2008.10.13.
TGBL1116 Meteorológiai műszerek
A légnyomás mérése, megfigyelése
Bíróné Kircsi Andrea Egyetemi tanársegéd DE Meteorológiai Tanszék Debrecen, 2008/2009 II. félév
Légnyomás definíciója Nyomás:fizikai mennyiségként egységnyi felületre eső erőhatást adja meg p=F/A 1Pa=1N/m2 A levegő tömege a nehézségi erő hatására nyomóerőt gyakorol a testekre, ennek felületegységre gyakorolt értéke a légnyomás. légnyomás A légnyomás mértéke a magasság függvénye, ami annyit jelent, hogy a magassággal arányban csökken a felületegységre ható nyomóerő. p=hρg, ahol h a légoszlop magassága, ρ a levegő sűrűsége, g a nehézségi gyorsulás
Barométer fejlődése Castellini tanítványa Torricelli 1643-ban kísérletben bizonyítja a H mint Hg, i t nagy ffajsúlyú j úl ú anyag használhatóságát a légnyomás mérésében Viviani – barometer megszerkesztése
A légnyomás mérése Ha kb. 1m hosszú, egyik végén zárt üvegcsövet higannyal töltünk fel s nyitott végével lefelé fordítva higannyal telt edénybe állítjuk, azt tapasztaljuk, hogy a higany nem ömlik ki a csőből, hanem bizonyos magasságig továbbra is kitölti azt. Az edényben lévő higany minden A nagyságú keresztmetszetére a rá nehezedő légoszlop ugyanakkora nyomást gyakorol, mint az A keresztmetszetű, h magasságú higanyoszlop súlya. A súlyt megkapjuk, ha a csőben lévő higany tömegét megszorozzuk a rá ható nehézségi erővel, g-vel. Ha a higanyoszlop keresztmetszete A, a Hg sűrűsége ρ, az egyensúlyt a F=Ahρg egyenlet fejezi ki. Ebből a légnyomást megkapjuk, ha a nyomóerőt felületegységre vonatkoztatjuk.
Légnyomás mértékegységei 1Pa=1N/m2 Normál nyomás: 1 atm=105Pa=1013mbar 1bar=105Pa=100000Pa=1000mbar =750Hgmm Normál légnyomáson 760mm magas higanyoszlop tart egyensúlyt – 760Torr 1atm=101325Pa=1013.25mbar=760Hgmm=760Torr Kanadában és USA-ban higanyhüvelyk - inHg Egy a tengerszinttől a légkör tetejéig tartó 1 cm2-es levegőoszlop tömege körülbelül 1,037 kg. Egy 1 m2 alapterületű oszlopra 100 KN (kilonewton) erő hat.
1
2008.10.13.
A légnyomás mérése Mért paraméterek Levegő aktuális nyomása – tengerszintre átszámítva -izobár Légnyomás tendencia izallobár: elmúlt 3 óra, vagy más időszak végéig tartó nyomás változás nagysága és iránya
Statika alapegyenlete A légnyomás magasság szerinti változásának törvényét tanulmányozva képzeljünk el egy egységnyi keresztmetszetű légoszlopot. E légoszlopban pedig egy végtelenül kicsiny dz magasságú darabot. Ebben a darabban lévő levegő g súlyával y fog g csökkenni a légnyomás, g y ha dz magassággal emelkedünk. Nyilvánvaló, hogy a dz magasság-növekedéshez tartozó dp nyomáscsökkenés értéke egyenlő lesz a dz térfogategységben foglalt levegő tömegének a nehézségi gyorsulással való szorzatával.
Légnyomás mérése Normál /standard Legfontosabb légköri paraméter, amely légköri nyomás: előrejelzést segíti – pontos 0°C-on mért Tengerszintre átszámított Standard nehézségi gyorsulás – 45° szélességre számított g=9.80665m/s2
mérése kulcsfontosságú Mérési tartomány: 500-1080hPa 0.1hPa pontosság Szenzor idő konstansa: 20s Átlagolási idő: 1 min Nem csak az eszközre, hanem az elhelyezésre is vonatkozik kritérium
Magasságmérés barométerrel Barometrikus magasságformula:
dp=-gρdz
Légnyomásmérők csoportosítása 1. Folyadékbarométer – Fuess, Fortin Higanyoszlop magasságának a változása 2. Aneroid barométerek, folyadék y nélküli – fémszelence alakváltozása - barográfok 3. Forrásponthőmérők, hipszométerek – folyadékok forráspontja változik 4. Elektromos barométerek – kvarckristály piezorezisztens tulajdonsága változik nyomás hatására
Légnyomásmérők csoportosítása - Folyadék
Nyers barométer állás Hg oszlop magassága Nullpont
2
2008.10.13.
