Как работает атмосферный барометр?

Что такое атмосферный барометр?

Барометр окружающей среды — это устройство, используемое для измерения атмосферного давления окружающей среды, часто называемого давлением окружающей среды. Он способен обнаруживать изменения давления воздуха окружающей среды, обычно измеряемого в гектопаскалях (гПа) или миллибарах (мбар). Этот тип барометра жизненно важен для различных приложений, где необходимы точные и актуальные данные об атмосферном давлении. Барометры окружающей среды имеют широкий спектр применения в прогнозировании погоды, авиации, альпинизме и научных исследованиях.

Принцип работы атмосферного барометра

Принцип работы атмосферного барометра в основном основан на реакции чувствительных элементов внутри барометра на изменение давления воздуха. Эти чувствительные элементы могут быть металлической мембранной коробкой, кремниевой диафрагмой и т. д., они будут деформироваться при изменении внешнего давления воздуха. Когда давление воздуха повышается, чувствительные элементы сжимаются, генерируя соответствующий электрический сигнал; когда давление воздуха понижается, чувствительные элементы возвращаются в исходное состояние, и электрический сигнал изменяется. Измеряя изменения этих электрических сигналов, можно вывести текущее значение давления воздуха.

Барометры окружающего воздуха работают, обнаруживая изменения веса воздуха над ними, что напрямую связано с атмосферным давлением. Существует несколько методов измерения давления в барометре окружающего воздуха:

1. Механический барометр:

   - Используя герметичную металлическую коробку (называемую пустой или мембранной коробкой), давление воздуха внутри коробки остается постоянным при изменении внешнего давления воздуха, что приводит к изменению формы коробки. Это изменение преобразуется в движение указателя через механическое соединение для указания значения барометрического давления.

2. Электронный барометр:

   - Пьезоэлектрический датчик или емкостный датчик используется для измерения давления воздуха. Чувствительный элемент пьезоэлектрического датчика генерирует электрический заряд при воздействии давления воздуха, величина которого пропорциональна давлению воздуха. Емкостные датчики, с другой стороны, определяют давление воздуха путем измерения изменений емкости.

3. Рабочий процесс атмосферного барометра:

   - Индукция: датчик определяет атмосферное давление.

   - Преобразование: давление воздуха преобразуется в электрический сигнал.

   - Обработка: электрический сигнал усиливается и обрабатывается.

   - Дисплей: Окончательный дисплей представляет собой читаемое барометрическое значение. 

4. Ртутный барометр: 

Традиционный ртутный барометр был изобретен Эванджелистой Торричелли в 1643 году, он использует столб ртути в запаянной трубке для уравновешивания веса атмосферы. По мере изменения атмосферного давления высота столба ртути соответствующим образом регулируется.

Сценарии применения атмосферного барометра

1. Метеорологический мониторинг:

   - Используется на метеостанциях для отслеживания изменений барометрического давления и помощи в прогнозировании погоды. Изменения барометрического давления часто указывают на изменения погоды, например, падение барометрического давления может указывать на приближающийся шторм.

2. Авиационная сфера:

   - Используется в самолетах для измерения высоты полета, поскольку высота связана с барометрическим давлением. Барометры помогают пилотам определять высоту самолета и осуществлять навигацию. 

3. Альпинизм и активный отдых:

   - Альпинисты и любители активного отдыха используют атмосферные барометры для прогнозирования изменений погоды, оценки высоты и мониторинга физического здоровья.

4. научные исследования и образование:

   - Используется в научных исследованиях и образовании, чтобы помочь студентам и исследователям понять влияние атмосферного давления на окружающую среду и климат.

5. Умный дом:

   - В системах «умный дом» барометры могут использоваться для отслеживания изменений давления воздуха внутри и снаружи помещений, работая совместно с другими датчиками для предоставления более полной информации о среде обитания.

6. Морской: 

На борту судов атмосферные барометры помогают прогнозировать морские условия и планировать маршруты. Они также используются для корректировки изменений атмосферного давления при калибровке приборов.

7. Измерение высоты:

 В альпинизме и на открытом воздухе портативные атмосферные барометры помогают определять высоту и следить за погодными условиями на больших высотах.

8. Промышленное применение: 

В таких отраслях, как нефтегазовая промышленность, атмосферные барометры используются для контроля давления в резервуарах для хранения и трубопроводах с целью обеспечения безопасности и эффективности эксплуатации.

Подвести итог

Барометр окружающей среды — это важное сенсорное устройство, которое обеспечивает жизненно важную поддержку данных путем измерения изменений давления воздуха в окружающей среде. Он имеет широкий спектр применения в прогнозировании погоды, авиации и навигации, альпинизме и разведке, а также в умном доме и мониторинге здоровья. Ценность барометров окружающей среды заключается в их способности предоставлять точные данные об атмосферном давлении, чтобы помочь людям лучше понимать изменения погоды, обеспечивать безопасность полетов и играть важную роль в научных исследованиях и образовании.