Что такое барометр, как им пользоваться и кто его изобрел?

Какие бывают виды барометров

Барометр изобретен в 1641 году итальянским математиком и физиком Джованни Баттиста Балиани (это была водяная конструкция). Несколько лет спустя, в 1644 году, Эванджелиста Торричелли изобрел первый ртутный барометр.

Основная функция барометра – показывать состояние атмосферного давления. Как происходит этот процесс? Устройство оснащено колонкой, внутри которой находится ртуть. При контакте с силой, действующей со стороны воздуха, ртуть перемещается по градуированной шкале и останавливается на относительном значении, соответствующем давлению.

Технологическая эволюция повлияла на сектор барометров, и теперь лучшие производители предлагают приборы всех типов и размеров, работающие без ртути, которая признана токсичным загрязняющим металлом. Таким образом, ртутные модели стали частью истории, их легче найти в музее, а на рынке зарекомендовали себя аналоговые и цифровые устройства.

Аналоговые или механические безжидкостные конструкции (обычно называемые анероиды) в основе сделаны из металла, используют давление воздуха на пружину, которая, сжимаясь, перемещает ручку-стрелку, указывающую на погодные условия. Им не нужны электронные схемы или батареи для получения результатов. Именно на них сфокусирован настоящий рейтинг.

Но есть новинки, цифровые экземпляры, которые являются самой современной версией этих измерительных устройств. Их особенности: используют встроенные электронные датчики, а показания отображаются на дисплеях. Популярность этих моделей объясняется наличием множества полезных для пользователя опций: часы, будильник, термометр, календарь фаз луны, гигрометр, барометр и т.п. Пара моделей для ознакомления вошла в наш ТОП, хотя эти приборы относятся к категории метеостанций.

Что такое барометр?

Барометром называют прибор, измеряющий атмосферное давление. Над поверхностью Земли расположен слой атмосферы толщиной в несколько десятков километров. Смесь газов, составляющая атмосферу, хотя и отличается небольшим весом, но в таких огромных количествах все же оказывает на земную поверхность определенное давление. Мы не замечаем его, так как наши организмы к нему хорошо приспособлены, однако величину атмосферного давления можно измерить.

Первые измерения давления атмосферы выполнялись с помощью очень простого измерительного прибора – тонкой стеклянной трубки, в которую была залита ртуть. Допустим, толщина трубки – 1 миллиметр, а длина – ровно 1000 миллиметров, или 1 метр.

Если опрокинуть трубку запаянным концом вертикально вверх, а открытым книзу, то часть ртути вытечет, а некоторое количество останется внутри. Ртуть будет вытекать, пока давление внутри трубки и снаружи не уравновесится.
Если измерить высоту столбика ртути в трубке, эту величину можно условно считать величиной давления атмосферы. Для нормальных погодных условий она составляет 760 миллиметров ртутного столба – это и есть показания ртутного барометра. В качестве жидкости, заполняющей трубку, можно использовать воду, спирт и т.д., но общепринятым является использование ртути.

Более удобным и точным в показаниях является так называемый барометр-анероид, или безводный барометр. Измерение давления в нем происходит с помощью запаянной коробки из тонкой жести, из которой откачана часть воздуха.

Под действием атмосферного давления стенки коробки прогибаются и растягивают или сжимают пружину, к другому краю которой прикреплена стрелка. Циферблат показывает, на какую величину изменилось давление атмосферы по сравнению с базовыми показателями.

Особенности барометра, как читать показатели

За точку отсчета на шкале барометра обычно принимают усредненный показатель нормального атм. давл. для ясной обычной погоды — 750 мм. рт. ст., то есть от этой отметки отсчитывают движение вниз или вверх. Отметка может быть другой, она зависит от условий местности, от среднестатистического показателя для конкретной территории, например, такая линия будет иной в горных районах.

Недостаток барометра — невозможно на 100% предвидеть осадки, погоду, время появления, продолжительность. Слишком много факторов влияет на точность, например, температура, влажность, высота местности, рельеф, ветреность. Чем резче и сильнее выше/ниже движется стрелка, тем большая вероятность прогноза и скорость наступления явлений.

