Im 17. Jahrhundert wurde der Menschheit bekannt und bewiesen, dass Luft ein gewisses Gewicht hat. Die Annahme seines Drucks auf verschiedene Objekte wurde mit einem speziellen Gerät – einem Barometer – nachgewiesen. Es wird in diesem Artikel besprochen.

Ein Gerät, das den Luftdruck bestimmt

Lassen Sie uns zunächst eine Definition geben. Ein Barometer ist ein Gerät zur Messung eines bestimmten Luftdrucks an Objekten. Sein Erfinder war E. Torricelli. Im Jahr 1644 bestand das Barometer aus einer Röhre mit Quecksilber und einer Messskala. Am Testtag des Barometers lag der Quecksilbergehalt bei 760 mm, weshalb die Marke bei diesem Wert als Normaldruck angesehen werden konnte. Solche Instrumente werden immer noch von Wetterstationen verwendet.

Zwei Jahrhunderte später, nach der Erfindung des Quecksilberbarometers, konstruierte Lucien Vidy als Ergebnis zahlreicher Studien einen grundlegend neuen flüssigkeitsfreien Typ. Später Aneroidbarometer genannt. Im Laufe ihres Bestehens erfreuen sich Aneroidgeräte bei vielen Anwendern großer Beliebtheit, da sie klein, leicht und präzise sind. Im Vergleich zu Quecksilberbarometern sind Aneroide völlig sicher in der Anwendung.

Arten von Barometern

Quecksilber ist ein Gerät, das den Druck misst. Das Funktionsprinzip ist die Bewegung von Quecksilber relativ zur angelegten Skala.

Flüssigkeit – ein Gerät, mit dem das Druckniveau gemessen wird, indem das Gewicht einer Flüssigkeitssäule mit dem atmosphärischen Druck abgeglichen wird.

Aneroidbarometer - Das Funktionsprinzip und die Anzeige der Indikatoren basieren auf der Änderung der Größe eines Siegels Metall-Box, gefüllt mit verdünnter Luft, unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks auf seiner Oberfläche.

Elektronisch ist modernes Aussehen ein Gerät, das die linearen Indikatoren eines klassischen Aneroids in ein elektronisches Signal umwandelt. Die vom Mikroprozessor verarbeiteten Signale werden auf dem Flüssigkristallbildschirm angezeigt.

Das Aneroidbarometer ist aufgrund seiner Eigenschaften das gebräuchlichste der oben genannten Instrumente kleine Größen und Flüssigkeitsmangel im Mechanismus. Schauen wir es uns genauer an.

Der Aufbau des Atmosphärenbarometers

• Runde Silber-Nickel-Platte.
• Box mit gerippten Böden.
• Übertragungsmechanismus.
• Rückholfeder.
• Indexpfeil.

Atmosphärenbarometer – Funktionsprinzip

Im zusammengebauten Zustand ist der Aneroid eine Kiste mit verschiedene Mechanismen. Wenn eine bestimmte Menge Luft herausgepumpt wird, entsteht ein starkes Vakuum Rückholfeder, Indexpfeil und Übertragungsmechanismus zwischen ihnen. Unter Druckeinfluss ziehen sich die Wände der „Druckkammer“ zusammen bzw. vergrößern sich und der Indexpfeil beginnt sich relativ zur Messskala in Richtung zunehmenden bzw. abnehmenden Drucks zu bewegen. Im Ruhezustand steht die Nadel bei 760 mm.

Selbstaufzeichnendes Barometer

Wird zur Aufzeichnung meteorologischer Daten über Schwankungen des Luftdrucks verwendet. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um ein verbessertes Aneroidbarometer, bei dem die Druckkammer um einen Uhrmechanismus, eine Vorrichtung, die das graduierte Papier hält, und eine Antriebsnadel, die eine Tintenlinie auf das Papier zieht, erweitert wurde.

Die abgebildete „Zeichnung“ auf dem Papier des Geräts wird als Barogramm bezeichnet. Während des Betriebs des Barographen wickelt der Mechanismus entsprechend den Stundenindikatoren Spezialpapier auf seine Basis, über dessen Oberfläche ein mit Tinte befestigter Pfeil gleitet und die Indikatoren für Abweichungen des Luftdrucks markiert.

Indikatoren für Druckunterschiede werden kontinuierlich erfasst. Für Meteorologen ist dies das Wichtigste dokumentarische Tatsache Wetteränderungen in naher Zukunft. Je nach Größe der Trommel kann die Aufnahmedauer zwischen mehreren Stunden und einer Woche liegen. Das spezielle Design ermöglicht die Messung und Überwachung atmosphärische Indikatoren jederzeit.

Barometer auf Ihrem Handy – was ist das?

Die Technologie steht nicht still und jetzt können Sie den Luftdruck messen Mobilgerät. Viele Benutzer moderner Geräte fragen sich angesichts einer neuen Funktion: Was ist ein Barometer auf ihrem Telefon? Eine moderne Miniatur-Wetterstation ermöglicht es dem Telefonbenutzer, den Luftdruck ständig elektronisch zu überprüfen. Durch die Verfolgung von Druckindikatoren über einen bestimmten Zeitraum können Sie herausfinden, ob sich ein Zyklon oder Antizyklon nähert. Diese Indikatoren werden für Menschen mit Überempfindlichkeit gegen nützlich sein plötzliche Veränderungen Druck.

Die Fähigkeiten eines mobilen Geräts enden hier jedoch nicht. In elektronischer Form werden Höhe, geografische Breite und Länge angezeigt, was wiederum eine schnelle Suche des Geräts und die Bestimmung erleichtert genaue Position seinen Standort. Dank an GPS-Satelliten Der Prozess ist schnell und genau. Das mobile Barometer ist ein präziser Höhenmesser. Die Genauigkeit der Standortbestimmung des Benutzers wird auf einen Radius von 3 Metern reduziert. Dies sind die Geräte, die Kletterer in den Bergen verwenden. Aber auch im Luftfahrtbereich erfreuen sie sich großer Beliebtheit.

