Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Порядок выполнения задания

Атмосферное давление

2.1.Общая характеристика

Атмосферное давление — это сила, действующая на единицу поверхности, то есть атмосферное давление в каждой точке равно массе вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице. Единицей давления является Паскаль (Па), равный силе в 1 Ньютон (Н), действующей на площадь в 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2). В метеорологии давление выражают в гектопаскалях (гПа) с точ­ностью до 0,1 гПа. 1 гПа = 100 Па.

До недавнего времени в качестве единицы давления использо­вали миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Существующие приборы для измерения давления имеют шкалы также в разных единицах. Соотношение между этими единицами следующее: 1 мм рт. ст. = 1,33 мб = 1,33 гПа. 1 гПа = 1 мб = 0,75 мм рт. ст.;

Атмосферное давление измеряется на всех метеорологических станциях. Для составления приземных синоптических карт, отражающих состояние погоды в данный момент времени, давление на уровне станции приводят к величине давления на уровне моря, что позволяет выделить области высокого (антициклоны) и области низкого давления (циклоны), а также нанести атмосферные фронты.

Среднее давление на уровне моря, определяемое на широте 45º при температуре воздуха 0ºС составляет 1013,2 гПа. Эта величина принимается за стандартную и ее называют «нормальным давлением».

Для измерения атмосферного давления применяются следующие приборы:

— барометр станционный чашечный ртутный СР-А (для диа­пазона 810—1070 гПа, характерных равнинам) или СР-Б (для диапазона 680—1070 гПа, наблюдаемых на высокогорных станциях);
— барометр-анероид БАММ-1;

— барограф метеорологический М-22А.

Ртутные барометры являются наиболее точными и используются, как правило, для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях. Они должны находиться в помещении в специально оборудованных шкафах. В целях техники безопасности доступ к ним ограничен: ими могут работать только специально подготовленные наблюдатели.

Барометры-анероиды являются наиболее распространенным прибором для измерения давления воздуха как на метеорологических станциях, так и на географических стационарах и в маршрутных исследованиях, в частности, используется при барометрическом нивелировании.

Барограф М-22Априменяется для непрерывной регистрации изменений атмосферного давления. Они изготавливаются двух типов: 1) М-22АС

– для регистрации суточного изменения давления и 2) М-22АН – для регистрации изменения давления в течение недели.

2.2. Устройство и принцип действия приборов

Чашечный ртутный барометр. Прибор состоит из стеклянной заполненной ртутью калиброванной трубки. Верхний конец трубки 1 запаян, а нижний открытый конец погружен в чашку 2со ртутью (рис. 2.1). Чашка прибора состоит из трех частей, соединяемых резьбой, средняя из которых имеет внутри диафрагму с отверстиями. Диафрагма затрудняет колебания ртути в чашке и тем самым предохраняет трубку от попадания в нее воздуха.

В верхней части чашки имеется отверстие, через которое чашка сообщается с наружным воздухом. Отверстие в необходимых случаях закрывается винтом 3. Воздух в верхней части стеклянной трубки отсутствует, поэтому под действием

Рис. 2.1. атмосферного давления на поверхность ртути в чашке столбик Чашечный ртути поднимается в трубке до определенной высоты. Масса

барометр столба ртути равна величине атмосферного давления.

Стеклянная трубка защищена металлической оправой, на которой нанесена шкала в паскалях (или в миллибарах). В верхней части оправы имеется продольный прорез для наблюдений за положением столбика ртути в трубке. Для точного отчета положения мениска ртути (десятых долей внутри оправы) находится кольцо с нониусом, перемещаемым вдоль шкалы с помощью винта 4. Шкала для определения десятых долей называется компенсированной шкалой. Вся шкала предохраняется от загрязнений стеклянным кожухом. Для учета влияния температуры окружающей среды на показания барометра в средней части оправы вмонтирован термометр, по показанию которого вводится температурная поправка.

Для исключения искажения в показаниях ртутного барометра к отсчету вводится ряд поправок: инструментальная, температурная и поправки на ускорение силы тяжести в зависимости от широты места и высоты над уровнем моря.

Инструментальная поправка вводится для учета неточностей в показаниях барометра из-за изменения физических свойств кожуха, неточной пригонки шкалы, изменения радиуса трубки и т.д. Инструментальную поправку определяют путем поверки данного прибора с эталоном в барокамере и вписывают в паспорт (сертификат) прибора.

Температурная поправка приводится либо к температуре воздуха 0ºС, либо к 20ºС, в зависимости от климатических условий. Известно, что при повышении температуры ртуть расширяется, плотность ее уменьшается, и высота ртутного столба оказывается завышенной по сравнению с наблюдениями при заданных температурах. В итоге, температурная поправка при температуре, к примеру, выше нуля будет иметь знак минус, а при температурах ниже нуля – плюс.

Поправки на ускорение силы тяжести. Ускорение силы тяжести, определяемое расстоянием от центра Земли, имеет наибольшее значение на полюсах, наименьшее – на экваторе. Кроме того, оно уменьшается с удалением вверх от уровня моря. Для сравнения величин атмосферного давления, полученных на разных широтах и на различных высотах над уровнем моря, их приводят к стандартной силе тяжести. За стандартное значение принято ускорение силы тяжести на широте 45º и на уровне моря.

