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气压的测量本讲稿第一页，共四十九页cmHg(cmHg(汞柱高汞柱高)mb(mb(毫巴毫巴)hPa(hPa(百帕百帕)=mb)=mb标准大气压标准大气压Pa=1Pa=1牛顿牛顿/平米平米本讲稿第二页，共四十九页大气压力单位：大气压力单位：l1 hPa =100 Pal1 Pa =1 N/m2l1hpa=1mbl1hpa=3/4mmHgl1mmHg=4/3hPa 本讲稿第三页，共四十九页 一、一、水银气压表水银气压表本讲稿第四页，共四十九页 水银气压表水银气压表测量原理测量原理 由于大气压力的作用，玻璃管内的水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。银柱将维持一定的高度。如果在水银柱旁边树立一标尺，如果在水银柱旁边树立一标尺，标尺的零点对准水银面，就可直接读标尺的零点对准水银面，就可直接读取水银柱的高度（取水银柱的高度（HhgHhg），即可求得大），即可求得大气压力（气压力（PhPh）本讲稿第五页，共四十九页 由上式可见由上式可见,大气压力与水银气压表所处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，为了便环境的温度、重力加速度及纬度有关，为了便于比较于比较,国际上统一规定：国际上统一规定：1 1、以温度、以温度0 0 C C为标准为标准 2 2、g g以纬度为以纬度为4545 的海平面为标准的海平面为标准,9.80665m/s,9.80665m/s2 2。如果不在标准条件下如果不在标准条件下,则读得的水银则读得的水银柱高度必须订整到标准条件下。柱高度必须订整到标准条件下。本讲稿第六页，共四十九页水银有其独特的优点：水银有其独特的优点：（1 1）水银密度大。）水银密度大。（2 2）水银的蒸汽压小。）水银的蒸汽压小。（3 3）水银的性能稳定。）水银的性能稳定。（4 4）水银不沾湿玻璃，管内水银面形成凸起的弯月）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。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，会有思考题：如果用水作为液体制成气压表，会有哪些优缺点？哪些优缺点？提示：水的密度问题；凝固点问题；蒸汽压问题等；提示：水的密度问题；凝固点问题；蒸汽压问题等；本讲稿第七页，共四十九页1 1、动槽式水银气压表、动槽式水银气压表外形和结构外形和结构：1 1、感应部分：水银、玻璃内管、水银槽、感应部分：水银、玻璃内管、水银槽2 2、刻度部分：标尺、游标尺、象牙针、刻度部分：标尺、游标尺、象牙针3 3、附属部分：附属温度表、附属部分：附属温度表读数顺序：读数顺序：先读温度表；再调水银面与象牙针相切；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。数结束后，将象牙针与水银面断开。本讲稿第八页，共四十九页1 1、动槽式水银气压表、动槽式水银气压表它的主要特点是标尺上有一个它的主要特点是标尺上有一个固定的零点。每次读数时，须固定的零点。每次读数时，须将水银槽的表面调到这个零点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。处，然后读出水银柱顶的刻度。本讲稿第九页，共四十九页2 2、定槽式水银气压表、定槽式水银气压表 定槽式与动槽式区别在水银槽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、水银面调节螺钉铁槽，没有皮囊、水银面调节螺钉以及象牙针。以及象牙针。本讲稿第十页，共四十九页当气压升高当气压升高1mmHg1mmHg，表内水银柱上升，表内水银柱上升xmmxmm，而槽内，而槽内水银面同时下降水银面同时下降ymmymm，则令：，则令：x+y=1x+y=1水银槽内水银体积的减少，必将等于管内水水银槽内水银体积的减少，必将等于管内水银体积的增加银体积的增加本讲稿第十一页，共四十九页从上式可看到，定槽式水银气压表的刻度从上式可看到，定槽式水银气压表的刻度1mm1mm长长度将短于度将短于1mm1mm。