1、 大大 气气 探探 测测 学学第第七七章章 大气压力的测量大气压力的测量第七章第七章 大气压力的测量大气压力的测量大气压强的单位和换算水银气压表空盒气压表和气压计振筒式压力传感器电容式压力传感器半导体硅膜片压力传感器 7.1.1 大气压强的单位和换算气压单位面积所承受测点以上直到大气上界整个空气柱的重量Ph=h gdz气压国际标准单位Pa气象常用单位hpa（对应于原用单位mb）1hpa = 0.750069mmHg =3/4mmHg1mmHg=1.333238hpa =4/3hpa7.1.2 气象上常用的气压测量方法液压平衡方法液体气压表弹性力平衡方法真空膜盒（电容、差动变压器、振弦、压阻）振
2、动筒物理性质方法沸点气压传感器7.1.3 大气压力准确度要求测量范围750 1060 hpa准确度气候学：+/-0.3 hpa天气学： +/-0.1 hpa 航空气象学：+/-0.5 hpa农业气象：7.2 水银气压表7.2.1水银气压表测量原理7.2.2 动槽和定槽水银气压表7.2.3 水银气压表的读数和订正器差订正温度差订正重力差订正l纬度重力差订正l高度重力差订正海平面气压换算7.2.1 水银气压表测量原理利用一根管顶密封并抽成真空的玻璃管插入水银槽内管内水银柱对水银槽面的产生压力与作用在水银槽面上的大气压力平衡水银柱维持一定的高度，度量水银柱的高度，可以测得该处的大气压力。hP7.2.
3、1 水银气压表测量原理P= Hg (t) gZ hHg(t,g,z)其中 Hg (t) 为温度t时的水银密度gZ为测站经纬度、海拔高度Z处 的重力加速度7.2.1 水银气压表测量原理水银的优点密度大蒸汽压力小较稳定不润湿玻璃7.2.2 动槽和定槽水银气压表动槽式水银气压表标尺上有固定零点，测量时水银槽调整到零点处（动槽）感应部分刻度部分附属部分定槽式水银气压表水银槽位固定体积铁槽，没有固定零点补偿标尺原理7.2.2 动槽和定槽水银气压表定槽式水银气压表补偿标尺原理气压上升1mm，水银柱升高X，水银面降低Y，有X+Y=1设：A为水银槽截面积，a为水银柱内截面积，a为水银柱外截面积。内管的水银变化
4、量=槽内水银的变化量即 X *a= Y*（A-a）代入 X+Y=1 X =1-(a/(a+A-a)我国定槽气压表a:A=1:50，当aaX=1-(1/50)=0.98mm计标尺刻度1mm只有0.98mm长，以补偿水银面的变化。XPXYYaaA7.2.3 水银气压表的移运和安置运输条件必须倒立放入包装盒内移运运输过程防止振动或碰撞，始终保持表身倒立（按包装盒箭头方向），避免空气进入内管。安装条件安装在气压室内，严格垂直悬挂。气压室要求：温度均匀少变，防止阳光直射， 保持空气连通，避免阵风影响7.2.4 水银气压表的观测步骤1，读附属温度，0.12，调整槽内水银面至象牙针尖（动槽）3，轻敲表身，使
5、水银注定部保持弯月面4，调整油尺，使其底边与水银柱相切5，读取示值，准确到0.1hpa.6，降低槽中水银面，使其稍离象牙针尖（动槽）7.2.1 水银气压表测量原理P= Hg (t) gZ hHg(t,g,z)其中 Hg (t) 为温度t时的水银密度gZ为测站经纬度、海拔高度Z处 的重力加速度7.2.1 水银气压表测量原理为了消除温度、位置的不同带来的计算误差，需统一订正到一个标准状态下：温度为0纬度为45的海平面（h=0）标准温度0时， Hg，0=1.35951*104Kg/m3 标准重力加速度，gn=9.80665M/s27.2.1 水银气压表测量原理P= Hg (0) gn hHg(0,g
6、n,0)代入P= Hg (t) gZ hHg(t,g,z) hHg(0,gn,0) = hHg(t,g,z)Hg (t) gZHg (0) gn 7.2.5 水银气压表的读数和订正器差订正温度差订正重力差订正l纬度重力差订正l高度重力差订正海平面气压换算7.2.5.1 水银气压表的器差订正器差订正l仪器的基点和标尺刻度不准确l真空不良，残留气体，要求真空l毛细压缩误差器差订正后气压=气压表读数+检定证书器差订正值7.2.5 水银气压表的读数与订正设某站气压表读数为h P= Hg (t) gZ h订正后的水银柱高度为h0 P= Hg (0) gn h0h0 =Hg (t) gZhHg (0) g
7、nHg (t) /Hg (0)为温度订正项gZ / gn为重力订正项7.2.5.2 水银气压表的温度订正由于水银和黄铜标尺热膨胀系数不同引起的误差造成气压表读数与0标准温度条件下的差别水银的线膨胀系数=0.0001818/ 黄铜的线膨胀系数=0.0000184/ 气压读数t 时为Pt， 0时水银降到P0，黄铜尺为PP=P-P0P0PPtP7.2.5.2 水银气压表的温度订正气压为P，t时，读得Ht=LtP不变，t=0 时，读得H0=L0水银和铜的线膨胀系数为、H0L0Ht LtL7.2.5 水银气压表的读数和订正重力差订正l重力差因地球表面纬度和高度不同，重力加速度不一样，造成的水银柱高度与标
