Bài giảng thiết bị đo khí áp

Cấu tạo Chậu gồm ba phần vặn khớp với nhau, + Phần đáy chậu: Nơi chứa thủy ngân + Phần giữa có vách ngăn 3, trên vách ngăn có các lỗ thủng 4 để làm giảm mức độ sánh của thuỷ ngân và g

Trang 1

Bài 3

THIẾT BỊ ĐO KHÍ ÁP

Trang 2

I Bản chất của khí áp

và các đơn vị đo

Khí quyển là một lớp không khí bao quanh Trái đất

Khí quyển của Trái đất, nhờ trọng lượng của nó tác động một áp lực lên bề mặt Trái đất

Áp lực đó bằng trọng lượng của một cột không khí thẳng đứng có thiết

diện ngang là một đơn vị diện tích ở trên bề mặt Trái đất và kéo dài tới

giới hạn trên của khí quyển

Khái niệm

Trang 3

Đơn vị của khí áp thường được dùng rộng rãi là: mmHg, miliba (mb),

Pascal (Pa), hecto Pascal (hPa)

(1hPa = 1 mb = 100Pa = 0,750062mmHg = 0,02953 inchHg; 1Pa = 1N/m2 )

Trang 4

II Nguyên lí hoạt động của thiết

bị đo khí áp

Thường dùng các dụng cụ khác nhau, hoạt động của chúng dựa trên ba

nguyên tắc vật lí cơ bản sau:

2 Khí áp có thể cân bằng với màng của một hộp kim loại rỗng được làm căng phồng lên bằng lò xo

1 Khí áp kế thủy ngân hoạt động dựa trên sự cân bằng trọng lượng của cột thuỷ ngân với khí áp (định luật thuỷ tĩnh);

3 Nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc vào khí áp

Trang 5

III Khí áp kế Thủy ngân

Gồm các loại sau:

• Khí áp kế KEW

• Khí áp kế Fortin

Trang 6

1 Khí áp kế KEW

Điểm 0 của thang độ là mực thủy ngân trong

chậu của khí áp kế

a Cấu tạo

Chậu gồm ba phần vặn khớp với nhau,

+ Phần đáy chậu: Nơi chứa thủy ngân

+ Phần giữa có vách ngăn (3), trên vách ngăn

có các lỗ thủng (4) để làm giảm mức độ sánh

của thuỷ ngân và giữ cho không khí khỏi lọt vào

trong ống thuỷ tinh

+ Phần mặt trên của chậu:

• Khoảng trống trên mặt thuỷ ngân được coi là

chân không (10-3-10-4mmHg)

• Mặt thuỷ ngân trong chậu được thông với

không khí bên ngoài nhờ lỗ nhỏ (5) trên nắp

chậu Lỗ thông khí này luôn được đậy bằng một

ốc có vòng đệm bằng da

Trang 7

a Cấu tạo

ống thuỷ tinh (1) dài khoảng 80cm đầu trên hàn

kín, Đầu dưới được gắn vào nắp chậu (2) bằng

nhựa cứng hoặc gang Thang độ (6) khắc trên vỏ

bọc (7) bằng thau bao quanh suốt chiều dài của

ống

Ở phần vỏ bọc ghi thang độ có hai khe rộng (8)

để nhìn được đầu cột thuỷ ngân trong ống thuỷ

tinh Trên hai khe này có lắp một vòng mang con

chạy (9) (Trên con chạy khắc 10 vạch chia)

chuyển dịch lên xuống được nhờ ốc vặn (10)

Ở phần nửa dưới của vỏ bọc có gắn một nhiệt

kế thuỷ ngân (11) để đo nhiệt độ của thuỷ ngân

Trang 8

b Nguyên tắc hoạt động

Khí áp kế thủy ngân hoạt động dựa trên sự cân

bằng trọng lượng của cột thuỷ ngân với khí áp:

Áp suất khí quyển tác động lên bề mặt thủy ngân

để hở trong chậu sẽ cân bằng với trọng lượng cột

thỷ ngân trong ống khí áp kế

Trang 9

c Cách sử dụng

Sự thay đổi của khí áp theo theo phương ngang là không lớn, vì vậy, tại trạm khí tượng, trị số khí áp ở trong và ngoài phòng làm việc được coi là như nhau Vì vậy, khí áp kế được đặt trong phòng làm việc