为补偿气压表水银面基点的变动，将这种刻度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。国产定槽气压表的标尺称补偿标尺。国产定槽气压表因此，气压表上因此，气压表上1mm1mm刻度实际只有刻度实际只有0.98mm0.98mm。本讲稿第十二页，共四十九页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温度的不确定本讲稿第十三页，共四十九页4.4.水银气压表的读数订正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其订正到标准状态下 因此，因此，先将气压表的读数值经过仪器误差的订先将气压表的读数值经过仪器误差的订正正;然后再进行气压表读数的温度订正和重力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）。订正（纬度重力订正和高度重力订正）。本讲稿第十四页，共四十九页1 1）仪器误差订正：）仪器误差订正：制成的气压表必须进行标定（检定），给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。出仪器在各个刻度上的订正值。本讲稿第十五页，共四十九页例：某水银气压表检定证上气压读数从例：某水银气压表检定证上气压读数从810.001100.00 hpa810.001100.00 hpa，仪器的误差订，仪器的误差订正为正为-0.2 hpa-0.2 hpa。某次观测气压读数。某次观测气压读数988.6hpa,988.6hpa,经仪器误差订正后的气压为：经仪器误差订正后的气压为：988.6 hpa+(-0.2 hpa)=988.4 hpa988.6 hpa+(-0.2 hpa)=988.4 hpa本讲稿第十六页，共四十九页2 2）温度订正）温度订正气压表的温度订正除了把水气压表的温度订正除了把水银的密度订正到银的密度订正到0 0 C C标准外，标准外，还要考虑铜尺的长度随温度还要考虑铜尺的长度随温度变化的伸缩。变化的伸缩。本讲稿第十七页，共四十九页在实际工作中，可将上式制成查算表，以在实际工作中，可将上式制成查算表，以Ht和和t为变量，列出相应的为变量，列出相应的 Ht值。值。温度在温度在0度以上，订正值为负，温度在度以上，订正值为负，温度在0度以下度以下，订正值为正，订正值为正动槽式水银气压表本讲稿第十八页，共四十九页其中其中A为水银槽的截面积为水银槽的截面积;V为气压表内的水银体积为气压表内的水银体积;为铁的热膨胀系数为铁的热膨胀系数.定槽式气压表定槽式气压表对于定槽式气压表对于定槽式气压表,必须将水银槽的热膨胀效必须将水银槽的热膨胀效应考虑在内应考虑在内,而写成下述形式：而写成下述形式：本讲稿第十九页，共四十九页3 3）气压表读数的重力订正）气压表读数的重力订正气压表读数经仪器误差、温度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后还应进行重力订正本讲稿第二十页，共四十九页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 1、纬度订正、纬度订正 在海平面，重力加速度随纬度的变化：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：式中式中h为测站的海拔高度；为测站的海拔高度；h 为以测站为中心，半径为为以测站为中心，半径为150km范围内的范围内的平均海拔高度。平均海拔高度。式中式中D为测站正下方的水深；为测站正下方的水深；D 为以测站为中心，半径为以测站为中心，半径150km范围内范围内的平均水深。的平均水深。本讲稿第二十一页，共四十九页海岸附近测站：海岸附近测站：式中式中 为为150km范围内，陆地面积所占的比例。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（场正后，获得的气压数据称作为本站气压（场面气压）。面气压）。本讲稿第二十二页，共四十九页4 4）海平面气压订正）海平面气压订正设设A点为某站，其场面点为某站，其场面气压为气压为Ph，海拔高度为，海拔高度为h，将它的场面气压订正到海将它的场面气压订正到海平面上，就是把平面上，就是把A点所在平点所在平面至海平面（图中面至海平面（图中B所在平所在平面）这段空气柱的压力加到面）这段空气柱的压力加到Ph上。