Прилади для вимірювання атмосферного тиску - студопедія
У гігієнічних дослідженнях застосовуються два типи барометрів:
- металеві барометри - анероїдні.
Принцип роботи різних модифікацій рідинних барометрів заснований на тому, що атмосферний тиск врівноважує певної висоти стовп рідини в запаяній з одного кінця (верхнього) трубці. Чим менше питома вага рідини, тим вище стовп останньої, врівноважується тиском атмосфери.
Найбільшого поширення набули ртутні барометри. так як висока питома вага рідкої ртуті дозволяє зробити прилад компактнішим, що пояснюється уравновешиванием тиску атмосфери менш високим стовпом ртуті в трубці.
Використовуються три системи ртутних барометрів:
Зазначені системи ртутних барометрів схематично представлені на малюнку 35.
Станційні чашкові барометри (рисунок 35). У цих барометрах в чашку, заповнену ртуттю, поміщається запаяна зверху скляна трубка. У трубці над ртуттю утворюється так звана торічелліевой порожнеча. Повітря в залежності від стану обумовлює той чи інший тиск на ртуть, що знаходиться в чашці. Таким чином, рівень ртуті встановлюється на ту чи іншу висоту в скляній трубці. Саме дана висота буде врівноважувати тиск повітря на ртуть в чашці, а значить відображати атмосферний тиск. Висоту рівня ртуті, відповідну атмосферного тиску, визначають за так званою компенсованій шкалою, наявної на металевій оправі барометра. Виготовляються чашкові барометри зі шкалами від 810 до 1110 мб і від 680 до 1110 мб.
Мал. 35. Чашковий барометр (ліворуч) А - шкала барометра; Б - гвинт; В - термометр; Г - чашечка зі ртуттю Ртутний сифонний барометр (праворуч) А - верхнє коліно; В - нижнє коліно; Д - нижня шкала; Е - верхня шкала; Н - термометр; а - отвір в трубці
В окремих модифікаціях є дві шкали - в мм рт. ст. і мб. Десяті частки мм рт. ст. або мб відраховуються по рухомій шкалою - ноніусом. Для цього необхідно гвинтом встановити нульову поділку шкали ноніуса на одній лінії з вершиною меніска ртутного стовпа, відрахувати число цілих поділок міліметрів ртутного стовпа за шкалою барометра і число десятих до-лей міліметра ртутного стовпа до першої позначки шкали ноніуса. збігається з діленням основної шкали.
Приклад. Нульовий розподіл шкали ноніуса знаходиться між 760 і 761 мм рт. ст. основної шкали. Отже, число цілих поділок одно 760 мм рт. ст. До цієї цифри необхідно додати число десятих часток міліметра ртутного стовпа, відрахованих за шкалою ноніуса. Першим з діленням основної шкали збігається 4-е поділ шкали ноніуса. Барометричний тиск дорівнює 760 + 0,4 = 760,4 мм рт. ст.
Як правило, в чашкові барометри вбудований термометр (ртутний або спиртовий в залежності від передбачуваного діапазону температури повітря при дослідженнях), так як для отримання остаточного результату необхідно спеціальними розрахунками привести тиск до стандартних умов температури (0 ° С) і барометричного тиску (760 мм рт . ст.).
У чашкових експедиційних барометрах перед наглядом попередньо за допомогою спеціального гвинта, розташованого в нижній частині приладу, встановлюють рівень ртуті в чашці на нульову позначку.
Сифонні і сифон-чашкові барометри (рисунок 35). У цих барометрах величина атмосферного тиску вимірюється за різницею висот ртутного стовпа в довгому (запаяному) і короткому (відкритому) колінах трубки. Даний барометр дозволяє проводити вимірювання тиску з точністю до 0,05 мм рт. ст. За допомогою гвинта в нижній частині приладів рівень ртуті в короткому (відкритому) коліні трубки призводять до нульової точки, а потім відраховують показання барометра.
Сифон-чашковий інспекторський барометр. Даний прилад має дві шкали: зліва в мб і справа в мм рт. ст. Для визначення десятих часток мм рт. ст. служить ноніус. Знайдені значення атмосферного тиску, як і при роботі з іншими рідинними барометрами, необхідно за допомогою обчислень або спеціальних таблиць привести до 0 ° С.
