1 . Барометр станційний чашечний ртутний

Зовнішній вигляд станційного чашечного барометру показаний на рис.3.1

Станційний чашечний барометр (рис.3.1) складається із прямої запаяної зверху скляної трубки (1), що заповнена ртуттю та занурена нижнім (відкритим) кінцем у пластмасову, або залізну чашку (2) з ртуттю. Для того щоб ртуть, яка знаходиться в чашці, сполучалася з зовнішнім повітрям (так, як в протилежному випадку барометр не буде реагувати на зміну атмосферного тиску), у верхній кришці чашки зроблено невеликий отвір, який закривається гвинтом зі шкіряною шайбою (3). скляна барометрична трубка має довжину близько 80 см і внутрішній діаметр 7,3 мм. Із скляної трубки викачане повітря, тому під впливом тиску повітря на вільну поверхню ртуті у чашці, в трубці ртуть підіймається, або опускається до певної висоти. Вага стовпа ртуті буде дорівнювати атмосферному тиску у даний момент. У випадку попадання у трубку повітря, барометр стає непридатним.

На скляну трубку барометра надіта металева нікельована трубка – оправа барометра, яка прикріп-ляється до чашки барометра. На верхній частині оправи укріплений ковпачок з кільцем (5) для підвішування. У верхній частині оправи барометра зроблений поздовжній проріз для спостереженням за положенням стовпа ртуті у скляній барометричній трубці. З лівого боку прорізу нанесена шкала з поділками, що відповідають мб тиску. Мілібарна шкала чашечного барометра має поділки, які дорівнюють 0,735 мм, кожна з яких прирівнюється до 1 мб.

Всередині цієї частини оправи знаходяться кільце з ноніусом, що ковзається у прорізі оправи повздовж шкали. Кільце пересувається уверх і униз за допомогою зубчатої лінійки і шестерні з головкою (4). Ноніус уявляє собою пересувну, допоміжну шкалу за допомогою якої виконуються підрахунки десятих часток основної шкали барометра. Для запобігання шкали від забруднення ця частина оправи оточена скляною трубкою. Нижче головки (4) в середній частині оправи зроблений проріз, в який вставлений термометр (термометр при барометрі), який має шкалу з поділкою 0,1°С. По термометру визначають температуру на момент відліку тиску.

Встановлення барометру. Барометр встановлюється в середині робочого приміщення станції у такому місці, де не відбувається значних і швидких змін температури повітря у спеціальній шафі міцно закріпленій на стіні (рис. 3.2). Висота встановлення барометра – 70 – 75 см від полу. Барометр підвішується кільцем (5) на болті (6), який кріпиться до задньої стінки шафи, на задній стінці шафи кріпиться білий лист паперу, щоб меніск ртуті було добре видно. Після встановлення, місце підвісу опечатується інспектором гідрометцентру сургучною печаттю. Барометр, який встановлюється на станції повинен мати паспорт заводу-виробника і повірочне свідоцтво.

Спостереження по барометру проводяться у кожний кліматологічний, або синоптичний строк. Спочатку визначаються показання термометра при барометрі з точністю до 0,1°, потім піднімають ноніус до меніску ртуті у барометричній трубці. Повертаючи головку (4), встановлюють ноніус таким чином, щоб горизонтальна площина, яка проходить крізь нижній зріз ноніуса і задній зріз кільця торкалася вершини меніска ртуті (рис.3.3).

Н

Рис. 3.3. Ноніус станційного чашечного барометра

ижній зріз ноніуса вкаже на шкалі висоту ртутного стовпа у цілих мб. Десяті частки мб визначаються за допомогою ноніуса – відшукують ту поділку ноніусу, яка найбільш точно співпадає з одною із поділок шкали. Таким чином, відлік атмосферного тиску здійснюється по шкалі барометра і ноніуса з точністю до 0,1 гПа або 1 мб.