In die Uhr integriertes Barometer

Erschien vor relativ kurzer Zeit. Nur wenige wissen, wozu dieses Gerät dient, und die meisten fragen sich: Was ist ein Barometer in einer Uhr?

Versuchen wir es herauszufinden. Das Barometer wird bei bestimmten Uhrentypen in elektronischer oder elektronischer Form dargestellt mechanische Form. Elektronische Ansicht- unterscheidet sich nicht von der Bereitstellung von Luftdruckdaten und deren Anzeige auf dem Bildschirm, wie bei einem Telefon. Eine Uhr mit mechanischer Druckanzeige ist eine vollkommen genaue Minikopie eines Aneroids. Der einzige Unterschied besteht im vereinfachten Anzeigemaßstab. Der Preis für Barometeruhren ist recht hoch, in der Regel sind sie jedoch stoß- und wasserdicht.

„Nicht-Standard-Barometer“

Dank seiner Gründer heißt es Harvard. Das Wirtschaftsbarometer liegt der Bildung der Ökonometrie zugrunde. Prognostiziert Änderungen der Marktbedingungen, der Dynamik von Angebot und Nachfrage usw. Das Harvard Barometer ist eine Beschreibung empirischer Muster und Extrapolationen aus den letzten Beobachtungsmonaten. Sie basieren auf einer Untersuchung der Entwicklungsdynamik verschiedener Wirtschaftsindikatoren.

Die Entwicklungsprognose wurde grafisch dargestellt. Jede im Diagramm dargestellte gekrümmte Linie zeigte den einen oder anderen Indikator an. Kurve „A“ zeigte beispielsweise Veränderungen der durchschnittlichen Wechselkurse (Aktienmarkt); Kurve „B“ zeigte den Index der Großhandelspreise und Veränderungen des Handelsumsatzes (Produktion); Kurve „C“ – spiegelt den Anstieg oder Rückgang des Wertpapierpreises am Geldmarkt wider. IN perfekter Zustand Grafiken - Die Indikatoren „A“ und „C“ müssen auf der Höhe des Maximums der ersten Einheit und des Minimums der Kurve der zweiten Einheit übereinstimmen.

Dank der Führung von W. Persons und W. Mitchell verwendeten die Vereinigten Staaten diesen Gerätetyp bis 1925. Das Harvard Mitchell Barometer ist der erste leistungsstarke Regulator und Indikator für Faktoren in nationale Wirtschaft Länder. Angesichts der Beliebtheit und Wirksamkeit einer solchen Konstruktion und Darstellung von Fakten wurde diese Methode von vielen Ländern auf der ganzen Welt übernommen. zum Globus. Aber die Aussicht auf eine wirtschaftliche Entwicklung vieler Länder nach diesem Verhältnis der Indikatoren hielt nicht lange an, denn vor und nach dem Zweiten Weltkrieg - in Prozentsatz sie sind irrelevant geworden. Die Volkswirtschaften aller am Krieg beteiligten Länder befanden sich im völligen Niedergang, und um das Problem des Aufstehens zu lösen, nutzte jedes Land seine eigenen Methoden zur Stabilisierung seiner eigenen Währung. Die alten Methoden zur Erhöhung der Indikatoren (Ausweg aus der Krise) wurden überhaupt nicht angewendet, aber die von Mitchell gelegten Grundlagen wurden zum Präzedenzfall für die Weltwirtschaft.

Druckanzeige

Erwähnenswert ist ein weiteres Gerät, das ebenfalls den Druck nicht von Luft, sondern von Gasen und Flüssigkeiten misst – dieses Gerät wird Manometer genannt. Diese beiden Geräte sind eng miteinander verbunden. Die Summe der Messwerte von Manometer und Barometer ergibt den absoluten Druck, der einen höheren Wert als der Atmosphärendruck hat.

Abschluss

IN moderne Welt Ein Barometer ist eines der Hauptinstrumente der Meteorologie. Die markierten Indikatoren auf Papier helfen vielen Menschen, sich über bevorstehende Änderungen des Luftdrucks zu informieren und sich entsprechend darauf vorzubereiten. Dies gilt in verstärktem Maße für Bluthochdruckpatienten. Ein Barometer ist ein optionaler Gegenstand im Haus, aber als Hilfselement oder zusätzlich zum Innenraum - wünschenswert. Moderne Rahmung ist so das benötigte Gerät Dadurch passt es in jedes Innendesign.

In Hygienestudien werden zwei Arten verwendet Barometer:

- Flüssigkeitsbarometer;

- Metallbarometer - Aneroid.

Das Funktionsprinzip verschiedener Modifikationen von Flüssigkeitsbarometern basiert darauf Atmosphärendruck balanciert eine Flüssigkeitssäule einer bestimmten Höhe in einem an einem Ende (oben) verschlossenen Rohr aus. Je weniger spezifisches Gewicht Flüssigkeit, desto höher ist die Säule der letzteren, ausgeglichen durch atmosphärischen Druck.

Sie sind am weitesten verbreitet, da das hohe spezifische Gewicht von flüssigem Quecksilber es ermöglicht, das Gerät kompakter zu machen, was durch den Ausgleich des Atmosphärendrucks mit einer niedrigeren Quecksilbersäule im Rohr erklärt wird.

Es werden drei Systeme von Quecksilberbarometern verwendet:

- Tasse;

- Siphon;

- Siphonbecher.

Die angegebenen Quecksilberbarometersysteme sind in Abbildung 35 schematisch dargestellt.