Không được đặt khí áp kế gần cửa sổ và cửa ra vào để tránh những tác động

Trang 10

d Trình tự quan trắc :

- Đọc nhiệt độ trên nhiệt kế phụ của khí áp kế chính xác tới 0,10C;

- Dùng ngón tay gõ nhẹ vào thành ống để cho lượng

thuỷ ngân dồn hết xuống dưới đáy

- Vặn cho con chạy vượt lên khỏi mặt thuỷ ngân trong

ống thuỷ tinh rồi vặn dần cho con chạy dịch chuyển

xuống và dừng tại vị trí hai đáy của con chạy tiếp tuyến

với đỉnh cột thuỷ ngân;

- Đọc trị số khí áp chính xác tới 0,1mb

Trang 11

2 Khí áp kế Fortin

a Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Trang 12

a Cấu tạo

Khí áp kế Fortin là loại khí áp kế thuỷ ngân kiểu chậu

Chậu khí áp kế gồm có ba bộ phận chính:

• Túi da phía dưới có vít điều chỉnh mực thủy ngân(12)

• Vách ngăn là một ống thuỷ tinh (7)

• Đỉnh chậu có đầu kim ngà (1) dùng làm mực chuẩn chỉ điểm 0 của thang độ khí áp kế

Các phần của chậu được nén lại với nhau bằng các bulông

Thuỷ ngân trong chậu được cách li với các bộ phận bằng kim loại khác nhờ những nắp bằng gỗ để tránh các phản ứng hoá học

Trang 13

Độ chính xác của cột thuỷ ngân được xác định bằng du xích vernier lắp ở

phần khe hở phía trên của ống kim loại

Du xích vernier được lắp trên mọi khí áp kế thuỷ

ngân

Trang 14

Hình 3.4 Du xích Verniê

a Cấu tạo

Khi đọc khí áp kế, mép dưới của du xích vernier (vạch 0 của thang vernier)

được đưa tới sát đỉnh cột thuỷ ngân

Nếu thấy vạch 0 của du xích vernier ở giữa hai độ

chia của thang chính, người ta sẽ ghi độ chia nào

của thang vernier trùng khớp với độ chia của

thang độ chính

Trang 15

Trang 16

c Cách sử dụng

Khí áp kế Fortin được đặt trong hộp bảo vệ treo trên một cột gỗ hoặc tường nhà sao cho mực 1000mb trên thang độ cách nền nhà 1,4-1,5m

Chậu khí áp kế ở vị trí tự do, không chạm vào thành hộp bảo vệ

Các ốc vít ở vòng ôm chậu khí áp kế được vặn đến mức vừa chạm tới thành ngoài của chậu

Không được đặt khí áp kế gần cửa sổ và cửa ra vào để tránh những tác động

Trang 17

d Trình tự quan trắc :

- Đọc nhiệt độ trên nhiệt kế phụ của khí áp kế;

- Dùng ngón tay gõ nhẹ vào thành ống bảo vệ

- Vặn ốc điều chỉnh ở đáy chậu để nâng mực thuỷ ngân trong chậu lên vừa chạm tới đầu mũi kim ngà;

- Xoay núm vặn ở phía trên để đưa vị trí hai mép dưới của con chạy về tiếp tuyến với đỉnh cột thuỷ ngân trong ống thuỷ tinh để đọc trị số khí áp (cách đọc như đối với khí áp kế KEW);

- Cuối cùng nới ốc điều chỉnh ở đáy chậu khí áp kế để đưa mực thuỷ ngân trong chậu xuống thấp hơn đầu mũi kim ngà

Trang 18

Trang 19

III Khí áp kế

3 Hiệu chính số đọc của khí áp kế thuỷ ngân về điều kiện tiêu chuẩn

3.1 Hiệu chính sai số khí cụ

Hiệu chính khí cụ là số hiệu chính gây ra do kĩ thuật chế tạo khí áp kế

Ví dụ: thiết diện của ống thuỷ tinh không đều trên khắp chiều dài của ống, thang độ chia không đều,

Trang 20

Số hiệu chỉnh Ct tại nhiệt độ t0C được xác định theo công thức:

at 1

b)t B(a

a là hệ số dãn ở khối của thuỷ ngân; b là hệ số dãn nở dài của thang đo; B là

số đọc của khí áp kế tại nhiệt độ t0C

3.2 Hiệu chỉnh về nhiệt độ

- Vạch chia độ của khí áp kế thủy ngân được làm trong đktc thực tế khí áp dùng trong mt tự nhiên ko phải ở đktc  Sai số do nhiệt độ gây ra do tác động co dãn