На метеостанциях показания барометров уточняются данными со спутников, статистикой, измерителями перечисленных факторов. Другой относительный недостаток: радиус действия барометра ограниченный (приблизительно до 30 км, при циклонах, ураганах может быть больше).

Итак, чем выше подвинется столбик жидкости или стрелка заползет на отметки в сторону увеличения, тем значительные осадки ожидаются: от пасмурной погоды до дождя, шторма, бури. Чем интенсивнее движение, тем быстрее погодные явления. Но это общее правило, ниже мы уточним нюансы.

На шкале заводских изделий есть не только цифры, но и соответствующие надписи (солнечно, туман, дождь, гроза и так далее), их можно скопировать (фото есть в интернете) для самоделок.

Для рыбаков обычно трактовка такая:

• столбик поднимается постепенно — ясная устойчивая погода, но надо учесть, что каждая рыба имеет свои нюансы поведения. А в общем, это к хорошему клеву. Но если показатель уже высокий или чрезмерно быстро увеличивается, рыбалка может не быть успешной;
• при низкой величине (пасмурно, дождь) активны хищные рыбы, при повышенной — мирные виды плывут к берегу и активно питаются.

Классификация и виды

Практически используются три типа барометров, принцип действия которых по определению атмосферного давления различен:

• Ртутный барометр. Он состоит из вертикальной стеклянной трубки, выполненной в виде откалиброванной шкалы. Верхний конец этой трубки запаян, а другой конец находится в маленькой чашке с ртутью. Ртутные барометры часто используются на уроках физики в школах. По аналогичному принципу действует и менее точный водный барометр, только объём трубки заполняется не опасной для человека ртутью, а подкрашенной водой.
• Барометр-анероид. Он не содержит жидкости и состоит из небольшой гибкой металлической коробки, называемой анероидной капсулой, которая изготовлена ​​из сплава бериллия с медью. Металлическая коробка плотно закрыта, поэтому изменения атмосферного давления за пределами коробки вызывают расширение или сжатие пружин внутри коробки.
• Электронный барометр цифрового типа, который широко используется в современных домашних и профессиональных метеостанциях, а также в различных современных приборах. Он состоит из чувствительного узла обнаружения, который реагирует на изменение давления воздуха.

Кроме того, существуют и самодельные барометры, которые показывают результат, достаточный для практических наблюдений за погодой.

Назначение

Приборы измерения атмосферного давления используются повсеместно в быту, на кораблях, при астрономических наблюдениях, на метеостанциях, в общем, везде, где потребуется ради интереса или в связи с рабочей или иной необходимостью предвидеть погоду, но только на ближайший период (8–12 ч., или на следующий день).

Барометром можно определить высоту возвышенностей (поэтому заводские изделия часто совмещают высотомер), так как давление меняется с высотой. Часто прибор измеряет и относительную влажность (гигрометр).

Принцип действия механизма прибора измерения давления

Анероидный барометр чувствителен к изменениям температуры, поскольку капсула прибора и существующие соединения обладают свойствами расширяться или сжиматься при температурных колебаниях. Кроме того, упругие свойства материала капсулы также изменяются под влиянием температуры.

Существует несколько способов компенсации температурных перемещений компонентов анероидного барометра. Одним из наиболее элегантных решений является использование биметаллической полосы. Биметаллическая полоса состоит из двух плоских кусков металла, изготовленных из различных типов элементов или сплавов, сваренных один с другим.

Упрощённая схема механизма, указывающая на исполнение компенсационную деталь – биметаллическую полосу, в конструкции прибора: 1 – капсула под вакуумом; 2 – биметаллическая полоса; 3 – опорные подшипники; 4 – стрелка указатель

Учитывая предсказуемость изменения температуры биметаллической полосы и капсулы, биметаллическую полосу допустимо использовать для компенсации движений капсулы. По мере изменения температуры, два компонента биметаллической полосы расширяются в разной степени.

Этот фактор заставляет биметаллическую полосу изгибаться относительно компонента с меньшим коэффициентом расширения. Движение изгиба можно использовать для перемещения стрелки индикатора или сжатия вакуумной капсулы барометра для компенсации изменения температуры.