Обробка результатів спостережень. Для визначення атмосферного тиску на рівні станції у відлік по барометру вводять дві поправки: постійна поправка і поправка на приведення показників барометра до температури 0° (додаток Д). У відлік по термометру вводять сертифікатну поправку. Постійна поправка до відліку по барометру представляє собою суму інструментальної поправки і поправки на приведення показань барометра до нормальної сили тяжіння, яка залежить від місця знаходження станції — географічної широти і висоти над рівнем моря (додаток Е_а).Для введення поправок на широту і висоту станції складається таблиця. Поправка для широт від 0 до 45° має знак мінус , а для широт від 45 до 90° має знак плюс. Вплив висоти станції на показання барометра незначний, тільки при висоті 400 м поправка досягає 0,1 мб (додаток Е_б). Для приладу, що встановлений в одній місцевості поправки інструментальні і на силу тяжіння будуть одні й ті ж, тому для зручності їх об’єднали в одну – постійну. Поправка на температуру визначається по значенню температури на барометрі і показанням таблиці, у якій даються величини поправок, що розраховані для різних значень температури і тиску. При температурі вище 0° поправка має знак мінус, а при температурі нижче – знак плюс.

Таблиця 3.1

Приклад введення поправок в показання барометру і обчислення значення атмосферного тиску

Температура при барометрі, град Відлік по барометру, мб	Відлік	Поправка	Виправлена величина
	11.2 1018,9	- 0,1 - 0,9	11,1 1018,0

Для обчислення атмосферного тиску на рівні моря до атмосферного тиску на рівні станції додається поправка, яка знаходиться по таблиці, розрахованої для кожної станції. Результати обчислення атмосферного тиску записуються у книжку КМ-1 у відповідні графи.

Приклад 1. Ртутний барометр встановлено на висоті 570м і на широті 53°пн.ш. Відлік за барометром 980,2 гПа. Виправлений відлік за термометром при барометрі 21,4°С. Інструментальна поправка барометра «-0,2 гПа». Ввести поправки на відлік за барометром [3].

Порядок введення поправок такий.

1. У відлік вводять інструментальну поправку за повірочним свідоцтвом барометра: 980,2 гПа – 0,2 гПа = 980 гПа.

2. Вводять поправку на температуру ртуті у барометрі. Вона (за додатком Д) при температурі 21,4°С складає 3,4 гПа. і вводиться із знаком мінус тому, що температура більша, ніж 0°С. Відповідно: 980,0 гПа - 3.4 гПа = 976,6гПа.

3. Вводять поправку на широту місця. Вона при широті 53° пн.ш. складає 0,7гПа (за додатком Е_а). Вводиться із знаком плюс тому, що широта більша, ніж 45°: 976, 6 гПа + 0,7 гПа = 977,3 гПа.

4. Вводять поправку на висоту місця. При висоті в 570 м її значення складає 0,11 гПа (за додатком Е_б). Вона має знак мінус тому, що барометр вище рівня моря: 977,3 гПа - 0,11 гПа = 977,19 гПа.

Крім того, необхідно привести виправлений тиск до рівня моря, врахо­вуючи температуру повітря, яка виміряна на метеорологічній станції.

Приклад 2. Метеостанція розташована на висоті 500 м над рівнем моря. Виміряна температура повітря 20°С, а тиск з поправками 900 гПа [3]. Розв'язок цієї задачі складається із декількох моментів. Визначають за формулою (3.4) значення баричної сходинки на висоті 500 м: h = 8000•(1 + 0,004•20) / 900 = 9,6 м.

Визначають збільшення атмосферного тиску при опусканні на 500 м до рівня моря: 500 : 9,6 = 52,1 гПа.

Визначають тиск на рівні моря. Його наближене значення буде складати: 900 гПа + 52,1 гПа = 952,1 гПа.

Визначають середнє значення атмосферного тиску на рівні моря і на висоті 500 м: (952,1 гПа + 900 гПа) : 2 = 926 гПа.

Визначають температуру повітря на рівні моря, враховуючи, що при опусканні на кожні 100 м вона зростає на 0,6°С/ 100 м. її значення буде складати: 20°С + (500 м • 0,6°С) / 100 м = 23°С.

Визначають середню температуру повітря для шару від рівня моря і до заданої висоти 500 м: (23°С + 20°С) / 2 = 21,5°С.

Визначають уточнене значення баричної сходинки із урахуванням серед­ньої температури повітря: h' = 8000 • (1 + 0,004 • 21,5) /926 = 9,4 м.