In einigen Modifikationen gibt es zwei Skalen – in mmHg. Kunst. und MB. Zehntel mm Hg. Kunst. oder mb werden auf einer beweglichen Skala gezählt - Nonius. Dazu müssen Sie mit einer Schraube die Nullteilung der Nonius-Skala auf die gleiche Linie mit der Oberseite des Meniskus der Quecksilbersäule einstellen, die Anzahl der ganzen Millimeter-Quecksilberteilungen auf der Barometerskala zählen und die Anzahl der Zehntelmillimeter Quecksilbersäule bis zur ersten Markierung Nonius-Skalen, was mit der Teilung der Hauptskala zusammenfällt.

Beispiel. Nullteilung Die Nonius-Skala liegt zwischen 760 und 761 mm Hg. Kunst. Hauptskala. Daher beträgt die Anzahl der ganzen Unterteilungen 760 mmHg. Kunst. Zu dieser Zahl muss die auf einer Noniusskala gemessene Anzahl von Zehntelmillimetern Quecksilber hinzugefügt werden. Der erste Teil der Hauptskala fällt mit dem 4. Teil der Nonius-Skala zusammen. Der Luftdruck beträgt 760 + 0,4 = 760,4 mmHg. Kunst.

Becherbarometer verfügen in der Regel über ein eingebautes Thermometer (Quecksilber oder Alkohol, je nach zu erwartendem Lufttemperaturbereich während der Forschung), da es für das Endergebnis notwendig ist, den Druck auf zu bringen normale Bedingungen Temperatur (0°C) und Luftdruck (760 mm Hg).

IN Cup-Expeditionsbarometer Stellen Sie vor der Beobachtung zunächst mit einer Spezialschraube an der Unterseite des Geräts den Quecksilbergehalt im Becher auf Null ein.

Siphon- und Siphonbecherbarometer(Abbildung 35). Bei diesen Barometern wird der atmosphärische Druck anhand des Höhenunterschieds der Quecksilbersäule in den langen (versiegelten) und kurzen (offenen) Biegungen des Rohrs gemessen. Mit diesem Barometer können Sie den Druck mit einer Genauigkeit von 0,05 messen mmHg st. Mit einer Schraube an der Unterseite der Instrumente wird der Quecksilberspiegel im kurzen (offenen) Rohrbogen auf den Nullpunkt gebracht und anschließend die Barometerwerte ermittelt.

Siphonbecher-Inspektorbarometer. Dieses Gerät verfügt über zwei Skalen: links in mb und rechts in mmHg. Kunst. Zur Bestimmung von Zehntel mmHg. Kunst. dient als Nonius. Die ermittelten Werte des Atmosphärendrucks müssen wie bei der Arbeit mit anderen Flüssigkeitsbarometern durch Berechnungen oder spezielle Tabellen auf 0°C gebracht werden.

An Wetterstationen In die Barometerwerte wird nicht nur eine Temperaturkorrektur eingeführt, sondern auch eine sogenannte konstante Korrektur: Instrumenten- und Schwerkraftkorrektur.

Barometer sollten in einiger Entfernung oder isoliert von Wärmestrahlungsquellen (Sonnenstrahlung, Heizgeräte) und auch fern von Türen und Fenstern.

Aneroidbarometer aus Metall(Abbildung 36). Dieses Gerät ist besonders praktisch bei der Durchführung von Forschungsarbeiten unter Expeditionsbedingungen. Dieses Barometer muss jedoch vor der Verwendung mit einem genaueren Quecksilberbarometer kalibriert werden.

Reis. 36.Aneroidbarometer

Reis. 37. Barograph

Das Prinzip des Aufbaus und der Funktionsweise eines Aneroidbarometers ist sehr einfach. Ein Metallpolster (Kasten) mit gewellten (für größere Elastizität) Wänden, aus dem die Luft bis zu einem Restdruck von 50–60 mm Hg entfernt wurde. Art. ändert unter dem Einfluss von Luftdruck sein Volumen und verformt sich dadurch. Die Verformung wird über ein Hebelsystem auf einen Pfeil übertragen, der den Atmosphärendruck auf dem Zifferblatt anzeigt. Aufgrund der oben erwähnten Notwendigkeit, die Messergebnisse auf 0°C zu bringen, ist auf dem Zifferblatt des Aneroidbarometers ein gebogenes Thermometer angebracht. Die Skaleneinteilung kann in mb oder mmHg erfolgen. Kunst. Einige Modifikationen des Aneroidbarometers verfügen über zwei Skalen – sowohl in mb als auch in mmHg. Kunst.

Aneroid-Höhenmesser (Höhenmesser). Bei der Messung der Höhe anhand des atmosphärischen Drucks gibt es ein Muster, nach dem ein Zusammenhang zwischen Luftdruck und Höhe besteht, der sehr nahezu linear ist. Das heißt, wenn Sie eine Höhe erreichen, nimmt der atmosphärische Druck proportional ab.

Dieses Gerät dient zur Messung des Luftdrucks in der Höhe und verfügt über zwei Skalen. Einer davon zeigt Druckwerte in mmHg. Kunst. oder mb, andererseits - Höhe in Metern. An Flugzeug Höhenmesser werden mit einem Zifferblatt verwendet, auf dem auf einer Skala die Flughöhe ermittelt wird.

Barograph (Barometer-Recorder). Dieses Gerät ist für die kontinuierliche Aufzeichnung des Atmosphärendrucks konzipiert. In der hygienischen Praxis werden Barographen aus Metall (Aneroid) verwendet (Abbildung 37). Unter dem Einfluss von Änderungen des atmosphärischen Drucks wirkt ein Paket aus miteinander verbundenen Aneroidkästen durch Verformung auf das Hebelsystem und durch sie auf einen speziellen Stift mit nicht trocknender Spezialtinte. Mit steigendem Atmosphärendruck werden die Aneroidkästen zusammengedrückt und der Hebel mit der Feder hebt sich nach oben.