Khi đo khí áp kế theo độ cao cột thuỷ ngân, người ta lấy trọng lượng riêng của

nó ở nhiệt độ 00C là 13,595g/cm3

Hiện tại: ΔP(t) = -P (0.000163t/(1+0.0001818t))

P: Trị số khí áp đọc trên khí áp kế

T : Nhiệt độ trên khí áp kế

Trang 21

Trang 22

3.3 Hiệu chính về gia tốc trọng trường

a) Hiệu chính trị số khí áp về điều kiện gia tốc trọng trường ở vĩ độ 45 0

b) Hiệu chính trị số khí áp về độ cao

Cột thủy ngân trong khí áp kế chịu tác dụng của trọng lực trái đất Lực này phụ thuộc vào vĩ độ và độ cao  hiệu chỉnh trọng lực trái đất gồm 2 phần

Trang 23

3.3 Hiệu chính về gia tốc trọng trường

Gia tốc trọng trường thay đổi theo vĩ độ địa lí vì lực li tâm sinh ra do sự quay của Trái đất thay đổi theo vĩ độ địa lí

Lực li tâm luôn luôn hướng ngược chiều với gia tốc trọng trường

+ ở xích đạo lực li tâm có giá trị lớn nhất nên gia tốc trọng trường có giá trị nhỏ nhất (g0 = 9,7805 m/s2),

+ ở cực lực li tâm bị triệt tiêu cho nên gia tốc trọng trường ở đây có giá trị lớn nhất (g90 = 9,8325m/s2)

+ ở vĩ độ 450 thì g45 = 0,5(g0 + g90) = 9,8065 m/s2

+ Tại vĩ độ bất kì, gϕ = g45(1 - 0,00265cos2ϕ)

Trang 24

3 Hiệu chính về gia tốc trọng trường

Trong cùng điều kiện khí áp p, gọi Pϕ là độ cao cột thuỷ ngân của khí áp kế đặt tại vĩ độ ϕ

Gọi P45 là độ cao cột thủy ngân của khí áp kế đặt tại vĩ độ 450

Trang 25

n

g

gP

P

=Người ta chứng minh được Pn = Ph (1 - 196x10-9h)

∆

∆Ph = 196 x 10-9hPh

Trang 26

Số hiệu chính khí áp về điều kiện gia tốc trọng trường ở độ cao mực biển là:

Trang 27

Để so sánh khí áp tại trạm với bản đồ synốp người ta thường quy trị số

T: Nhiệt độ không khí (0C)

Trang 28

6 Các nguồn sai số chính đối với khí áp kế thuỷ ngân

a) Ảnh hưởng của gió

Những cơn gió mạnh và giật có thể gây nên những sai số, tác động này

có thể làm khí áp thay đổi đến khoảng 2-3mb

b) Ảnh hưởng của sự phân tầng nhiệt độ trong phòng đặt khí áp kế

Khi trong phòng đặt khí áp kế do không được thông gió hay do một số điều kiện đặc biệt nào đó làm cho nhiệt độ bầu nhiệt kế khí áp kế và phần trên

của khí áp kế có thể khác nhau

Để khắc phục, ta dùng một quạt điện nhỏ có thể ngăn ngừa, nhưng trước

khi đọc khí áp phải tắt quạt để tránh sự thay đổi có thể có của áp suất động

Trang 29

c) Ảnh hưởng của chất khí và hơi nước trong phần chân không của khí áp kế

ở phía trên cột thuỷ ngân trong ống khí áp luôn tồn tại một lượng chất khí và hơi nước nhỏ

được minh chứng mỗi khi ta nghiêng khí áp kế, tiếng va chạm giữa giữa

cột thuỷ ngân với đầu hàn kín của ống thủy tinh không rõ ràng; chân không tuyệt đối, tiếng va cham sẽ rất đanh

Khi thực hiện việc thử này, ta không được nghiêng quá mạnh để tránh gây

vỡ khí áp kế

Khi thấy những sai lệch rõ ràng về chỉ số của khí áp kế, ta cần tiến hành so sánh nó với khí áp kế chuẩn

