气压的测量(精品)

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,气压的测量,定义：单位面积上从所在地点往上直至大气上界整个空气柱的重量,cmHg,(,汞柱高,),mb,(,毫巴,),hPa (,百帕,)=,mb,标准大气压,Pa=1,牛顿,/,平米,大气压力单位：,1,hPa,= 100 Pa,1 Pa = 1 N / m,2,1hpa=1mb,1hpa=3/4mmHg,1mmHg=4/3hPa,一、,水银气压表,水银气压表,测量原理,由于大气压力的作用，玻璃管内的水银柱将维持一定的高度。,如果在水银柱旁边树立一标尺，标尺的零点对准水银面，就可直接读取水银柱的高度（,Hhg,），,即可求得大气压力（,Ph,）,由上式可见,大气压力与水银气压表所处环境的温度、重力加速度及纬度有关，为了便于比较,国际上统一规定：,1,、以温度,0,C,为标准,2,、,g,以纬度为,45,的海平面为标准,9.80665m/s,2,。,如果不在标准条件下,则读得的水银柱高度必须订整到标准条件下。,水银有其独特的优点：,（,1,）水银密度大。,（,2,）水银的蒸汽压小。,（,3,）水银的性能稳定。,（,4,）水银不沾湿玻璃，管内水银面形成凸起的弯月面，容易判断水银柱顶的准确位置。,思考题：如果用水作为液体制成气压表，会有哪些优缺点？,提示：水的密度问题；凝固点问题；蒸汽压问题等；,1,、动槽式水银气压表,外形和结构,：,1,、感应部分：水银、玻璃内管、水银槽,2,、刻度部分：标尺、游标尺、象牙针,3,、附属部分：附属温度表,读数顺序：,先读温度表；再调水银面与象牙针相切；再调游标尺与水银柱顶相切；最后读数。读数结束后，将象牙针与水银面断开。,1,、动槽式水银气压表,它的主要特点是标尺上有一个固定的零点。每次读数时，须将水银槽的表面调到这个零点处，然后读出水银柱顶的刻度。,2,、定槽式水银气压表,定槽式与动槽式区别在水银槽部。它的水银槽是一个固定容积的铁槽，没有皮囊、水银面调节螺钉以及象牙针。,当气压升高,1mmHg,，,表内水银柱上升,xmm,，,而槽内水银面同时下降,ymm,，则令：,x+y,=1,水银槽内水银体积的减少，必将等于管内水银体积的增加,从上式可看到，定槽式水银气压表的刻度,1mm,长度将短于,1mm,。,为补偿气压表水银面基点的变动，将这种刻度的标尺称补偿标尺。国产定槽气压表,因此，气压表上,1mm,刻度实际只有,0.98mm,。,3,、水银气压表的仪器误差,仪器的基点和标尺不准确,管顶的真空度不高,气压表管内的毛细管现象,温度的不确定,4.,水银气压表的读数订正,为使水银柱的高度能表示大气压力，必须将其订正到标准状态下,因此，,先将气压表的读数值经过仪器误差的订正,;,然后再进行气压表读数的温度订正和重力订正（纬度重力订正和高度重力订正）。,1,）仪器误差订正：,制成的气压表必须进行标定（检定），给出仪器在各个刻度上的订正值。,例：某水银气压表检定证上气压读数从,810.00,1100.00,hpa,，,仪器的误差订正为,-0.2,hpa,。某次,观测气压读数,988.6hpa,经仪器误差订正后的气压为：,988.6 hpa+(-0.2,hpa,)=988.4,hpa,2,）温度订正,气压表的温度订正除了把水银的密度订正到,0,C,标准外，还要考虑铜尺的长度随温度变化的伸缩。,在实际工作中，可将上式制成查算表，以,Ht,和,t,为,变量，列出相应的,Ht,值。,温度在,0,度以上，订正值为负，温度在,0,度以下，订正值为正,动槽式水银气压表,其中,A,为水银槽的截面积,;V,为气压表内的水银体积,;,为铁的热膨胀系数,.,定槽式气压表,对于定槽式气压表,必须将水银槽的热膨胀效应考虑在内,而写成下述形式：,3,）气压表读数的重力订正,气压表读数经仪器误差、温度订正后还应进行重力订正,世界气象组织推荐的水银气压表重力订正公式：,1,、纬度订正,在海平面，重力加速度随纬度的变化：,2.,高度重力订正：,陆地台站：,水面站：,式中,h,为测站的,海拔高度；,h,为以测站为,中心，半径为,150km,范围内的平均海拔高度。,式中,D,为测站正下方的水深；,D,为以测站为中心，半径,150km,范围内,的平均水深。,海岸附近测站：,式中,为,150km,范围内，陆地面积所占的比例。,总上所述，水银气压表的读数经过了仪器误差订正、温度订正、纬度重力和高度重力订正后，获得的气压数据称作为本站气压（场面气压）。,4,）海平面气压订正,设,A,点为某站，其场面,气压为,P,h,，海拔高度为,h,，,将它的场面气压订正到海,平面上，就是把,A,点所在平,面至海平面（图中,B,所在平,面）这段空气柱的压力加到,P,h,上。