Wenn der Druck nachlässt, dehnen sich die Aneroidkästen mit Hilfe von darin angebrachten Federn aus und der Stift zeichnet eine Linie nach unten. Mit einem Stift wird auf einer abgestuften Linie in mmHg eine Druckaufzeichnung in Form einer durchgehenden Linie gezeichnet. Kunst. oder MB-Papierband, das auf einer zylindrischen, mechanisch rotierenden Trommel platziert ist. Je nach Zweck, Zielsetzung und Art der Untersuchung kommen Barographen mit Wochen- oder Tagesaufzug mit entsprechenden Maßbändern zum Einsatz. Barographen werden mit einem elektrischen Antrieb hergestellt, der die Trommel dreht.

Allerdings in der Praxis diese Modifikation Das Gerät ist weniger praktisch, da seine Verwendung unter Expeditionsbedingungen begrenzt ist. Um Temperatureinflüsse auf die Barographenanzeige zu eliminieren, sind in sie Bimetallkompensatoren eingesetzt, die die Bewegung der Hebel je nach Lufttemperatur automatisch korrigieren (korrigieren). Vor Arbeitsbeginn wird der Hebel mit dem Stift eingebaut Ausgangsposition, entsprechend der auf dem Band angezeigten Zeit und dem mit einem genauen Quecksilberbarometer gemessenen Druckniveau.

Tinte zur Aufzeichnung von Barogrammen kann nach folgendem Rezept hergestellt werden:

Bringen des Luftvolumens auf normale Bedingungen (760 mmHg, 0 °C). Dieser Aspekt der Luftdruckmessung ist bei der Messung der Schadstoffkonzentrationen in der Luft sehr wichtig. Das Ignorieren dieses Aspekts kann zu erheblichen Fehlern bei der Konzentrationsberechnung führen Schadstoffe, die 30 Prozent und mehr erreichen kann.

Das Bringen des Luftvolumens auf Normalbedingungen erfolgt nach der Formel:

(39)

Beispiel . Um die Staubkonzentration in der Luft zu messen, wurden 200 Liter Luft mit einem elektrischen Absauggerät durch einen Papierfilter geleitet. Die Lufttemperatur während der Aspirationszeit betrug - +26 ° C, Luftdruck - 752 mm Hg. Kunst. Es ist notwendig, das Luftvolumen auf normale Bedingungen, also auf 0 °C und 760 mm Hg, zu bringen. Kunst.

Wir setzen die Werte der entsprechenden Parameter des Beispiels in die Formel X ein und berechnen das benötigte Luftvolumen bei normale Bedingungen:

Daher muss bei der Berechnung der Staubkonzentration in der Luft das Luftvolumen von genau 180,69 berücksichtigt werden l, nicht 200 l.

Um die Berechnung des Luftvolumens unter normalen Bedingungen zu vereinfachen, können Sie Korrekturfaktoren für Temperatur und Druck (Tabelle 25) oder berechnete vorgefertigte Werte der Formel 39 und (Tabelle 26) verwenden.

Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks

Der Luftdruck wird mit Barometern gemessen. Οʜᴎ es gibt Quecksilber e und Aneroide.

Quecksilberbarometer Es handelt sich im Wesentlichen um Bilanzen, bei denen der Druck einer Luftsäule mit einem einzigen Querschnitt, die sich durch die gesamte Atmosphäre erstreckt, den Druck der Quecksilbersäule ausgleicht, die in einer Glasröhre eingeschlossen ist, aus der die Luft abgepumpt wurde.

Am Glasrohr ist eine Skala angebracht, auf der der Druckwert abgelesen wird (mm Hg oder mb). Quecksilberbarometer erfordern eine Temperaturkorrektur (deren Änderungen wirken sich auf die Höhe der Quecksilbersäule aus). Typischerweise beziehen sich Barometerwerte auf eine Quecksilbertemperatur von 0 °C. Gleichzeitig wird eine Korrektur für die Schwerkraft eingeführt, die davon abhängt geografischer Breitengrad(Am Pol ist die Schwerkraft am größten, am Äquator am geringsten). Barometerwerte basieren normalerweise auf der Normalschwere bei einem Breitengrad von 45°. Bei der Herstellung eines Barometers erfolgt auch eine instrumentelle Korrektur. Alle Korrekturen werden in der Regel in speziellen Tabellen zusammengefasst, die an der Wetterstation für jedes Barometer erhältlich sind.

Ein Beispiel für ein Quecksilberbarometer ist stationäres Tassenbarometer.

Aneroidbarometer In erster Linie für die Druckmessung konzipiert Feldbedingungen. Der Atmosphärendruckempfänger im Aneroid ist ein gewellter zylindrischer Metallkasten, aus dem Luft abgepumpt wird. Die Box ist an einem Ende (unten) an einer festen Basis befestigt und an ihrem oberen Teil ist eine Feder befestigt. Wenn der atmosphärische Druck zunimmt, zieht sich der Kasten zusammen, und wenn er abnimmt, richtet er sich unter der Wirkung einer Feder auf. Diese Änderungen werden über ein Hebelsystem auf den Zeiger übertragen, der sich entlang einer Skala bewegt, die mit Unterteilungen versehen ist, die dem Druck in Millimetern Quecksilbersäule oder Millibar entsprechen.

Im Innenbereich ist ein Aneroidbarometer installiert. Es ist mit einem Thermometer ausgestattet. Die Messwerte des Aneroidbarometers erfordern eine Temperaturkorrektur (sie werden auf 0 °C eingestellt). Gleichzeitig werden Maßstabs- und Zusatzkorrekturen eingeführt. Alle Änderungen sind im Zertifikat (Zertifikat) des Gerätes aufgeführt.