Trang 30

d) Ảnh hưởng của mao dẫn

Đối với những ống khí áp kế cỡ nhỏ, sức căng mặt ngoài có thể gây ra sự giảm áp suất đáng kể của cột thuỷ ngân Hiệu ứng được biểu thị bằng:

Trang 31

e) Ảnh hưởng của độ lệch thẳng đứng của khí áp kế

Hiệu ứng về độ lệch thẳng đứng của khí áp kế có thể biểu diễn theo công thức:

B = Bγcosγ

B là chỉ số của khí áp kế thẳng đứng;

Bγ là chỉ số của khí áp kế để lệch so với phương thẳng đứng;

γ là góc lệch thẳng đứng của khí áp kế

f) Ảnh hưởng của chất bẩn và thuỷ ngân bị ôxy hoá

Các chất bẩn hoà tan trong thuỷ ngân của khí áp kế

Ngoài ra, khi thuỷ ngân bị ôxy hóa, độ mao dẫn sẽ thay đổi và do đó khí áp

kế sẽ chỉ các giá trị khác với thực tế

Trang 32

IV Khí áp kế hộp

1 Khí áp kế hộp

a Cấu tạo

Khí áp kế hộp là dụng cụ dùng để đo khí áp mặt trạm lúc quan trắc, dùng trong khảo sát lưu động hoặc trên tàu thuỷ

Trang 33

Khí áp khí quyển giảm, màng hộp (1) dãn

ra, làm trùng lò so (2) và dịch chuyển tay

đòn (3) lên phía trên

Tay đòn này nhờ thanh truyền (4) là quay

cần xoay (5)

Cần (5) quay nhờ tay quay (6) và

dây xích (8) đã cuốn vào ròng rọc sẽ

tác động tới lò xo phản hồi (7) và do

đó xẽ làm quay kim chỉ về phía áp

suất giảm trên mặt số

Nguyên lý hoạt động

Trang 34

b Cách sử dụng

Ở vị trí làm việc, khí áp kế hộp được đặt nằm ngang

Khi quan trắc ta tiến hành theo trình tự sau:

-Mở nắp hộp, đọc nhiệt độ trên nhiệt kế của khí áp kế hộp;

-Dùng ngón tay gõ nhẹ lên mặt hộp của khí áp kế hộp để tránh sự ma sát bên trong bộ phận biến đổi tín hiệu (có thể làm cho kim chỉ sai vị trí);

-Đọc trị số khí áp rồi đóng nắp hộp lại

Trang 35

Nếu khí áp kế hộp phải chịu một sự biến đổi lớn và nhanh của khí áp rồi sau

đó lại trở về giá trị ban đầu thì khí áp kế hộp sẽ chỉ một giá trị khác

• Sự thay đổi độ đàn hồi của hộp: Do sử dụng lâu ngày

Trang 36

1 Hiệu chính sai số khí cụ

Hiệu chính khí cụ là số hiệu chính gây ra do kĩ thuật chế tạo khí áp kế

Ví dụ: thiết diện của ống thuỷ tinh không đều trên khắp chiều dài của ống,

thang độ chia không đều,

2 Hiệu chỉnh về nhiệt độ

Trong khí áp kế, độ cao cột thuỷ ngân dưới cùng điều kiện khí áp sẽ khác

nhau do trọng lượng riêng của thuỷ ngân khác nhau

Trọng lượng riêng của cột thuỷ ngân lại phụ thuộc vào nhiệt độ của nó

Khi đo khí áp kế theo độ cao cột thuỷ ngân, người ta lấy trọng lượng riêng của

nó ở nhiệt độ 00C là 13,595g/cm3

Trang 37

Đầu dưới trụ chồng hộp được lắp cố định

vào đầu tự do (B) của tấm lưỡng kim (3)

của bộ phận bổ chính về nhiệt độ được đặt

ở phía dưới của mặt đế khí áp

Đầu trên trụ chồng hộp được nối với bộ

phận truyền và biến đổi tín hiệu cảm biến

Trang 38

IV Khí áp kí

1 Cấu tạo

b Bộ phận bổ chính về nhiệt độ

Hình 3.6 Cấu tạo khí áp kí

Gồm một tấm lưỡng kim (3), một đầu được lắp

cố định, đầu tự do nối với trụ dưới của chồng

hộp (2), giữa tấm lưỡng kim có nẹp di động (4)

