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气压的测量

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气压的测量

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  1. 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

  2. cmHg (汞柱高) mb (毫巴) hPa (百帕)=mb 标准大气压 Pa=1牛顿/平米

  3. 大气压力单位: • 1Pa=1N/m2; 1hpa=100Pa; 1hpa=1mb • 1hpa=0.750069mmHg=3/4mmHg • 1mmHg=1.333238hPa=4/3hPa

  4. 一、测量气压的仪器

  5. 空盒气压表 气压计

  6. 测量大气压力的仪器主要有: 1、水银气压表(作为标准) 2、空盒气压表、空盒气压计(气 象台站) 3、沸点气压表(作研究用)

  7. 二、水银气压表 1、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)

  8. 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: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。 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。

  9. 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;

  10. 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。

  11. 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。

  12. 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。

  13. 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: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

  14. 从上式可看到,定槽式水银气压表的刻度1mm长度将短于1mm。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。

  15. 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

  16. 三、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, 1.先将气压表的读数值经过仪器误差的订正; 2. 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)。

  17. 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。

  18. 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

  19. 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。

  20. 1)、动槽式水银气压表 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

  21. 2)、定槽式气压表读数的温度订正: 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: 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.

  22. 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

  23. 世界气象组织推荐的水银气压表重力订正公式: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。

  24. 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)。

  25. 海平面气压 设A点为某站,其场面 气压为Ph,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 Ph上。根据压高公式可得:

  26. tm=(t0+th)/2 t0=th+γh th=(t+t12)/2 所以tm=(t+t12)/2+ γh/2

  27. 例1:已知Ph=730.05mmHg,to=7.4C,th=- 3.2℃,h=255m,求Po 答案:tm=2.1 ℃ p0=750.69mmhg

  28. 例2:已知Ph=735.0mmHg,h=200m,th=10.0℃, =0.6 ℃/100,求Po? 答案:752.99mmhg

  29. 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、仪器误差订正: 器差订正后 原始读数 器差订正值 2、温度订正:

  30. 水银气压表读数订正总结: 3、重力订正(本站气压) 4、海平面气压:

  31. 四. 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。

  32. 四、气压表的安装和观测方法 2、气压表的读数步骤: 1、测定附属表温(准确到0.1°C); 2、调整槽内水银面与象牙针相切(动槽); 3、调整游标尺恰好与水银柱顶相切; 4、读取、记录气压值(准确到0.1mmHg或0.1hpa) 5、降下水银面使其与象牙针脱离。

  33. 五、空盒测压 1、空盒气压表 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。

  34. 五、空盒测压 读数: 读表的附温,准确到0.1 °C; 轻敲盒面,克服机械摩擦; 待指针平稳后,视线垂直表面读数,精确到0.1mmHg或 0.1hpa) 复读一次。

  35. 读数订正 (1)刻度订正 刻度订正值可从仪器的检定证上查出。 (2)温度订正 订正由于温度变化,引起空盒弹性改变造成的误差。式中为温度系数,可从检定证上查得;t为附温。

  36. (3)补充订正 订正由于空盒的残余形变所引起的误差。补充订正值可从 检定证上查得。 例:用空盒气压表(19287号)读得附温20.8 °C,气压955.6hpa,求 本站气压? 解:1、刻度订正:从检定证上查得:-0.3hpa; 2、温度订正: 3、补充订正:从检定证上查得:1.3hpa; 综合订正值:(-0.3)+(-1.5)+(1.3)=-0.5hpa 本站气压:P=955.6-0.5=955.1(hpa)

  37. 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

  38. 原理:受力产生形变,弹性 应力与大气压力平衡 • 空盒测压元件的精度受弹性后效影响 • 当气压变化停止后空盒的形变并不停止 • 空盒的升压曲线和降压曲线不一致 • 处理方法:反复老化;查升压和降压曲线 • 空盒测压元件的精度受温度效应影响 • 当温度增加,弹力减弱 • 补偿方法:双金属片补偿法;残余气体法

  39. 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。

  40. 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

  41. 七、振筒式压力传感器 • 原理:振筒固有频率与大气压力有关

  42. 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。

  43. 复习思考题 6.简述沸点气压计测压原理。 7.振筒式压力传感器的工作原理 7.已知在北纬400,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,th=250C,th12=30.6, r=0.60C/100,h’=0m,求:Ph,P海,