Für fortlaufende Registrierung Um den atmosphärischen Druck und seine Veränderungen zu messen, wird ein Gerät (Recorder) verwendet Barograph. Es besteht aus einem Empfangsteil (mehrere Aneroidkästen), einem Sendegerät (einem Hebelsystem mit einer Feder) und einer Trommel mit Uhrwerk, auf die ein Band gelegt wird, vertikal mit Linien, die die Zeit anzeigen, horizontal mit Linien, die die Zeit anzeigen die Höhe des Drucks.

Es gibt Barographen mit Tagegeld Und wöchentlich Aufziehen des Uhrwerks.

Mit steigendem Atmosphärendruck ziehen sich die Aneroidkapseln zusammen und die mit dem Stift auf der Trommel gezeichnete Linie steigt an. Wenn der Druck abnimmt, tritt das gegenteilige Phänomen auf. Anhand einer grafischen Darstellung des Druckverlaufs auf dem Band wird die Drucktendenz ermittelt.

Der Barograph wird in Innenräumen installiert und ist eines der aussagekräftigsten Geräte, mit dem Sie den Verlauf des Luftdrucks visuell und kontinuierlich überwachen können. Druckänderung ist eines der Anzeichen von Wetterveränderungen (ein Druckabfall weist auf die Annäherung eines Zyklons hin – ein Gebiet mit relativ schlechtem Wetter, ein Druckanstieg weist auf die Annäherung eines Hochdruckgebiets hin – ein Gebiet mit relativ gutem Wetter).

Wenn kein Barograph und kein Barometer vorhanden sind, können Druckänderungen (seine Abnahme oder Zunahme) anhand der Messwerte des in jedem Flugzeug vorhandenen barometrischen Höhenmessers beurteilt werden. Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf der Messung des Atmosphärendrucks, wofür eine im Gerätegehäuse eingeschlossene Aneroidbox verwendet wird.

Instrumente zur Messung des Luftdrucks – Konzept und Typen. Klassifizierung und Merkmale der Kategorie „Instrumente zur Messung des Luftdrucks“ 2017, 2018.

Das Gerät zur Druckmessung heißt Druckanzeige. Manometer können sein Siphon oder schalenförmig Typen

Ein Siphon-Manometer ist ein U-förmiges Glasrohr, das mit Wasser oder Quecksilber gefüllt ist (Abbildung 2.1).

Eines der Enden des Manometers ist versiegelt und hat keinen Luftzugang; offenes Ende verbunden mit atmosphärische Luft. Der Unterschied im Flüssigkeitsstand in den beiden Rohrbögen wird in Druckeinheiten kalibriert.

Ein Bechermanometer enthält ein vertikales Glasrohr, das oben verschlossen und mit Flüssigkeit gefüllt ist (Abb. 2.2).

Das untere Ende des Rohrs wird in einen teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behälter eingetaucht. Der durch die Flüssigkeitssäule im Rohr erzeugte Druck wird durch den Atmosphärendruck ausgeglichen. Die hohe Messgenauigkeit des Bechermanometers (0,1 mm Hg) ermöglicht den Einsatz als Standardgerät zur Prüfung von Aneroidbarometern und Höhenmessern.

Reis. 2.1. Manometer vom Typ Siphon

Reis. 2.2.

Quecksilberbarometer Ist klassisches Beispiel Bechermanometer. Der mit einem Quecksilberbarometer gemessene Atmosphärendruck beträgt:

wo ist die Dichte von Quecksilber, 13600 kg/m3; G- Beschleunigung des freien Falls, m/s2; H- Höhe der Quecksilbersäule, m.

Das Aussehen des Quecksilbermanometers ist in Abb. dargestellt. 2.3.

Das Barometer enthält ein mit Quecksilber gefülltes Glasrohr, das in ein Quecksilberreservoir getaucht ist.

Der Quecksilbergehalt im Reservoir wird mithilfe eines Kegelknochens kontrolliert.

Das Quecksilbermanometer zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Die Druckmessgenauigkeit eines Quecksilberbarometers beträgt 0,1 hPa. Sein Nachteil ist die Toxizität von Quecksilber.

Gemäß der Richtlinie der Europäischen Union vom 5. Juni 2007 wurde eine Beschränkung des Verkaufs von Quecksilber erlassen, wodurch die Produktion neuer Quecksilberbarometer in Europa praktisch eingestellt wurde.

Enthält eine Aneroidkapsel, die aus zwei dünnen (0,2 mm dicken) gewellten Metallmembranen besteht (Abb. 2.4). In der Mitte der Kapsel wird die Luft abgepumpt (Druck beträgt 10-2 hPa) oder die Kapsel wird mit Inertgas bei einem Druck von 65 mbar gefüllt.

Der Vorteil eines Aneroidbarometers liegt in seiner Kompaktheit, mechanischen Festigkeit und Transportfähigkeit. Diese Geräte können in automatischen Druckmesssystemen eingesetzt werden, da die mechanischen Bewegungen von Aneroidkapseln einfach in ein elektrisches Signal umgewandelt werden können. Der Nachteil eines Aneroidbarometers besteht darin, dass die Messgenauigkeit geringer ist als die eines Quecksilberbarometers.

Reis. 2.3. Quecksilbermanometer

Reis. 2.4.

Rohrfeder Es handelt sich um ein flaches, verformtes Rohr, das sich bei einer Änderung des Atmosphärendrucks gerade richtet (Abb. 2.5).

Dieses elliptische Rohr ist das Sensorelement Verformungstyp. Ein Ende des Schlauchs ist offen, um den Druck aufzuzeichnen und zu messen, während das andere Ende fest mit dem Körper verbunden ist.

Druckbestimmung durch Verformung Rohrfeder wurde 1849 vom französischen Uhrmacher Eugene Bourdon patentiert, nach dessen Namen diese Pfeife benannt ist

Mit der Rohrfeder werden Drücke über 10-2 Torr (ca. 1 Pa) gemessen; die Messgenauigkeit beträgt ± 2 %.