Связь между анероидной капсулой (сильфоном) и разверткой индикатора, по сложности механизма аналогична швейцарским часам. Фактически, качественная барометрическая связь включает массу одинаковых компонентов. Цель этой рычажной связи состоит в том, чтобы передать малое горизонтальное движение расширяющегося сильфона в движение стрелки циферблата. Используется форма рычага в виде качели.

Непосредственно конец качели движется по увеличенной дуге, относительно осевой точки. Благодаря тяге вакуумной капсулы, расположенной рядом с шарниром рычага, похожего на качели, перемещение значительно увеличивается на дальнем конце рычажной системы.

Любая нелинейность движения вакуумной капсулы компенсируется барабаном (улиткой). Барабан (изобретение Леонардо да Винчи) представляет собой шкив, наделённый спиральными зубьями, имеющий форму конуса.

В нулевой точке анероидного барометра конец рычага соединен цепью с серединой барабана. Когда сжимается рабочая капсула, барабан вращается, сдвигая цепь до меньшей длины. Любое незначительное движение цепи вызывает такое же движение стрелки индикатора барометра.

Механический барометр

Такие устройства являются ртутными. Использование механических барометров в быту считается опасным: ртуть является токсичным веществом. В бытовых условиях используют только безжидкостные механические барометры (анероиды), но они отличаются меньшей точностью.

На задней стенке любого механического барометра установлен регулировочный винт. Рекомендуется регулярно настраивать устройство, чтобы оно было более точным.

Спереди находится еще одна стрелка, но она не связана с механизмом. Ее возможно поворачивать только вручную.

Передняя стрелка позволяет следить за колебаниями атмосферного давления в течение нескольких дней

Для фиксирования текущих показаний следует выставлять стрелку на отметку с учетом актуальных данных (их определяет задняя стрелка). Регулярный контроль положения двух стрелок позволяет определять погодные изменения.

Механические барометры бывают настольными и настенными. Обычно их используют в учебных заведениях, офисах.

Ртутный барометр

Ртутный барометр — пара сообщающихся сосудов, внутри — ртуть, верх одной стеклянной трубки, длиной примерно в 90 см, закрыт, там нет воздуха. В зависимости от изменений в давлении ртуть под воздействием воздуха поднимается либо опускается в стеклянной трубке, а небольшой поплавок показывает движение ртутной массы и останавливается на отметке, показывающей её уровень в миллиметрах. Норма – ртуть на отметке 760 мм рт. ст., показания выше этого значения – идет процесс повышения давления, ниже – понижения. Барометры такого типа практически не используются в обычном обиходе, ведь ртуть является опасным ядовитым веществом, конструкция барометра довольно громоздка и требует острожного отношения. Поэтому они широко применяются только в лабораторных условиях, на различных научных метеорологических станциях и в промышленности, там, где важная абсолютная точность передачи данных.

Классический барометр-анероид

Система работы механического барометр-анероида, в котором отсутствует какая-либо жидкость, основан на принципе воздействия давления воздуха на металл. В середине прибора располагается коробка с тонкими гофрированными стенками из металла, под силой действия воздуха стенки сжимаются или разжимаются, рычажок поворачивает стрелку в ту или иную строну. Бывают настенного и настольного типа, очень удобны и практичны в использовании, поэтому их очень часто используют в домашних условия, в офисах и различных учреждениях.

Электронный барометр

Электронный (или цифровой) барометр — современная разновидность данного прибора, линейные показатели обычного барометра-анероида преобразовываются в электронный сигнал, который обрабатывается микропроцессором и выводится на жидкокристаллический экран. Имеет компактные размеры, прост и удобен в использовании, например, для рыбалки, туризма или как дачный вариант.

На данный момент уже существует цифровой вариант барометров, которые встроены как дополнительная функция в мобильное устройство или в часы-барометры.

Атмосферное давление

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, а также в Паскалях и гектоПаскалях. Принято считать нормальным давление, которое равно 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа) .

Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.

На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.

Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.

Давление и погода

Люди и животные не ощущают тяжести атмосферного давления, потому что его уравновешивает давление нашей крови. Но при повышении или понижении кровяного давления люди чувствуют себя плохо — они начинают испытывать либо силу давления собственной крови, либо силу давления атмосферы.