根据压高公式可得：上。根据压高公式可得：本讲稿第二十三页，共四十九页M M可写成：可写成：本讲稿第二十四页，共四十九页计算步骤：计算步骤：本讲稿第二十五页，共四十九页例例1 1：已知：已知P Ph h=730.05mmHg=730.05mmHg，t to o=7.4C=7.4C，t th h=-=-3.2 3.2，h=255mh=255m，求，求P Po o,C,C？解：解：本讲稿第二十六页，共四十九页例例2 2：已知：已知P Ph h=735.0mmHg=735.0mmHg，h=200m,th=200m,th h=10.0,=10.0,=0.6=0.6/100,/100,求求P Po o,C,C？解：解：本讲稿第二十七页，共四十九页 5 5）水银气压表读数订正总结：水银气压表读数订正总结：从气压读数订正到海平面气压。从气压读数订正到海平面气压。1 1、经仪器误差订正：、经仪器误差订正：器差订正后器差订正后 原始读数原始读数 器差订正值器差订正值2 2、经仪器误差、温度订正：、经仪器误差、温度订正：本讲稿第二十八页，共四十九页水银气压表读数订正总结：水银气压表读数订正总结：3 3、经温度、纬度、高度重力订正（本站气压）：、经温度、纬度、高度重力订正（本站气压）：4 4、海平面气压：、海平面气压：本讲稿第二十九页，共四十九页5.气压表的安装和观测方法气压表的安装和观测方法1）气压表的安装：）气压表的安装：气压表应该安装在气压室内，严格垂直悬挂气压表应该安装在气压室内，严格垂直悬挂在墙上；在墙上；对气压室的要求：对气压室的要求：气压室内温度均匀少变，无冷热源；气压室内温度均匀少变，无冷热源；避免阳光直射；避免阳光直射；减少气流流动。减少气流流动。本讲稿第三十页，共四十九页5.气压表的安装和观测方法气压表的安装和观测方法2）气压表的读数步骤：）气压表的读数步骤：测定附属表温（准确到测定附属表温（准确到0.1C）；）；调整槽内水银面与象牙针相切（动槽）；调整槽内水银面与象牙针相切（动槽）；调整游标尺恰好与水银柱顶相切；调整游标尺恰好与水银柱顶相切；读取、记录气压值（准确到读取、记录气压值（准确到0.1mmHg或或0.1hpa)降下水银面使其与象牙针脱离。降下水银面使其与象牙针脱离。本讲稿第三十一页，共四十九页二、二、空盒测压空盒测压 空盒气压表的感应元件是由一组空盒气压表的感应元件是由一组具有弹性的、抽成真空的（或残留具有弹性的、抽成真空的（或残留少量空气）空盒组成。少量空气）空盒组成。将空盒底部固定，顶部可自由将空盒底部固定，顶部可自由移动，用以操作指示读数的机械系移动，用以操作指示读数的机械系统。统。1 1、空盒气压表、空盒气压表本讲稿第三十二页，共四十九页本讲稿第三十三页，共四十九页2 2、空盒气压计、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；自记部分放大部分；自记部分 本讲稿第三十四页，共四十九页本讲稿第三十五页，共四十九页原理：受力产生形变，弹性应力与大气压力平衡影响测量精度的因素弹性后效温度效应本讲稿第三十六页，共四十九页 空盒弹性后效空盒弹性后效 1）当气压变化停止后，空盒形变还继续一段时间；）当气压变化停止后，空盒形变还继续一段时间；克服方法：反复老化处理克服方法：反复老化处理 2）升降压曲线不重合（滞差环）。）升降压曲线不重合（滞差环）。克服方法：查检定曲线克服方法：查检定曲线本讲稿第三十七页，共四十九页空盒弹性的温度效应空盒弹性的温度效应 1）双金属片补偿法双金属片补偿法 温度升高时，弹性力减弱。温度升高时，弹性力减弱。如果大气压力维持不变，在升温时空盒的如果大气压力维持不变，在升温时空盒的厚度将变薄厚度将变薄补偿的办法有两种：补偿的办法有两种：本讲稿第三十八页，共四十九页2 2）残余气体补偿法）残余气体补偿法 空盒内留有一定压力空盒内留有一定压力 的气体的气体本讲稿第三十九页，共四十九页空盒测压不如水银气压表精确，因此一般台站上，只作为参考仪器。由于它便于携带、使用方便、维护容易，适用于野外考察或测压准确度要求不太高的观测用。