Обраховують остаточну поправку для приведення тиску до рівня моря: 500 : 9,4 м = 53,2 гПа.

Визначаюють дійсний тиск на рівні моря при температурі повітря 20°С: 900 гПа + 53,2 гПа = 953,2 гПа.

2. Барограф метеорологічний. За допомогою барографа з тижневим, або добовим обертом барабана здійснюється безперервна реєстрація змін тиску атмосферного повітря. Барограф метеорологічний складається із комплекту гофрованих коробок, системи важелів, стрілки з пером на кінці, регулювального гвинта, барабану з годинниковим механізмом, корпусу, паперової діаграмної стрічки (рис. 3.4, рис. 3.5).

Рис. 3.4. Станційний барограф

Рис. 3.5. Схема передачі в анероїдному барографі. Барабан до самописців

Приймальну частину барографу складає комплект гофрованих коробок (4), які нагвинчуються послідовно одна на другу у вигляді стовпчика. Нижня основа цього стовпчика проходить крізь отвір в основній дошці приладу і укріплена на пластинці температурного компенсатора (1). переміщення верхньої основи стовпчика при зміні тиску передаються пишучому перу за допомогою передаточного механізму. Перестановка пера вище, або нижче здійснюється за допомогою ключа для переводу пера самописців шляхом повертання квадратної головки гвинта (3), загвинченого знизу у пружину термокомпенсатора (рис. 3.5).

Конструкція пишучої частини барографа (рис.3.5). На металевій дошці (1) приладу закріплена нерухома основна вісь (2) на яку надівається барабан (3) який рівномірно обертається за допомогою годинникового механізму, який знаходиться в середині. Одна із осей годинникового механізму виходить ззовні і має на своєму кінці маленьку шестерню (5), яка з’єднується своїми зубцями із зубцями нерухомого колеса (4), що закріплене на основній вісі. Таким чином, шестерня, обертаючись при роботі годинникового механізму, примушує обертатись і весь барабан. Верхня кришка, яка прикриває собою годинниковий механізм, закріплюється всередині барабану і має три отвори: 1 – для виходу основної вісі барабану; 2 – для заводного ключа годинникового механізму; 3 – для регулювання ходу годинникового механізму.

Встановлення барографа. Барограф встановлюється у будівлі метеостанції поблизу барометра на спеціальній полиці, що прикріплена до капітальної стіни на висоті 130-140 см від полу. Перед встановленням барографа накручують пружину годинникового механізму і на барабан надівають паперову стрічку, на якій роблять помітки про місце і час встановлення. Після цього барабан встановлюють на своє місце, підводять до нього перо і за допомогою регулювального гвинта ставлять його в ту точку стрічки, що відповідає тиску по барометру у момент запуску барографа.

Прилади встановлюють горизонтально і захищають від сонячного проміння та віддаляють від опалюваної мережі.

Показання барографу необхідно систематично порівнювати з показаннями чашечного барометра. Паперова діаграмна стрічка добового барографа змінюється у 21 годинниковий строк спостережень, а тижневого – один раз у тиждень. Стрічка барографа розграфлена паралельними прямими і вертикальними дугами. Горизонтальними лініями нанесена шкала тиску у мілібарах (мб), поділена через кожні 10 мб. Межі усієї шкали барографа складають 960-1050 мб. Вертикальні дуги відповідають часу. У добовій моделі барографа кожна поділка між дугами відповідає 15 хв, а у тижневому – 2 год. Кожний барограф, який застосовується на метеорологічній станції, повинен повірятися і забезпечуватись відповідним повірочним свідоцтвом.

По безперервній лінії зміни тиску визначається барометрична тенденція.

Барометричною тенденцією називається величина і характер зміни атмосферного тиску за будь-який певний проміжок часу. Величина барометричної тенденції обчислюється як різниця значень атмосферного тиску на рівні станції (з урахуванням поправок) в строк спостережень і в попередній строк (3 години тому) з точністю до 0,1 гПа або мм. рт. ст.. Якщо атмосферний тиск в строк спостережень більший ніж 3 години тому, то величина тенденції є додатньою (+), а якщо менше – то від’ємною (-). Характеристика барометричної тенденції визначається по запису барографа за останні 3 години до терміну спостережень (по таблиці з визначенням цифри коду). Барометрична тенденція має важливе значення для прогнозу погоди, тому відомості про неї включаються у всі метеорологічні телеграми у синоптичні строки спостережень.