Reis. 2.5. Rohrfeder

Methoden automatisierte Messung Luftdruck

Ein Instrument zur kontinuierlichen Aufzeichnung des Luftdrucks. Es besteht aus einer Säule von Aneroidkästen, die mit einem selbstaufzeichnenden Pfeil verbunden sind (Abb. 2.6).

Reis. 2.6.

Jede Aneroidkapsel besteht aus zwei dünnen (0,2 mm dicken) gewellten Metallmembranen. Im Inneren der Kapsel herrscht ein Luftdruck von 10"2 hPa. Manchmal ist die Kapsel mit Inertgas bei einem Druck von 65 mbar gefüllt. Die Anzahl der darin enthaltenen Kapseln moderne Geräte kann 14 erreichen. Durch die gewellte Oberfläche und die Wirkung der Feder befinden sich die Membranen in einem gespannten Zustand.

Es ist bekannt, dass die Eigenfrequenz einer gespannten Saite mit zunehmender Spannung zunimmt. Mathematisch wird der Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz der Saite und der Zugkraft der Saite durch die Formel bestimmt:

Wo F- hauptsächlich Resonanzfrequenz Streicher, Hz; L- Saitenlänge, m; Г Saitenspannungskraft, Η; μ - Masse pro Längeneinheit der Saite, kg/m.

Mechanische Bewegungen der Membran 1 eines solchen Geräts unter dem Einfluss von variablem Druck werden aufgrund der Bewegung des mit Draht 4 verbundenen Magneten C in elektromagnetische Schwingungen des Induktors 2 umgewandelt. Elektromagnetische Schwingungen werden vom Aufzeichnungssystem 5 aufgezeichnet (Abb. 2.7). . Für Sensoren dieser Art werden Wolfram, Indium oder hochelastischer Stahl sowie Legierungen wie Elinvar verwendet.

Reis. 2.7.

Der Aufbau eines dieser Sensoren ist in Abb. dargestellt. 2.8. Durch Erhöhen des Drucks auf die Membran wird die Spannung am Draht verringert, was zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz führt.

Reis. 2.8.

Es besteht aus einer dünnen Membran aus Metall oder Quarz mit aufgespritzten Metalloberflächen. Die Membran bildet zwei Kondensatoren mit Metalloberflächen, die zusammen mit zwei weiteren Kondensatoren C1 und C2 eine elektrische Brücke bilden (Abb. 2.9).

Reis. 2.9. Kapazitiver Drucksensor

Die Membran ist auf der einen Seite dem Atmosphärendruck und auf der anderen Seite dem Stützdruck ausgesetzt. Änderungen des Außendrucks führen zu einer Biegung der Membran und entsprechenden Änderungen in der Kapazität der Kondensatoren, die von der Membran und den Platten auf beiden Seiten der Membran gebildet werden. Diese Kapazitätsänderungen (die mehrere Prozent der ursprünglichen Kapazität erreichen können) führen zu einer Änderung der Frequenz des Signals des Aufzeichnungssystems, dessen Skala in Druckeinheiten abgestuft ist.

Kapazitive Drucksensoren zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit, geringe Größe und die Fähigkeit aus, Messwerte bei Temperaturen bis zu 250 °C zu liefern.

Dieses Gerät, dessen Herstellung dank ermöglicht wurde moderne Technologien, besteht aus zwei Wafern aus einer Siliziumlegierung, die durch eine Schicht aus Siliziumdioxid miteinander verbunden sind (Abb. 2.10).

Als Kondensatorplatten dienen Siliziumlegierungen, bei denen die Dicke des Siliziumdioxids und damit die Kapazität des Kondensators vom angelegten Atmosphärendruck abhängt.

Die Kapazität des Kondensators C hängt vom Abstand ab D zwischen den Platten (), was wiederum vom Atmosphärendruck abhängt.

Reis. 2.10.

Druckmessbereich mit barometrischem Drucksensor PTB210 von Vaisala (Finnland) - 500-1100 hPa; Temperaturbereich von -40°C bis +60°C; Gesamtgenauigkeit ± 0,15 - 0,35 hPa; Gewicht 110 g, Abmessungen 122 mm.

Piezoelektrischer Drucksensor. Kristalline Substanz, bei dem, wenn es in bestimmte Richtungen komprimiert oder gedehnt wird, elektrische Polarisation auch in Abwesenheit auftritt elektrisches Feld, werden genannt P " Ezoelektrik. Als Phänomen bezeichnet man das Auftreten von Ladungen auf der Oberfläche eines Piezoelektrikums unter dem Einfluss mechanischer Verformungen direkter piezoelektrischer Effekt, und das Auftreten mechanischer Verformungen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes - umgekehrter piezoelektrischer Effekt. Zu den Piezoelektrika gehören Quarz, Ammoniumdihydrogenphosphat (ADP), Lithiumsulfat, Rochelle-Salz, Bariumtitanat usw.

Ladungsmenge Q, das auf der Oberfläche des Kristalls erscheint, wird durch den Ausdruck bestimmt:

Wo F- auf den Kristall ausgeübte Kraft, N; R - Druck, N/m2; S- Kristalloberfläche, m2; k- Piezoelektrische Konstante, C/N.

Die Spannung, die aufgrund des piezoelektrischen Effekts an den Oberflächen des Kristalls gemessen wird, ist wie folgt definiert:

wo bist du - Spannung, V; v ist die Empfindlichkeit des Kristalls, V-m/N; D- Kristalldicke, m; R Druck, N/m2.

Beispiel

Der Quariumkristall hat eine Dicke von 0,25 cm. Bestimmen Sie die Spannung, die auf den Oberflächen des Kristalls durch die Einwirkung eines Drucks von 345 N/m2 entsteht, wenn die Empfindlichkeit des Kristalls 0,055 V m N-1 beträgt.