Khi vị trí của nẹp thay đổi, nó sẽ làm cho

chiều dài thay đổi đáng kể từ vị trí cố định

đến đầu tự do trên tấm lưỡng kim

Điều đó cũng làm thay đổi mức độ xê dịch

đầu tự do của tấm lưỡng kim theo chiều

của trục chồng hộp khi nhiệt độ thay đổi

Trang 39

Thay đổi độ dài của tay đòn (8) bằng cách

vặn ốc điều chỉnh ở tay đòn đó sẽ làm cho

độ nhạy của khí áp kế thay đổi

Vặn ốc điều chỉnh (10) trên giá di động sẽ

đưa được vị trí của ngòi bút, lắp trên cần

kim, tới vị trí trên thang đo, tương ứng với

vị trí số của khí áp kí lúc quan trắc

Để cần kim mang ngòi bút tạo được

mốc giờ ta ấn nút (11) ở phía sau thân

máy

Trang 40

ghi giống như các máy nhiệt kí và ẩm ký

Giản đồ được nắp trên trụ đồng hồ có

giá trị trên thang đo (1mb/vạch)

Trang 41

IV Khí áp kí

2 Nguyên tắc hoạt động

Khi khí áp biến thiên, giả sử khí áp tăng lên, áp lực

của không khí lên mặt ngoài của hộp rỗng tăng lên,

làm cho hộp bị dẹt xuống nhiều hơn và do đó chồng

hộp (1) ngắn lại

Trụ đỡ (5) sẽ vít cần truyền (6), (7) xuống

Cần truyền (7) đẩy đầu tay đòn ngắn (8) xuống

Do đó tay đòn dài dịch chuyển lên phía trên,

Kết quả là ngòi bút ghi lại một đường cong liên

tục về sự biến thiên của khí áp theo thời gian

Trang 42

lực đàn hồi của hộp khi đó tăng lên làm cho hộp

phồng lên, chồng hộp dài ra, trụ đỡ sẽ nâng cần

truyền và tay đòn ngắn lên, khi đó cần kim

mang ngòi bút dịch chuyển xuống phía dưới

sự tăng giảm của khí áp là sự dịch chuyển lên

xuống của ngòi bút, sự dịch chuyển của trụ

đồng hồ theo thời gian

Kết quả là ngòi bút ghi lại một đường cong liên

tục về sự biến thiên của khí áp theo thời gian

Trang 43

IV Khí áp kí

3 Cách sử dụng

Khí áp kí được đặt ở độ cao 1,5m so với nền nhà trên một giá gỗ gắn vào tủ đặt dụng cụ đo khí áp

hoặc trên tường nhà gần nơi đặt khí áp kế thuỷ ngân

Tới các kì quan trắc, việc đọc trị số khí áp, làm

mốc giờ và thay giản đồ được tiến hành tương

tự như đối với máy nhiệt kí

Trang 44

IV Khí áp kí

4 Các nguồn sai số

+ Chồng hộp rỗng bị méo dẫn đến sự đàn hồi của hộp bị sai lệch, các vòng sóng trên hộp không đồng tâm;

+ Độ nhảy vọt của kim lớn hơn 1mb;

+ Vì một lí do nào đó mà cần kim bị cong dẫn đến quá trình ghi lên giản đồ

bị sai lệch;

+ Ngòi bút bị gai làm cho mực ra không đều

Trang 45

IV Khí áp kí

5 Những hỏng hóc thông thường ở bộ phận ghi và cách khắc phục

+ Hai đỉnh của ngòi bút không đều nhau, không so le hay không có khe hở

để mực xuống đều:

Khi đó phải sửa lại cho ngòi bút đều nhau

+ Trong quá trình làm việc thường xảy ra hiện tượng kim đầy mực mà không ghi được

Khi đó ta dùng một bìa cứng tì vào đầu ngòi bút và dịch chuyển tờ bìa

để mực ghi trên bìa, không để khô mực

+ Sau một thời gian sử dụng ngòi bút thường hay bị gai

Khi đó ta có thể tháo ngòi bút ra và mài vào giấy giáp mịn hoặc vào mặt đánh lửa của bao diêm để bảo đảm ngòi bút phải luôn luôn trơn, mực ra đều

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	1,65 MB