмосферного давлення весьма тесно связано с текущей и предстоящей погодой, то для ее предсказа­ния в условиях плавания важно знать не столько абсолютное значение давления, сколько величину и характер ее изменения за последние несколько часов.

Барограф на судне устанавливают в закрытом помещении из пружинящих растяжках или крепят к специальной полке или к столу.