3

Рис. 3.6. Анероїд

. Анероїд застосовується для вимірювання атмосферного тиску у польових і експедиційних умовах і складається з таких частин: анероїдна коробка, важелі, пружина, дріт, спіральна пружина, вісь, стрілка, шкала показів, корпус. Приймальною частиною анероїда є металева тонкостінна гофрована мембранна анероїдна вакуумна герметична коробка. При збільшенні атмосферного тиску коробка стискується, а при зменшенні розтягується пружиною. Ці зміни за допомогою системи важелів і ланцюжка передаються стрільці, яка переміщується по коловій шкалі анероїда, що поділена на 0,5 мм (рис. 3.6).

П еред початком спостережень по анероїду необхідно легенько постукати пальцем по скляній кришці анероїда для усунення впливу тертя у передавальному механізмі, почекати поки встановиться стрілка і визначити її положення відносно шкали з точністю до 0,1 мм. При відліку атмосферного тиску по анероїду кінець стрілки повинен знаходитись у центрі зору ока спостерігача. Для отримання дійсної величини атмосферного тиску по відліку, який здійснений по анероїду, його виправляють трьома поправками:

1 – шкаловою; 2 – температурною; 3 – додатковою, які приводяться у повірочному свідоцтві, що додається до анероїду. Додаткова поправка вводиться в показання анероїду (окрім шкалової і температурної) для того щоб його показання співпадали з показанням ртутного барометра.

Завдання до лабораторної роботи

1. Визначити перевищення одного пункту над іншим якщо відомий тиск повітря на нижньому рівні (Р₁) і верхньому (Р₂) пунктах і температура на нижньому (t₁) і верхньому (t₂) пунктах.

Номер варіанта	Відомі величини
	Р1, мб	Р2, мб	t1, °С	t2, °C
1	1000	750	20,6	4,4
2	1000	875	22,0	18,0
3	1040	910	25,3	14,7
4	1029	931	23,1	16,9
5	870	750	27,3	12,7
6	980	700	15,0	5,0
7	918	810	19,8	15,2
8	1012	787	28,0	17,0
9	935	825	22,6	7,4
10	945	805	26,0	1,0
11	1020	800	20,8	14,4
12	1010	920	21,2	10,0
13	995	805	24,3	13,8
14	1005	925	21,1	8,0
15	890	700	18,0	6,8
16	1015	942	19,2	14,8
17	982	718	25,2	6,7
18	1005	849	17,8	5,4
19	965	810	23,0	8,4
20	890	720	17,8	8,1
21	860	740	15,9	4,8
22	840	720	14,8	3,9
23	990	830	17,5	11,0

Основою для виконання лабораторного заняття служить формула Бабіне

h = 16000 (1+0,004 t_с) * (P₁ – P₂) / (P₁ + P₂), де

h – різниця висот двох пунктів у м, t – середня температура стовпа повітря, °С, Р₁ і Р₂ – тиск повітря відповідно на нижньому і верхньому пункті, =0,004 – коефіцієнт теплового розширення газів.

2. Визначити баричну ступінь якщо відома висота станції над рівнем моря і значення тиску і температури на висоті станції (вихідні дані).

3. Визначити значення тиску на рівні моря, якщо відомі висота станції над рівнем моря і барична ступінь (вихідні дані).

Питання для самоконтролю

1. Що називається атмосферним тиском?

2. Які одиниці вимірювання використовують для визначення атмосферного тиску?

3. За допомогою яких приладів вимірюється атмосферний тиск?

4. Конструкція станційного чашечного барометра, порядок спостережень і обробки інформації.

5. Принцип дії і конструкція барографа, барометрична тенденція.

6. Конструкція барометра-анероїда, порядок спостережень і обробки інформації.

7. Як визначається перевищення одного пункту над другим по значенням тиску і температури на висоті цих пунктів?

8. Порядок розрахунку барометричної сходинки і значення тиску на ріввні моря.