本讲稿第四十页，共四十九页三 振筒式压力传感器感应元件是用高导磁率、高弹性的金属制成薄壁圆筒。一端封闭，另一端固定在基座上。振动筒的外侧是用保护筒构成的真空腔；内侧与自由大气相通，并有两个线圈骨架，分别装上激振线圈和拾振线圈。可以准确地确定振筒振动的频率。本讲稿第四十一页，共四十九页（振动筒式压力传感器（振动筒式压力传感器）本讲稿第四十二页，共四十九页原理：弹性金属圆筒在外力作用下发生振动，当筒壁两边存在压力差时，其振动频率随压力差而变化，根据振筒频率与大气压力的关系，即可得出大气压力。这种感应元件测压精度高，其输出是电参量（频率或周期），便于对气压实行遥测。本讲稿第四十三页，共四十九页四四 膜盒式电容气压传感器膜盒式电容气压传感器 膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。当大膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。当大气压力产生变化时，使真空膜盒（包括金属膜盒和单晶气压力产生变化时，使真空膜盒（包括金属膜盒和单晶硅膜盒）的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变，硅膜盒）的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变，通过测量电容量来测量气压。通过测量电容量来测量气压。本讲稿第四十四页，共四十九页五五 压阻式气压传感器压阻式气压传感器 压阻式气压传感器是利用气压作用在敏感元件所覆压阻式气压传感器是利用气压作用在敏感元件所覆盖的抽成真空的小盒上，通过小盒使电阻受到压缩或拉盖的抽成真空的小盒上，通过小盒使电阻受到压缩或拉伸应力的作用，由压电效应知道电阻值的变化与气压的伸应力的作用，由压电效应知道电阻值的变化与气压的变化成正比，通过测量电阻值来测量气压。变化成正比，通过测量电阻值来测量气压。本讲稿第四十五页，共四十九页六六 沸点气压表沸点气压表原理：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确的，利用这特性测量气压已在一些探空仪上得到应用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这种方法并不是直接测量大气的压力,而是将而是将复杂的气压的测量转化为温度的测量。为大气压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将一个装有纯净液体的容器与待测空气相通，将通，将 溶液加热到沸点，溶液表面的饱和溶液加热到沸点，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。点温度就可计算出大气压力。本讲稿第四十六页，共四十九页 大气压力与沸点温度的关系为：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本讲稿第四十七页，共四十九页复习思考题复习思考题1.1.简述动槽式、定槽式水银气压表的观简述动槽式、定槽式水银气压表的观测原理。测原理。2.2.水银气压表误差主要有哪些？说明原水银气压表误差主要有哪些？说明原理。理。3.3.如何对水银气压表读数进行器差、温度、如何对水银气压表读数进行器差、温度、重力订正。重力订正。4.4.简述空盒气压计、空盒气压表的测压原理。简述空盒气压计、空盒气压表的测压原理。5.5.简述空盒气压计的弹性后效、弹性温度简述空盒气压计的弹性后效、弹性温度效应原理及效应原理及 其解决方法。其解决方法。本讲稿第四十八页，共四十九页复习思考题复习思考题6.6.简述沸点气压计测压原理。简述沸点气压计测压原理。7.7.气压传感器的工作原理气压传感器的工作原理8.8.已知在北纬已知在北纬40400 0，海拔高度为，海拔高度为120m120m的气象站，动槽的气象站，动槽式水银气压表的气压读数为式水银气压表的气压读数为741.2mmhg741.2mmhg，器差为，器差为0.2mmhg0.2mmhg，t th h=25=250 0C C，th12=30.6th12=30.6,r=0.6r=0.60 0C/100C/100，h=0m,h=0m,求：求：P Ph h,P,P海，海，本讲稿第四十九页，共四十九页