3.4.1.Ртутный барометр

Рис.3.17.Прин ­

цип действия

ртутного чашеч ­

ного барометра

Основным прибором для измерения

атмосферного давления на сети метеоро ­

логических станций является ртутный

чашечный барометр.Жидкостный баро ­

метр изобретен Торричелли (1643 г.),а

название «барометр » приписывают Бой-

лю (1665 г.),до него прибор называли

«Торричеллиевой трубкой ».

Принцип действия ртутного баромет ­

ра основан на уравновешивании атмо ­

сферного давления весом ртутного столба

(рис.3.17).

Если стеклянную трубку,запаянную с

одного конца и наполненную ртутью,по ­

грузить открытым концом в ртуть,нали ­

тую в чашку,то часть ртути из трубки

выльется в чашку.Оставшийся в трубке

3.4.Измерение атмосферного давления 253

столб высотой Н (от уровня ртути в чашке до вершины ме ­

ниска ртути в трубке)своим весом уравновесит атмосфер ­

ное давление Р а ,оказываемое на поверхность ртути в чаш ­

ке,т.е.

Л-р-г-я,

где р -плотность ртути;g -ускорение силы тяжести.При

изменении атмосферного давления равновесие будет нару ­

шаться,соответственно будет меняться и высота ртутного

столба.

Барометры станционные чашечные ртутные СР-А и

СР-Б (рис.3.18).На сети метеорологических станций ис ­

пользуются барометры чашечные ртутные с компенсиро ­

ванной шкалой СР-А и СР-Б.Пределы измерений для

первой модели от 810 до 1070 гПа,для второй-от 680 до

1070 ГПа.Максимальная погрешность измерения после

введения всех поправок не более ± 0,5 гПа.

Эти барометры имеют калиброванную стеклянную

трубку диаметром 7,2 мм,длиной 800 мм,запаянную с

верхнего конца и заполненную под вакуумом очищенной

ртутью.Нижний конец трубки подсоединен к чашке,со ­

стоящей из трех частей.Средняя часть чашки имеет диа ­

фрагму с отверстиями,которая служит для гашения коле ­

баний ртути,что исключает попадание воздуха в баромет ­

рическую трубку.С атмосферным воздухом барометр со ­

общается через отверстие в крышке чашки,закрывающееся

винтом.Трубка защищена металлической оправой,на ко ­

торой нанесена шкала.

В прорези оправы имеется подвижный нониус,который

перемещается вращением кремальеры.Нониус позволяет

брать отсчеты с точностью до 0,1 деления основной шкалы.

На оправе укреплен термометр (термометр-атташе)для оп ­

ределения температуры ртути барометра,а сверху на опра ­

ве имеется кольцо для подвешивания барометра на месте

установки.

В помещении метеостанции барометр находится внутри

трехгранного остекленного шкафчика,укрепленного на

стене в месте,где нет резких колебаний температуры и

прямого попадания солнечных лучей.Барометр должен за ­

нимать строго вертикальное положение..254 Глава 3.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Рис.3.18.Ртутный барометр чашечный станционный:

а общий аил (/кольцо для подвески барометра, 2 -нониус;3 -защитное стекж;4 металлическая опра ­ва;5 -кремальера;6 -барометрическая груока,7 тер ­мометр;в -• винт-заглушка;9 -чашка),б чинка барометра (10 -втулка;11 -средняя чдсгь чашки с диафрагмой};в шкала и нониус (2 -нониус,4 шкала)

3 А Измерение атмосферного давлении .255

Измерения производят в следующем порядке.Открыва ­

ют дверцу шкафчика,отсчитывают температуру по термо ­

метру-атташе с точностью до ОД °С,вращением кремалье ­

ры подводят нониус сверху до кажущегося касания его сре ­

зов вершины мениска ртути в барометрической трубке.При

^п ом глаз должен находиться на визирной линии,проходя ­

щей через нуль нониуса и заднего среза кольца нониуса.

Отсчет берут с точностью до ОД деления шкалы.

При измерении давления с помощью чашечного баро ­

метра достаточно определить по его шкале положение ме ­

ниска ртути в трубке,не определяя уровень ртути в чашке,

хотя при изменении давления он также меняется за счет

вытеснения ртути из трубки при понижении давления и по ­

ступления ртути из чашки в трубку при росте давления.

Изменение уровня ртути в чашке учитывается компенсиро ­

ванной шкалой барометра.

В отсчеты по шкале барометра вводят три поправки:

1)инструментальную поправку,учитывающую индиви ­

дуальные особенности конкретного прибора;она длитель ­

ное время остается неизменной,определяется сличением с

инспекторским барометром и указывается в поверочном

свидетельстве;

2)поправку на приведение веса ртути к нормальному

ускорению свободного падения на широте 45 ° на уровне

моря;

3)поправку на приведение показаний барометра к тем ­

пературе О "С,так как удельный вес ртути зависит от тем ­

пературы.

Обычно первая и вторая поправки для метеостанции яв ­

ляются постоянными,поэтому их объединяют в одну об ­

щую поправку.