Lösung

Mit den Gleichungen (2.4) erhalten wir:

Testaufgabe

Bestimmen Sie die piezoelektrische Konstante von Quarz, wenn ein Kristall mit einer Fläche von 1 cm2 unter einem Druck von 345 N/m2 eine Ladung Cl erzeugt.

Antwort:

Planen piezoelektrischer Sensor Die Drücke sind in Abb. dargestellt. 2.11.

Reis. 2.11.

Der Vorteil piezoelektrischer Sensoren ist ihre Kompaktheit, lineare Abhängigkeit elektrisches Signal vor mechanischer Belastung, die Fähigkeit, über einen weiten Bereich eine hohe Stabilität aufzuweisen Temperaturbereich(bis 1000°C).

Atmosphärendruckeinheiten

Tabelle 24

Luftdruck-Einheitsverhältnis

Von den in den Tabellen 23 und 24 aufgeführten Maßeinheiten sind die in Russland am weitesten verbreiteten mm. rt. Kunst. Und mb. Zur Vereinfachung von Neuberechnungen können Sie bei Bedarf das folgende Verhältnis verwenden:

760 mmHg Kunst.= 1013mb= 101300Pa(36)

Einfacherer Weg:

MB = mm. rt. Art.(37)

mmHg Kunst. = MB(38)

Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks.

In Hygienestudien werden zwei Arten verwendet Barometer:

Flüssigkeitsbarometer;

Metallbarometer – Aneroid.

Das Funktionsprinzip verschiedener Modifikationen von Flüssigkeitsbarometern basiert auf der Tatsache, dass der atmosphärische Druck eine Flüssigkeitssäule einer bestimmten Höhe in einem an einem Ende (oben) verschlossenen Rohr ausgleicht. Je niedriger das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist, desto höher ist deren Säule, ausgeglichen durch den atmosphärischen Druck.

Am weitesten verbreitet Quecksilberbarometer , da das hohe spezifische Gewicht von flüssigem Quecksilber es ermöglicht, das Gerät kompakter zu machen, was durch den Ausgleich des atmosphärischen Drucks mit einer niedrigeren Quecksilbersäule im Rohr erklärt wird.

Es werden drei Systeme von Quecksilberbarometern verwendet:

becherförmig;

Siphon;

Siphonbecher.

Die angegebenen Quecksilberbarometersysteme sind in Abbildung 35 schematisch dargestellt.

In einigen Modifikationen gibt es zwei Skalen – in mmHg. Kunst. und MB. Zehntel mm Hg. Kunst. oder mb werden auf einer beweglichen Skala gezählt - Nonius. Dazu müssen Sie mit einer Schraube die Nullteilung der Nonius-Skala auf die gleiche Linie mit der Oberseite des Meniskus der Quecksilbersäule einstellen, die Anzahl der ganzen Millimeter-Quecksilberteilungen auf der Barometerskala zählen und die Anzahl der Zehntelmillimeter Quecksilbersäule bis zur ersten Markierung der Noniusskala, die mit der Teilung der Hauptskala übereinstimmt.

Beispiel. Die Nullteilung der Noniusskala liegt zwischen 760 und 761 mmHg. Kunst. Hauptskala. Daher beträgt die Anzahl der ganzen Unterteilungen 760 mmHg. Kunst. Zu dieser Zahl muss die auf einer Noniusskala gemessene Anzahl von Zehntelmillimetern Quecksilber hinzugefügt werden. Der erste Teil der Hauptskala fällt mit dem 4. Teil der Nonius-Skala zusammen. Der Luftdruck beträgt 760 + 0,4 = 760,4 mmHg. Kunst.

Tassenbarometer verfügen in der Regel über ein eingebautes Thermometer (Quecksilber oder Alkohol, je nach erwartetem Lufttemperaturbereich während der Forschung), da für das Endergebnis spezielle Berechnungen erforderlich sind, um den Druck auf den Standard zu bringen Bedingungen von Temperatur (0°C) und Luftdruck (760 mm Hg. Art.).

IN Cup-Expeditionsbarometer Stellen Sie vor der Beobachtung zunächst mit einer Spezialschraube an der Unterseite des Geräts den Quecksilbergehalt im Becher auf Null ein.

Siphon- und Siphonbecherbarometer (Abbildung 35). Bei diesen Barometern wird der atmosphärische Druck anhand des Höhenunterschieds der Quecksilbersäule in den langen (versiegelten) und kurzen (offenen) Biegungen des Rohrs gemessen. Mit diesem Barometer können Sie den Druck mit einer Genauigkeit von 0,05 messen mmHg st. Mit einer Schraube an der Unterseite der Instrumente wird der Quecksilberspiegel im kurzen (offenen) Rohrbogen auf den Nullpunkt gebracht und anschließend die Barometerwerte ermittelt.

Siphonbecher-Inspektorbarometer. Dieses Gerät verfügt über zwei Skalen: links in mb und rechts in mmHg. Kunst. Zur Bestimmung von Zehntel mmHg. Kunst. dient als Nonius. Die ermittelten Werte des Atmosphärendrucks müssen wie bei der Arbeit mit anderen Flüssigkeitsbarometern durch Berechnungen oder spezielle Tabellen auf 0°C gebracht werden.

An meteorologischen Stationen wird nicht nur eine Temperaturkorrektur in die Barometerwerte eingeführt, sondern auch eine sogenannte konstante Korrektur: Instrumenten- und Schwerkraftkorrektur.

Barometer sollten entfernt von oder isoliert von Wärmestrahlungsquellen (Sonnenstrahlung, Heizgeräten) sowie von Türen und Fenstern installiert werden.

Aneroidbarometer aus Metall (Abbildung 36). Dieses Gerät ist besonders praktisch bei der Durchführung von Forschungsarbeiten unter Expeditionsbedingungen. Dieses Barometer muss jedoch vor der Verwendung mit einem genaueren Quecksilberbarometer kalibriert werden.