Fuess rendszerű állomásbarométer Nincs nullpont beállítás Kompenzációs a skála Nóniuszos csúszka segíti g a leolvasást Hg cső átmérője 6-8mm Hőmérsékleti korrekcióhoz hőmérő Megengedett hiba +-0,3mbar
Különleges barométerek
Folyadékbarométerek korrekciói 1. Hőmérsékleti korrekció – 0°C-ra számítják át 2. Nehézségi korrekció – 45°szélességre és tengerszintre számítják át 3. Hibaindexek 1. Kapilláris korrekció – Hg-ba merülő kapilláriscsőnek szélesednie kell 2. Gőznyomás korrekció - párolgó Hg gőz nyomást gyakorol a Hg oszlopra
Folyadékbarométerek Csökkenő légnyomás a vihar, csapadék érkezését jelzi Kezdetleges módszer az időjárás ő á á előrejelzésére ő é é Goethe barometer
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Barometer_Goethe_01.jpg
Folyadékbarométerek Fitzroy időjárás előrejelző eszköze 1850-es évekből – Fitzroy viharbarométere Kombinált eszköz a hőmérséklet és a légnyomás együttes mérésére – Brit szigeteken operatív módon használták Desztillált víz, etanol, potassium nitrát, ammónium-klorid és kámfor keveréke.
Elhelyezés folyadékbarométer Egyenletes hőmérsékletű hely Fix elhelyezés, függesztve Nincs kitéve az időjárás viszontagságainak Barométer leolvasásának időpontja a pontos terminusidő
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Storm_glass.jpg
3
2008.10.13.
Légnyomásmérők csoportosítása – Aneroid
Légnyomásmérők csoportosítása – Aneroid Berillium és réz ötvözetből készült fémszelence – Vidie-féle Vidie féle doboz A szelence alakváltozása mutatja a nyomás változását folyamatosan barográf
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Barometer.JPG
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Aneroid_barometer.JPG
Légnyomásmérők csoportosítása - barográf
Barográfszalag heves vihar idején
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Barograph_03.jpg
Forrásponthőmérő hipszométer Víz forráspontja csökken, ha csökken a légnyomás A magassággal csökken forráspont Pontos hőmérő Magasságmérés légnyomásmérés
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Barograph_01.jpg
Elektromos barométerek
Precision Air-Pressure Sensor Silicium resonator 35 1310 hPa 35...1310 Alkalmazható: Altitude 0…10.000 m temperatures -40…+70°C
http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectric_sensor
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
4
2008.10.13.
AIR-PRESSURE SENSOR
AIR-PRESSURE SENSOR
Pressure-sensitive silicium diaphragm, capacitive 600...1100 hPa Altitude 0…3200 m temperatures -40…+60°C Cruise ships heliports professional meteorology e.g. at airports industrial applications development weather stations
Absolute pressure... is measured inside the cost effective, practical and robust standard housing. The technical design makes the measuring range changeover on site as well as the choice of the output signal possible. The universally applicable sensor is the proper solution for price conscious customers. It distinguishes itself by its low maintenance and easy operation.
Piezo-resistive Piezo resistive pressure measuring cell 600...1100 hPa switchable to 800...1100 hPa Altitude 0…4000 m temperatures 20…+70°C humidity 0...99% r. h.
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
Digital Precision AirPressure Measuring Instrument Silicium resonator 35...1300 hPa / ± 0.02% FS ± 0.26 hPa Altitude 0...10.000 m temperatures 10…+50°C 24 mértékegységben: mbar bar Pa hPa kPa M Pa kg/cm² kg/m² mmHg c mHg mHg mmH2O cmH2O mH 2O torr atm psi lb/ft² inH g inH2O ftH2O m in
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
Barograph - Drum recorder Set of aneroid capsules (nickel silver)) 9-fold high-quality aged compensated Off the line and manipulation proof Wider drum (160 mm), high resolution Pressure measuring element with overload protection for transport to up to 2700 m altitude Highly precise and application oriented
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
PRECISION METAL BAROMETER Aneroid capsule liquid thermometer t works reliably in altitudes between 0 and 500 m. 920…1050 hPa 5…+45°C
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
Micro manometer Lowest pressure… triggers a precise display in the sensible liquid fine pressure measuring instrument. Overpressure, low pressure and d diff differential ti l pressure can be measured stationary as well as mobile. Two tubular spirit levels, the stable cast foot with three point support as well as the movable zero point warrant easy set up and operation. Analogous display of absolute and differential pressure Reference device
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
http://www.lambrecht.net/de/html/Home_17.php
5
2008.10.13.
Micro manometer Micro-pressure gauges are used to measure inert gases in the gauge, vacuum and differential pressure domain. These instruments have high measuring sensitivity and resolution (scale length up to 4000 mm) mm). With the aid of the mirror ring and knife-edge pointer, measured values can be read accurately and free from parallax error. The micro-pressure gauges can be built into control panels, portable metal boxes or calibrators.
Köszönöm a figyelmet! Bíróné Kircsi Andrea
[email protected] http://meteor.geo.klte.hu
http://www.cameroninstruments.com/page/thommen.html#Anchor-HM35-21683
6