Введением указанных поправок получают давление на

уровне станции,которое затем приводят к уровню моря.

Для этого используют таблицы,рассчитанные по баромет ­

рической формуле..256 Г пава 3-МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

3.4.2.БАРОМЕТР-АНЕРОИД

Барометр-анероид относится к деформационному ви ­

ду приборов для измерения атмосферного давления.Чувст ­

вительным элементом в таких барометрах является аиеро-

идная коробка (барокоробка),преобразующая изменения

атмосферного давления в линейные перемещения (дефор ­

мации),

Анероидная коробка (рис.3.19)состоит из двух спаян ­

ных или сваренных по периметру круглых мембран (диа ­

метром 30-80 мм),имеющих жесткие центры с крепежны ­

ми ножками.Из отдельных коробок,скрепленных между

собой,могут собираться блоки.Чувствительность блока

равна суммарной чувствительности составляющих ее

коробок.

рис.3-19-Барокоробка:

a -разрез (/-мембрана;2 -центр;3 -крепежная ножка);

6 -вид сверху

3,4.Измерение атмосферного давления 257

Упругая деформация коробки может обеспечиваться за

счет упругости материала самой коробки или с помощью

дополнительной пружины,находящейся внутри коробки и

распирающей ее,или наружной пружины,растягивающей

коробку.Внутри коробки создается вакуум.Гофр придает

коробке большую эластичность.На рис.3.20 показан баро ­

метр-анероид БАММ.

Рис.3.20.Барометр-анероид БАММ:

a -внешний вид {1 шкала.2 -стрелка,1 термометр);б -механизм

(1 -блоканероидных коробок,2 -элементы передаточного механизма,

3 -шкала,4 -стрелка)

Ят$Ж ££'.256 Глава 3.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Деформации коробки при изменении атмосферного дав ­

ления через передаточный механизм вызывают перемеще ­

ние стрелки относительно делений шкалы.Передаточное

отношение может достигать 1:1000,т.е.небольшие дефор ­

мации коробки увеличиваются в 1000 раз.

В дуговой прорези шкальной пластины находится тер ­

мометр.Барометр-анероид хранится в футляре.При изме ­

рении футляр открывают,снимают показания термометра с

точностью до ОД °С.Затем,постучав пальцем по стеклу

(для уменьшения трения в механизме),берут отсчет по

стрелке с точностью до 0,1 деления шкалы.При отсчею

луч зрения должен быть направлен перпендикулярно к

плоскости шкалы.При измерении давления прибор должен

занимать устойчивое положение,а плоскость шкальной

пластины должна быть горизонтальной.Для установки

стрелки барометра на требуемое значение давления имеет ­

ся специальный винт.

В отсчеты по шкале барометра-анероида вводят темпе ­

ратурную,шкаловую,добавочную поправки,которые при ­

водятся в поверочном свидетельстве.

Температура оказывает влияние на показания баромет ­

ра.Так как с изменением температуры меняются упругие

свойства коробки,происходят деформации узлов переда ­

точного механизма.Для учета влияния температуры на по ­

казания барометра-анероида принято их приводить к тем ­

пературе 0 °С.Для этого определяют температурный коэф ­

фициент,равный изменению показаний барометра при из ­

менении температуры на 1 °С.

Шкаловая поправка исключает систематическую инст ­

рументальную погрешность,являющуюся следствием тех ­

нологических допусков при изготовлении передаточного

механизма анероидной коробки,т.е.учитывает индивиду ­

альные особенности прибора,не соответствующие делени ­

ям шкалы,одинаковой для всех приборов данного типа.

В поверочном свидетельстве шкаловые поправки даются

для всей шкалы через каждые десять делений.

После введения поправок получают давление на уровне

станций.Затем,если это требуется,давление приводят к

уровню моря.

3.4.Измерение атмосферного давления 259

Барометры-анероиды имеют некоторые преимущества

перед ртутными барометрами (малые габариты и масса,

отсутствие ртути,удобства транспортировки),но они усту ­

пают в точности и не применяются на метеорологических

станциях в качестве основного прибора для измерения ат ­

мосферного давления.Их применяют в тех случаях,когда

измерение давления допустимо с погрешностью более

1 гПа (на некоторых постах и в отдельных экспедициях).

В настоящее время промышленностью выпускаются ба ­

рометры-анероиды БАММ с погрешностью измерения

± 2,5 гПа.который может применяться при температуре от

-10 ° до "

,

40 °С;барометр МД-49-2 с погрешностью измере ­

ния ± 0,8 гПа,может применяться при температуре от -40 °

до +40 ° С

Барограф метеорологический М-22 (рис.3.21).Пред ­

назначен для непрерывной регистрации атмосферного

давления Пределы измерения от 780 до 1060 гПа,погреш ­

ность измерения ± 1-2 гПа.Может работать при температу ­

ре воадуха от -10 до +45 °С.Чувствительным элементом ба ­

рографа является блок из анероидных коробок (рис.3.21,б).

