Тема 4 ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

Тема 4. ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ 4. 1. Жидкостные барометры. 4. 2. Деформационные барометры. 4. 3. Барометр рабочий сетевой БРС.

ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ Основные единицы измерения атмосферного давления: 1. Паскаль (Па). Один паскаль равен одному ньютону на квадратный метр. Гектопаскаль (г. Па) – величина, равная 100 паскалей. Нормальное атмосферное давление на уровне моря принято равным 1013 г. Па. 2. Миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст. ) 1 мм. рт. ст. =1, 33 г. Па. 3. Миллибар (мб) – устаревшая единица измерения давления, равная одной тысячной части бара. Один бар равен 1000 гектопаскалей. Значит, 1 мб=1 г. Па. 4. Тор – единица, названная в честь Торричелли, изобретателя ртутного барометра. Один тор численно равен одному миллиметру ртутного столба. Употребляется для измерения малого давления, в основном, в вакуумной технике.

4. 1. Жидкостные барометры Принцип действия жидкостного барометра основан на опыте Торричелли (Рис. 4. 1. 1). Атмосферное давление можно рассчитать по формуле: где h - плотность жидкости, - ускорение силы тяжести. Отсюда: (4. 1. 1) Рис. 4. 1. 1. Ртутный чашечный барометр (схема).

4. 1. Жидкостные барометры Определим чувствительность барометра: (4. 1. 2) Чувствительность ртутного барометра есть величина постоянная.

4. 1. Жидкостные барометры При изменении уровня ртути в трубке происходит изменение уровня ртути в самой чашке (точки отсчета!). Для компенсации изменения уровня ртути в чашке применяется скомпенсированная шкала, цена деления которой равна 0, 98 мм (вместо 1, 00 мм).

4. 1. Жидкостные барометры Рис. 4. 1. 2. Вешний вид чашечного станционного барометра.

4. 1. Жидкостные барометры Погрешности ртутных барометров. 1. Погрешность, связанная с изменением высоты. Сила тяжести уменьшается с высотой. Вводится поправка на высоту места. 2. Погрешность, связанная с широтой места. Эта погрешность проявляется из-за центробежной силы при вращении Земли. За эталонную широту принимают 450. На более низких широтах поправка отрицательна, а на более высоких – положительна. 3. Погрешность, связанная с изменением плотности ртути при изменении температуры. 4. Инструментальная поправка – индивидуальная для каждого барометра.

4. 1. Жидкостные барометры Сифонно-чашечный барометр Длинное колено Короткое колено Кран Наблюдатель открывает кран и подводит уровень ртути в коротком колене под нулевую отметку. Затем снимаются показания. 0 Кожаный мешочек Винт Поскольку нулевой уровень постоянный, то в сифонночашечном барометре скомпенсированная шкала не используется. Ртутные барометры неудобны в использовании. Они применяются только на станциях в качестве эталона.

4. 2. Деформационные барометры измеряют силу атмосферного давления на деформируемую поверхность барометрической коробки (Рис. 4. 2. 1). Шкала Для увеличения чувствительности барометра несколько коробок соединяют в сильфон (Рис. 4. 2. 2). Рис. 4. 2. 1. Барометрическая коробка в разрезе. Рис. 4. 2. 2. Сильфон.

4. 2. Деформационные барометры Такие барометры называются анероидами. Они компактны и удобны для экспедиционных работ. Стрелка со шкалой Сильфон Рис. 4. 2. 3. Внутреннее устройство анероида.

4. 2. Деформационные барометры Рис. 4. 2. 4. Внешний вид барометра-анероида.

4. 2. Деформационные барометры Погрешности деформационных барометров. 1. Температурная погрешность. Упругость стенок сильфона зависит от температуры. При увеличении температуры она падает и барометр дает завышенные показания. Для ее ликвидации применяются два способа. 1. 1. Биметаллический компенсатор. (рис. 4. 2. 5) 1 3 2 l Рис. 4. 2. 5. Биметаллический компенсатор. Сильфон (1) помещают на биметаллическую пластину (2). При изменении температуры пластина изгибается и перемещает сильфон в сторону, противоположную проявлению погрешности. Винт (3) регулирует активную длину пластинки.

4. 2. Деформационные барометры 1. 2. Газовая компенсация. Внутри сильфона остается воздух при пониженном давлении. При повышении температуры давление внутри сильфона повышается и компенсирует потерю упругости. 2. Упругий гистерезис сильфона. Из-за остаточной деформации стенок зависимость показаний барометра от давления неоднозначная (рис. 4. 2. 6). Pизм. Путь ликвидации – встряхивание сильфона (легкое постукивание). P Рис. 4. 2. 6. Гистерезис сильфона. Pизм. – показания сильфона, Р – атмосферное давление.

4. 2. Деформационные барометры 2. 1. Силокомпенсационный метод (рис. 4. 2. 7). 2 1 3 Рис. 4. 2. 7. Реализация силокомпенсационного метода измерения давления. Короткое плечо рычага (1) соединено с сильфоном. Подвижный груз (2) передвигается по длинному плечу рычага, восстанавливая равновесие. Таким образом, положение груза однозначно связано с давлением. Его можно измерить по шкале (3). Сильфон практически не деформируется, а значит, упругий гистерезис не проявляется.

4. 2. Деформационные барометры 2. 1. Струнный микробарометр (рис. 4. 2. 8). При изменении давления изменяется сила натяжения струны. Следовательно, изменяется частота ее собственных колебаний. 2 3 1 Колебания струны обеспечиваются специальным генератором. 3 2 4 5 Рис. 4. 2. 8. Датчик струнного микробарометра. 1 - струна; 2 - сильфоны; 3 - полюса магнита; 4 - рама; 5 - регулировочное устройство. В струне возникает переменная ЭДС, частота которой зависит от атмосферного давления. Её измеряют электронным частотомером. Сильфон не деформируется. Упругий гистерезис не проявляется.

4. 3. Барометр рабочий сетевой БРС Барометр БРС-1 был изобретен в 80 -х годах ХХ века. Датчик БРС-1 - электрический конденсатор (рис. 4. 3. 1). Его металлические пластины изолированы друг от друга кольцом из диэлектрика (1). 1 Полость конденсатора изолирована от окружающего воздуха. Внутри полости – вакуум. Рис. 4. 3. 1. Датчик барометра БРС в разрезе. При изменении давления изменяется расстояние между пластинами, а значит, емкость конденсатора.

4. 3. Барометр рабочий сетевой БРС. Датчик давления АЦП ВУ Датчик температуры Цифровые индикаторы Рис. 4. 3. 2. Блок-схема барометра БРС. Сигналы с датчика давления и температуры переводятся в цифровую форму с помощью АЦП – аналого-цифрового преобразователя (см. раздел 7). Величина атмосферного давления показывается на индикаторном устройстве. Ёмкость конденсатора измеряется с помощью электронного измерителя емкости. Оба сигнала поступают на малогабаритное вычислительное устройство (ВУ). Оно осуществляет окончательный расчет величины давления с учетом погрешности датчика. Барометр содержит датчик температуры для ликвидации температурной погрешности.

4. 3. Барометр рабочий сетевой БРС. Рис. 4. 3. 3. Внешний вид барометра БРС-1.