На метеорологічних станціях в показання барометрів вводять не тільки температурну поправку, але і так звану постійну поправку: інструментальну і поправку на силу тяжіння.
Встановлювати барометри слід на віддалі або ізольовано від джерел теплового випромінювання (сонячне випромінювання, нагрівальні прилади), а також на віддалі від дверей і вікон.
Металевий барометр-анероїд (рисунок 36). Даний прилад особливо зручний при проведенні досліджень в експедиційних умовах. Однак цей барометр перед використанням повинен бути вивірений за більш точному ртутному барометра.
Принцип пристрою і дії барометра-анероїда дуже простий. Металева подушечка (коробка) з гофрованими (для більшої еластичності) стінками, з якої вилучено повітря до залишкового тиску 50-60 мм рт. ст. під впливом тиску повітря змінює свій обсяг і в результаті деформується. Деформація передається по системі важелів стрілці, яка і вказує на циферблаті атмосферний тиск. На циферблаті барометра анероїда вмонтований зігнутої форми термометр в зв'язку з необхідністю, як зазначалося вище, приведення результатів виміру до 0 ° С. Градуювання циферблата може бути в мб або в мм рт. ст. У деяких модифікаціях барометра-анероїда є дві шкали - як в мб, так і в мм рт. ст.
Анероїд-висотомір (альтиметр). У вимірі висоти за рівнем атмосферного тиску закладена закономірність, згідно з якою між тиском повітря і висотою є залежність, дуже близька до лінійної. Тобто при підйомі на висоту пропорційно знижується атмосферний тиск.
Даний прилад призначений для вимірювання атмосферного тиску саме на висоті і має дві шкали. На одній з них нанесені величини тиску в мм рт. ст. або мб, на інший - висота в метрах. На літальних апаратах застосовують альтиметри з циферблатом, на якому за шкалою визначається висота польоту.
Барограф (барометр-самописець). Даний прилад призначений для безперервної реєстрації атмосферного тиску. У гігієнічної практиці застосовуються металеві (анероїдні) барографи (рисунок 37). Під впливом змін атмосферного тиску пакет з'єднаних разом анероїдних коробок в результаті деформації впливає на систему важелів, а через них на спеціальне перо з засихає спеціальним чорнилом. При збільшенні атмосферного тиску анероїдні коробки стискаються і важіль з пером піднімається догори.
При зменшенні тиску анероїдні коробки за допомогою розміщених всередині їх пружин розширюються і перо креслить лінію донизу. Запис тиску у вигляді безперервної лінії викреслюється пером на градуйованою в мм рт. ст. або мб паперовій стрічці, вміщеній на циліндричний обертається за допомогою механічного заводу барабан. Використовуються барографи з тижневим або добовим заводом з відповідними градуйованими стрічками в залежності від мети, завдань і характеру досліджень. Випускаються барографи з електричним приводом, що обертає барабан.
Однак на практиці дана модифікація приладу менш зручна, так як обмежується його використання в експедиційних умовах. Для усунення температурних впливів на показання барографа в них вставляється біметалічні компенсатори, автоматично здійснюють корекцію (поправку) руху важелів в залежності від температури повітря. Перед початком роботи важіль з пером за допомогою спеціального гвинта встановлюється в початкове положення, відповідне часу, позначеному на стрічці і на рівень тиску, який вимірюється точним ртутним барометром.
Чорнило для запису барограмі можна приготувати за наступною прописи:
Приклад. Для вимірювання концентрації пилу в повітрі через паперовий фільтр за допомогою електричного аспиратора пропущено 200 л повітря. Температура повітря в період його аспірації составляла- + 26 ° С, барометричний тиск - 752 мм рт. ст. Необхідно привести обсяг повітря до нормальних умов, тобто до 0 ° С і 760 мм рт. ст.
Підставляємо в формулу Х значення відповідних параметрів прикладу і розраховуємо шуканий об'єм повітря при нормальних умовах:
Таким чином, при розрахунку концентрації пилу в повітрі необхідно враховувати обсяг повітря саме 180,69 л. а не 200 л.
Для спрощення розрахунків обсягу повітря при нормальних умовах можна користуватися поправочними коефіцієнтами на температуру і тиск (таблиця 25) або розрахованими готовими величинами формули 39 і (таблиця 26).