Воздух из коробок откачен и атмосферное давление,на ­

правленное на сжатие коробок,уравновешивается силой

упругости коробок.Нижнее основание блока укреплено на

биметаллической пластинке температурного компенсатора,

смонтированного на нижней стороне платы.Центр верхней

коробки через передаточную систему связан со стрелкой,

на конце которой находится перо.Термокомпенсатор пред-

ставпяет собой биметаллическую пластинку и служит для

исключения влияния температуры на показания прибора.

При изменении температуры при неизменном давлении

температурные деформации блока коробок и биметалличе ­

ской пластинки будут равными по величине и противопо ­

ложными по направлению,стрелка с пером перемещаться

не будет.

Механизм вращения барабана такой же,как у рассмот ­

ренных выше термографа и гигрографа.На метеостанциях

в барографах обычно применяется недельный часовой ме ­

ханизм (один оборот барабана за 176 ч)..260 Г пава 3.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Рис.3.21.Барограф М-22:

a -внеаший вид;б -механизм:/барабан-с часовым механизмом:

2 • • стрелка с пером;5 -кронштейн;4 -установочный ВИНТ;J • рычаг

передаточного механизма;6 •• кнопка отметки времена:7 блок

барокорооок;8 -плата

Диаграммная лента разделена по вертикали i орщонталь-

ными линиями с ценой деления 2 гГТа,а по горизонтали -

вертикальными дугообразными линиями с иеной деления

2 ч.Механизм барографа помещен в пластмассовый корпус

с откидной крышкой.Установка пера стрелки на требуемое

деление диаграммной ленты (перевод пера вверх или вниз)

3.5.Определение скорости и направления ветра 261

осуществляется вращением установочного винта,отметка

времени производится нажатием кнопки.

В помещении метеостанции барограф находится на по ­

лочке,укрепленной на стене на высоте 110-130 см от пола.

По виду кривой записи между сроками наблюдений

определяется форма барической тенденции.

3.5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ

И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА

Ветер -это горизонтальное перемещение воздуха

относительно земной поверхности.Ветер характеризуется

скоростью и направлением.Скорость ветра может изме ­

ряться в метрах в секунду;километрах в час,в баллах.За

направление принимается направление,откуда дует ветер.

Для обозначения направления ветра указывают либо румб

(по 16-румбовой системе),либо азимут,отсчитываемый в

градусах от северного направления меридиана по часовой

стрелке до направления ветра.

Вследствие турбулентности скорость и направление

ветра непрерывно меняются.На метеорологических стан ­

циях измеряют среднюю скорость,м/с за 10 мин,макси ­

мальную -за этот же интервал времени (скорость ветра при

порывах),максимальную -между сроками (за 3 ч при вось ­

ми срочных наблюдениях)и направление ветра,осреднен-

ное за 2 мин (азимут,румб).

На метеостанциях характеристики ветра измеряются на

высоте 10-12 м.Приборы для измерения скорости ветра

называются анемометрами;приборы для измерения скоро ­

сти и направления ветра называются анеморумбометрами.

Флюгер (рис.3.22).Флюгер,предложенный Вильдом в

конце XIX в.,является одним из простейших приборов.До

настоящего времени он применяется на сети метеорологи ­

ческих станций в качестве запасного прибора,а на тех

станциях,где нет электрической сети,-в качестве основ ­

ного.Флюгер дает возможность измерять среднюю ско ­

рость,максимальные порывы и направление ветра..i 3.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Рис.3.22.Флюгер:

/-доска-лриемнкк скоро ­сти ветра;2 -указатель скорости ветра;3 -флюгар ­ка;4 -указатель направле ­ния ветра;5 —столб

На нижней неподвижной

трубе флюгера укреплены шты ­

ри -указатели направления вет ­

ра.Штырь,обращенный на се ­

вер,обозначен буквой «С » или

«№>.На верхней вращающейся

трубе смонтированы флюгарка с

противовесом и указатель ско ­

рости ветра,состоящий из же ­

лезной пластины (доски)и дуги

со штырями,имеющими ради ­

альное направление.Железная

доска размером 13x30 см сво ­

бодно вращается относительно

горизонтальной оси,проходя ­

щей через верхнюю кромку дос ­

ки,которая всегда располагается

перпендикулярно направлению

ветра.Для измерения скоростей

до 10 м/с используется легкая

доска весом 200 г,а более

10 м/с -тяжелая доска весом

Скорость ветра определяют по отклонению доски отно ­

сительно штырей указателя скорости,а направление ветра -

по положению противовеса флюгарки относительно шты ­

рей указателя направления.

Флюгеры с легкой и тяжелой доской устанавливаются

на отдельных мачтах на высоте 10-12 м.В темное время

суток флюгеры освещаются прожектором.

При отсчете скорости ветра наблюдатель отмечает сред ­

нее и наибольшее отклонение положения доски за 2 мин,а

также за 2 мин отмечается и среднее положение флюгарки.

Скорость ветра определяется по таблице,в которой для ка ­

ждого номера штыря дается значение скорости 'ветра в

миллиметрах в секунду для легкой и тяжелой доски.