根据压高公式可得：,M,可写成：,计算步骤：,例,1,：已知,P,h,=730.05mmHg,，,t,o,=7.4C,，,t,h,=-,3.2,，,h=255m,，求,P,o,C,？,解：,例,2,：已知,P,h,=735.0mmHg,，,h=200m,t,h,=10.0,=0.6,/100,求,P,o,C,？,解：,5,）,水银气压表读数订正总结：,从气压读数订正到海平面气压。,1,、经仪器误差订正：,器差订正后,原始读数 器差订正值,2,、经仪器误差、温度订正：,水银气压表读数订正总结：,3,、经温度、纬度、高度重力订正（本站气压）：,4,、海平面气压：,5.,气压表的安装和观测方法,1,）气压表的安装：,气压表应该安装在气压室内，严格垂直悬挂在墙上；,对气压室的要求：,气压室内温度均匀少变，无冷热源；,避免阳光直射；,减少气流流动。,5.,气压表的安装和观测方法,2,）气压表的读数步骤：,测定附属表温（准确到,0.1,C,）；,调整槽内水银面与象牙针相切（动槽）；,调整游标尺恰好与水银柱顶相切；,读取、记录气压值（准确到,0.1mmHg,或,0.1hpa),降下水银面使其与象牙针脱离。,二、,空盒测压,空盒气压表的感应元件是由一组具有弹性的、抽成真空的（或残留少量空气）空盒组成。,将空盒底部固定，顶部可自由移动，用以操作指示读数的机械系统。,1,、空盒气压表,2,、空盒气压计,空盒气压计是利用空盒感应元件制成的连续记录气压的仪器。其结构包括：感应部分；传动放大部分；自记部分,原理：受力产生形变，弹性应力与大气压力平衡,影响测量精度的因素,弹性后效,温度效应,空盒弹性后效,1,）当气压变化停止后，空盒形变还继续一段时间；,克服方法：反复老化处理,2,）升降压曲线不重合（滞差环）。,克服方法：查检定曲线,空盒弹性的温度效应,1,）,双金属片补偿法,温度升高时，弹性力减弱。,如果大气压力维持不变，在升温时空盒的厚度将变薄,补偿的办法有两种：,2,）残余气体补偿法,空盒内留有一定压力,的气体,空盒测压不如水银气压表精确，因此一般台站上，只作为参考仪器。,由于它便于携带、使用方便、维护容易，适用于野外考察或测压准确度要求不太高的观测用。,三 振筒式压力传感器,感应元件是用高导磁率、高弹性的金属制成薄壁圆筒。,一端封闭，另一端固定在基座上。,振动筒的外侧是用保护筒构成的真空腔；内侧与自由大气相通，并有两个线圈骨架，分别装上激振线圈和拾振线圈。可以准确地确定振筒振动的频率。,（振动筒式压力传感器,）,原理：弹性金属圆筒在外力作用下发生振动，当筒壁两边存在压力差时，其振动频率随压力差而变化，根据振筒频率与大气压力的关系，即可得出大气压力。,这种感应元件测压精度高，其输出是电参量（频率或周期），便于对气压实行遥测。,四 膜盒式电容气压传感器,膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。当大气压力产生变化时，使真空膜盒（包括金属膜盒和单晶硅膜盒）的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变，通过测量电容量来测量气压。,五 压阻式气压传感器,压阻式气压传感器是利用气压作用在敏感元件所覆盖的抽成真空的小盒上，通过小盒使电阻受到压缩或拉伸应力的作用，由压电效应知道电阻值的变化与气压的变化成正比，通过测量电阻值来测量气压。,六 沸点气压表,原理：溶液的沸点温度与大气压力的关系是很准确的，利用这特性测量气压,已在一些探空仪上得到应用,.,这种方法并不是直接测量大气的压力,而是将复杂的气压的测量转化为温度的测量。为大气压力的测量提供了很大的方便,.,将一个装有纯净液体的容器与待测空气相通，将 溶液加热到沸点，溶液表面的饱和蒸汽压将达到大气压力的数值，测定它的沸点温度就可计算出大气压力。,大气压力与沸点温度的关系为：,液体酒精：,A=8.04494 , B=1554.3 , C=222.65,复习思考题,1.,简述动槽式、定槽式水银气压表的观测原理。,2.,水银气压表误差主要有哪些？说明原理。,3.,如何对水银气压表读数进行器差、温度、重力订正。,4.,简述空盒气压计、空盒气压表的测压原理。,5.,简述空盒气压计的弹性后效、弹性温度效应原理及 其解决方法。,复习思考题,6.,简述沸点气压计测压原理。,7.,气压传感器的工作原理,8.,已知在北纬,40,0,，海拔高度为,120m,的气象站，动槽式水银气压表的气压读数为,741.2mmhg,，器差为,0.2mmhg,，,t,h,=25,0,C,，,th12=30.6,r=0.6,0,C/100,，,h,=0m,求：,P,h,P,海，,