Атмосферное давление тоже не постоянно. В атмосфере образуются циклоны — атмосферные вихри, где давление понижено (до 560 мм рт. ст.), и области повышенного давления (до 816 мм рт. ст.) — антициклоны. Циклоны и антициклоны медленно перемещаются над поверхностью Земли, влияя на самочувствие людей и определяя смену погоды. Циклон низким давлением «притягивает» влагу и вызывает пасмурную погоду, дожди, снегопады. Высокое давление антициклона, напротив, вытесняет из зоны своего воздействия скопление водяных паров и устанавливает ясную сухую погоду. Измерив давление, можно предсказать погоду. Давление измеряют барометром.

Как выбрать

При выборе барометра точность предоставляемой информации имеет решающее значение.

Точность данных тесно связана с качеством и ценой устройства. Это не означает, что бюджетные модели всегда ошибаются, а свидетельствует о том, что самые точные и дорогие устройства предназначены для профессионалов. В течение дня происходит множество мелких колебаний атмосферного давления, отслеживание всех изменений в домашних условиях не требуется каждому пользователю.

• Система единиц измерения.

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба или в гектопаскалях. Необходимо определить, какая система подходит. У гипертоника или рыбака, предпочтения могут различаться.

• Дополнительные функции.

На что обратить внимание. Цифровые модели отражают множество показаний, в нескольких форматах, могут подключаться к смартфонам. Аналоговые барометры также могут предлагать расширенные возможности. Многие из них, помимо барометра, включают такие инструменты, как термометр и гигрометр, с помощью которых можно сделать точный прогноз общих погодных условий. Перечень функций ограничен, однако некоторым потребителям этого вполне достаточно. Какой лучше купить? Зависит от индивидуальных потребностей. Универсальные рекомендации здесь неуместны. Единственный совет: для первого использования можно купить простой бытовой барометр, а в будущем выбрать полноценную метеостанцию, предоставляющую самую разную информацию.

Барометр это известный интерьерный аксессуар, поэтому его внешний вид важен. Самые популярные модели – настенные. Они не мешают, украшают любую часть помещения, часто имеют оригинальную форму. Совмещение с часами позволяет сэкономить пространство. Материал корпуса чаще всего из дерева, в том числе элитных сортов, а также может быть из металла или пластика. Предлагаемое разнообразие позволяет подобрать модель под любой домашний стиль. Куда вешать, желательно решить еще до покупки.

Советы по настройке барометра

Барометр обязательно настраивают. Вот наши советы:

1. Рекомендуется узнать точный показатель атмосферного давления.
2. Затем используют регулировочный винт, расположенный сзади прибора.
3. Отверткой устанавливают основную стрелку на величину атмосферного давления. Иногда регулировочный винт не позволяет отрегулировать стрелку. В этом случае осторожно двигают шкалу.
4. В показания барометра вносят поправки при необходимости. Для этого ориентируются на инструкцию к прибору.

Такая настройка обязательна перед началом использования устройства. Затем показания снимают дважды в день в одинаковое время. Если отмечаются нестабильные погодные условия, показатели снимают чаще (примерно раз в 2 часа). Перед тем как узнать показания, желательно постучать пальцем по стеклу и снизить трение в системе привода стрелки для правильной фиксации.

Способы изготовления своими руками барометров

Жидкостный барометр в домашних условиях своими руками собрать можно чрезвычайно простыми методами, большинство из них сводятся к такой общей конструкции: запаянная сверху трубочка, открытым концом вставленная в емкость с жидкостью. Соломинка тоже наполняется некоторым количеством воды. Есть более элементарные способы, например, из лампочки, где прогноз показывает конденсат на стенках.

Совсем простой метод для создания подобия анероида: пустая банка с крышкой из резиновой мембраны от обычного шарика. Для экстремальных условий применяют ветки хвойного дерева, они имеют свойства подниматься/опускаться при разном атм. давл.

Для более сложных вариантов — электронных — потребуются навыки пайки, работы с радиодеталями, опыт создания печатных плат и запчасти в виде тензодатчиков, диодов, микроконтроллеров (Arduino, LM 3914), других радиодеталей.

Как вам статья?