Das Prinzip des Aufbaus und der Funktionsweise eines Aneroidbarometers ist sehr einfach. Ein Metallpolster (Kasten) mit gewellten (für größere Elastizität) Wänden, aus dem die Luft bis zu einem Restdruck von 50–60 mm Hg entfernt wurde. Art. ändert unter dem Einfluss von Luftdruck sein Volumen und verformt sich dadurch. Die Verformung wird über ein Hebelsystem auf einen Pfeil übertragen, der den Atmosphärendruck auf dem Zifferblatt anzeigt. Aufgrund der oben erwähnten Notwendigkeit, die Messergebnisse auf 0°C zu bringen, ist auf dem Zifferblatt des Aneroidbarometers ein gebogenes Thermometer angebracht. Die Skaleneinteilung kann in mb oder mmHg erfolgen. Kunst. Einige Modifikationen des Aneroidbarometers verfügen über zwei Skalen – sowohl in mb als auch in mmHg. Kunst.

Aneroid-Höhenmesser (Höhenmesser). Bei der Messung der Höhe anhand des atmosphärischen Drucks gibt es ein Muster, nach dem ein Zusammenhang zwischen Luftdruck und Höhe besteht, der sehr nahezu linear ist. Das heißt, wenn Sie eine Höhe erreichen, nimmt der atmosphärische Druck proportional ab.

Dieses Gerät dient zur Messung des Luftdrucks in der Höhe und verfügt über zwei Skalen. Einer davon zeigt Druckwerte in mmHg. Kunst. oder mb, andererseits - Höhe in Metern. Flugzeuge verwenden Höhenmesser mit einem Zifferblatt, auf dem die Flughöhe auf einer Skala ermittelt wird.

Barograph (Barometer-Recorder). Dieses Gerät ist für die kontinuierliche Aufzeichnung des Atmosphärendrucks konzipiert. In der hygienischen Praxis werden Barographen aus Metall (Aneroid) verwendet (Abbildung 37). Unter dem Einfluss von Änderungen des atmosphärischen Drucks wirkt ein Paket aus miteinander verbundenen Aneroidkästen durch Verformung auf das Hebelsystem und durch sie auf einen speziellen Stift mit nicht trocknender Spezialtinte. Mit steigendem Atmosphärendruck werden die Aneroidkästen zusammengedrückt und der Hebel mit der Feder hebt sich nach oben. Wenn der Druck nachlässt, dehnen sich die Aneroidkästen mit Hilfe von darin angebrachten Federn aus und der Stift zeichnet eine Linie nach unten. Mit einem Stift wird auf einer abgestuften Linie in mmHg eine Druckaufzeichnung in Form einer durchgehenden Linie gezeichnet. Kunst. oder MB-Papierband, das auf einer zylindrischen, mechanisch rotierenden Trommel platziert ist. Je nach Zweck, Zielsetzung und Art der Untersuchung kommen Barographen mit Wochen- oder Tagesaufzug mit entsprechenden Maßbändern zum Einsatz. Barographen werden mit einem elektrischen Antrieb hergestellt, der die Trommel dreht. In der Praxis ist diese Modifikation des Geräts jedoch weniger praktisch, da seine Verwendung unter Expeditionsbedingungen begrenzt ist. Um Temperatureinflüsse auf die Barographenanzeige zu eliminieren, sind in sie Bimetallkompensatoren eingesetzt, die die Bewegung der Hebel je nach Lufttemperatur automatisch korrigieren (korrigieren). Vor Arbeitsbeginn wird der Hebel mit dem Stift mit einer Spezialschraube in die Ausgangsposition gebracht, entsprechend der auf dem Maßband angegebenen Zeit und dem mit einem genauen Quecksilberbarometer gemessenen Druckniveau.

Tinte zur Aufzeichnung von Barogrammen kann nach folgendem Rezept hergestellt werden:

Luftvolumen auf normale Bedingungen bringen (760 mmHg, 0 MIT). Dieser Aspekt der Luftdruckmessung ist bei der Messung der Schadstoffkonzentrationen in der Luft sehr wichtig. Die Missachtung dieses Aspekts kann zu erheblichen Fehlern bei der Berechnung der Schadstoffkonzentrationen führen, die 30 Prozent und mehr erreichen können.

Das Bringen des Luftvolumens auf Normalbedingungen erfolgt nach der Formel:

Beispiel. Um die Staubkonzentration in der Luft zu messen, wurden 200 Liter Luft mit einem elektrischen Absauggerät durch einen Papierfilter geleitet. Die Lufttemperatur während der Aspirationszeit betrug - +26  C, Luftdruck - 752 mm Hg. Kunst. Es ist notwendig, das Luftvolumen auf Normalbedingungen, also auf 0°C und 760 mm Hg, zu bringen. Kunst.

Wir setzen die Werte der entsprechenden Parameter des Beispiels in die Formel X ein und berechnen das erforderliche Luftvolumen unter Normalbedingungen:

Daher muss bei der Berechnung der Staubkonzentration in der Luft das Luftvolumen von genau 180,69 berücksichtigt werden l, nicht 200 l.

Um die Berechnung des Luftvolumens unter normalen Bedingungen zu vereinfachen, können Sie Korrekturfaktoren für Temperatur und Druck (Tabelle 25) oder berechnete vorgefertigte Werte aus Formel 39 und (Tabelle 26) verwenden.

Tabelle 25

Korrekturfaktoren für Temperatur und Druck, um das Luftvolumen auf normale Bedingungen zu bringen

(Temperatur 0 Ö

Ende von Tabelle 25

Tabelle 26

Koeffizienten, um das Luftvolumen auf normale Bedingungen zu bringen

(Temperatur 0 Ö C, Luftdruck 760 mm Hg. Kunst.)