8、准重力情况下的水银柱高度的差值，相应有 纬度重力差订正 高度重力差订正 水银气压表的纬度重力差订正g =F0+ff与地球表面垂直的分量f1=fcosf与重力垂直的分量f2=fsin(不影响g)垂直地球表面方向上 g0=F0-cosF0ff1f2G 水银气压表的纬度重力差订正惯性离心力f = M V2 / R1其中M为质量，V为测站处地球自转角速度V=R1*7.2.5 水银气压表的读数和订正水银气压表计算本站气压温度、纬度和高度重力订正公式:P ( ,h,t ) = H(1 - 0.00265COS2 - 0.000000196Z )*(1 (0.0001634T / (1+0.0001818T
9、) )其中 P ( ,h,t ) 为本站气压， H为器差订正后的气压表读数 为测站所在纬度，Z为测站所在高度， T为附属温度读数7.2.7 水银气压表的读数自动化电子游标尺电动触点激光测长标准水银气压表7.3 空盒气压表和气压计 原理利用真空膜盒受压形变产生的金属弹力和大气压强相平衡的原理，测量空盒形变时中心连杆的位移尺度的大小来测量气压。SP7.3 空盒气压表和气压计误差的来源和补偿弹性后效气压变化停止，形变继续。解决办法：老化。滞差环，升、降压过程曲线不一致。解决办法：选用弹性的温度效应弹性体的杨氏模量为负温度系数温度升高，弹性减少，温度降低，弹性增加解决办法：采用恒弹性材料； 温度补偿，
10、双金属片补偿，残留气体补偿双金属片温度补偿P不变，T 弹性 S A 双金属片曲率 A 实现补偿7.3 空盒气压表和气压计SPAPP双金属片残余气体补偿P不变， T 膜盒弹性 S A 气体膨胀体积 S A 实现补偿7.3 空盒气压表和气压计SAP测量范围：870hPa1050hPa 准 确 度：1.5hPa记录周期：26h(日记DHJ1) 176h(周记DHJ11)外形尺寸：245130190 重 量：3kg7.3 空盒气压表和气压计空盒气压表自动化形变微距离变化的测量空盒气压计，放大与补偿电容式差动变压器式探空仪，直接编码式7.4振筒式压力传感器测量原理弹性金属圆筒在外作用力下发生振动，其谐振
11、频率随筒壁两边存在的压力差变化。F =f01+ b Pb=(12(1-v2)/En2)(R/d)E为材质弹性模量R为振筒平均半径N为整个圆周上的振动周期V为材质泊松比P7.4振筒式压力传感器主要误差温度误差污染物的影响老化的影响7.5电容式压力传感器Ca/C0=K(P-P0)绝对压力传感器P0=0，P=待测压力相对压力传感器P0=基准压力，P=待测压力差压传感器P0,P分别接待测压力P0PC1/C2C0Ca7.5电容式压力传感器陶瓷空盒电容大气压力传感器美国SETRA公司 270 / 370（省级检定标准）准确度高（0.3/0.2HPA 850-1060hpa）自动零点监测电路陶瓷材料温度系数
12、小，采取合理补偿措施真空真空C/F/V电容测量电路7.5电容式压力传感器维萨拉维萨拉BAROCAP数字气压计数字气压计PTB330测量范围 500 . 1100 hPa +20 C时精度 A 级: 0.10 hPa; B 级: 0.20 hPa-40 .+60 C 的总精度 A 级: 0.15 hPa; B 级: 0.25 hPa7.6 半导体硅膜片 压力传感器 使用半导体集成应变电阻测量硅应变片受压形变与压力的关系 将四个特性相等的应变电阻组成平衡电桥当气压变化时，硅应变片变形，应变电桥输出与压力成对应关系的非平衡电压值P7.2.6 海平面气压换算为了在天气图上比较不同地区的气压变化将所有站
13、点测量的气压换算到海平面气压海平面气压P0本站气压PP = P0 - P7.2.6 海平面气压换算从压高公式出发Lg ( P0 / P ) = Z / ( 18410 ( 1+TM / 273 ) )令M= Z / ( 18410 ( 1+TM / 273 ) )Lg ( P0 / P ) = MP0 / P = 10MP = P0 P = P ( 10 M -1 )l 其中P0为海平面气压，P为本站气压l Z 为测站所在高度，TM为气柱平均气温7.2.6 海平面气压换算取T为本次观测气温，T12为前12小时气温，R为气柱平均温度递减率，R = 0.5/100MZ高度温度取前12小时平均值TZ=(T+T12) / 2气柱底部温度T0=(T+T12)/2 + RZ气柱平均温度TM=(TZ+T0)/2 = (T+T12)/2 + Z/400Z1500M,TM计算不具有代表性，不换算P0Z15M时, P=37.68 Z / (Tm+273) 其中Tm为T测站年平均气温