Следовательно, в низких широтах (от 0 до 45º), показания ртутного барометра оказываются завышенными, а в высоких – (от 45º до 90º) заниженными по сравнению с широтой 45º. По мере поднятия выше над уровнем моря показания также будут несколько завышены. Таким образом, поправка на ускорение силы тяжести в низких широтах будет отрицательной, а в высоких широтах – положительной. На всех высотах выше уровня моря поправка на ускорение силы тяжести будет отрицательной. Рассчитанные поправки приведены в Приложениях 3 и 4.

Барометр-анероид БАММ-1.Барометр-анероид БАММ-1предназначен для измерения атмосферного давления в наземных условиях (рис 2.2).

 

Рис.2.2. 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. 2.3) с гофрированным дном и крышкой, из которой воздух полностью выкачивается. Пружина Б оттягивает крышку коробки и тем самым предохраняет ее от

Рис. 2.3 Схема барометра-анероида

сплющивания давлением воздуха. 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 анероидовроль 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.

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 поправкаучитывает 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.

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.

Барограф М-22А.Барограф метеорологический 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. 2.4).

Суммарная деформация мембран комплекта анероидных коробок, вызываемая изменением атмосферного давления, преобразуется при помощи

 

 

Рис. 2.4. Общий вид барографа М-22А

передаточного механизма в перемещение стрелки с пером по диаграммному бланку (ленте), закрепленному на барабане с часовым механизмом.

Барографы изготавливают двух типов: суточные – М-22АС и недельные –

М-22АН.

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 ч.

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.

 

2.3. Задания по теме

Задание 1. Определение атмосферного давления по ртутному чашечному барометру. Прежде чем приступить к измерению давления воздуха с помощью чашечного барометра необходимо познакомиться с порядком выполнения задания.

Порядок выполнения задания

1. Ознакомиться с правилами техники безопасности при работе с приборами, в которых содержится ртуть (ртутный чашечный барометр, термометры метеорологические: максимальный, срочный, почвенный, коленчатые (Савинова) и др.)

2. Ознакомиться с устройством и принципом действия чашечного барометра.

3. Произвести отсчеты по чашечному барометру;

а) слегка постучать по верхней части защитного цилиндра для того, чтобы мениск ртути принял нормальное положение;

б) сделать отчет по основной шкале барометра;

в) произвести отсчет десятых долей по совпадению одного из делений но- ниуса с каким либо делением шкалы.

г) сделать отсчет по термометру при барометре с точностью до 0,1ºС.

4. Обработать полученный отсчет давления путем введения по­правок: инструментальной, температурной, на силу тяжести (в зависимости от широты и высоты над уровнем моря).

Как указывалось в пункте 2.2., инструментальная поправка дается в паспорте каждого баро­метра; остальные поправки необходимо найти в приложениях 3 и 4. При нахождении поправок в приложениях 3 (приведение пока­заний барометра к температуре 0°С) и 4 (на силу тяжести) необхо­димо интерполировать с точностью до сотых долей гПа (табл.2.1).

Таблица 2.1.

Пример определения поправку на силу тяжести

  Широта Давление, гПа
50º с.ш. 0,42 0,43
51º с.ш. 0,51 0,51
Интерполируем для широты 50°30' с.ш. 0,47 0,47
  Интерполируем для давления 944,8 гПа   0,47

В таблице показан пример определения поправку на силу тяжести, если широта рав­на 50°30' с.ш., Р=944,8 гПа с помощью приложений 3 и 4.

 

Истинное значение давления, измеренного ртутным баромет­ром, представляет собой алгебраическую сумму отсчета по баро­метру и всех поправок.

На метеорологических станциях к отсчетам по чашечному ба­рометру для удобства вводят только две поправки: температурную и «постоянную», определяемую в Региональном центре по гидрометеорологии и контролю окружающей среды (РЦГКС). По­стоянная поправка включает в себя инструментальную и поправку для приведения к нормальной силе тяжести, вычисленную для среднего давления данного пункта.

5. Пользуясь данными приложения 5 привести исправленное давление на станции к давлению над уровнем моря при разных значениях температуры воздуха.

6. Все записи нанести в таблицу 2.2. по следующей форме:

Таблица 2.2.

Результаты измерения атмосферного давления по чашечному барометру.

Темпе- ратура возду- ха Термометр при барометре   Отсчет по ба- ромет-ру Поправки Исправленное давление
Инстру- мен- тальная Темпе- ратур- ная Силы тяжести На станции На уровне моря
От-счет Поп- равка tиспр На ши-роту На высоту над у.м.
                     

Широта станции 50° 28' с.ш.; высота барометра над уровнем моря 223 м.

Контрольные вопросы и задания

1. Начертите схему чашечного барометра.

2. Почему барометры наполняются обычно ртутью, а не дру­гой жидкостью?

3. Что такое компенсированная шкала, в каких видах баромет­ров она применяется?

4. Определите с помощью таблиц приложения 3 и 4 поправки на силу тяжести на широте тропиков северного полушария и южного полярного круга.

5. Для чего показания барометра на станции приводятся к давлению на уровне моря?

Отчет по заданию должен содержать:

1. Схему чашечного барометра.

2. Обработку отсчета атмосферного давления по чашечному барометру (по форме табл.2.2).

3. Ответы на контрольные вопросы.

4. На защите лабораторной работы знать устройство и принцип действия прибора.

Задание 2.Определение превышения одного уровня над другим с помощью барометра анероида.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.