Bài THIẾT BỊ ĐO KHÍ ÁP I Bản chất khí áp đơn vị đo Khái niệm Khí lớp không khí bao quanh Trái đất Khí Trái đất, nhờ trọng lượng tác động áp lực lên bề mặt Trái đất Áp lực trọng lượng cột không khí thẳng đứng có thiết diện ngang đơn vị diện tích bề mặt Trái đất kéo dài tới giới hạn khí I Bản chất khí áp đơn vị đo Lịch sử phát triển Torricelli (1643) chứng minh tồn khí áp việc ông đo nhờ dụng cụ ông tự chế tạo, gọi khí áp kế Năm 1848, người ta phát minh thêm khí áp kế hộp dùng để đo khí áp Đơn vị đo Điều kiện tiêu chuẩn phép đo khí áp, điều kiện nhiệt độ 0C gia tốc trọng trường 9,8065m/s2 Đơn vị khí áp thường dùng rộng rãi là: mmHg, miliba (mb), Pascal (Pa), hecto Pascal (hPa) (1hPa = mb = 100Pa = 0,750062mmHg = 0,02953 inchHg; 1Pa = 1N/m2 ) II Nguyên lí hoạt động thiết bị đo khí áp Thường dùng dụng cụ khác nhau, hoạt động chúng dựa ba nguyên tắc vật lí sau: Khí áp kế thủy ngân hoạt động dựa cân trọng lượng cột thuỷ ngân với khí áp (định luật thuỷ tĩnh); Khí áp cân với màng hộp kim loại rỗng làm căng phồng lên lò xo Nhiệt độ sôi chất lỏng phụ thuộc vào khí áp III Khí áp kế Thủy ngân Gồm loại sau: • Khí áp kế KEW • Khí áp kế Fortin III Khí áp kế Thủy ngân Khí áp kế KEW a Cấu tạo Chậu gồm ba phần vặn khớp với nhau, + Phần đáy chậu: Nơi chứa thủy ngân + Phần có vách ngăn (3), vách ngăn có lỗ thủng (4) để làm giảm mức độ sánh thuỷ ngân giữ cho không khí khỏi lọt vào ống thuỷ tinh + Phần mặt chậu: • Khoảng trống mặt thuỷ ngân coi chân không (10-3-10-4mmHg) • Mặt thuỷ ngân chậu thông với không khí bên nhờ lỗ nhỏ (5) nắp chậu Lỗ thông khí đậy ốc có vòng đệm da Điểm thang độ mực thủy ngân chậu khí áp kế III Khí áp kế Thủy ngân Khí áp kế KEW a Cấu tạo ống thuỷ tinh (1) dài khoảng 80cm đầu hàn kín, Đầu gắn vào nắp chậu (2) nhựa cứng gang Thang độ (6) khắc vỏ bọc (7) thau bao quanh suốt chiều dài ống Ở phần vỏ bọc ghi thang độ có hai khe rộng (8) để nhìn đầu cột thuỷ ngân ống thuỷ tinh Trên hai khe có lắp vòng mang chạy (9) (Trên chạy khắc 10 vạch chia) chuyển dịch lên xuống nhờ ốc vặn (10) Ở phần nửa vỏ bọc có gắn nhiệt kế thuỷ ngân (11) để đo nhiệt độ thuỷ ngân khí áp kế III Khí áp kế Thủy ngân Khí áp kế KEW b Nguyên tắc hoạt động Khí áp kế thủy ngân hoạt động dựa cân trọng lượng cột thuỷ ngân với khí áp: Áp suất khí tác động lên bề mặt thủy ngân để hở chậu cân với trọng lượng cột thỷ ngân ống khí áp kế III Khí áp kế Thủy ngân Khí áp kế KEW c Cách sử dụng Sự thay đổi khí áp theo theo phương ngang không lớn, vậy, trạm khí tượng, trị số khí áp phòng làm việc coi Vì vậy, khí áp kế đặt phòng làm việc Không đặt khí áp kế gần cửa sổ cửa vào để tránh tác động va chạm Phải đặt khí áp kế cách xa nguồn nhiệt nơi có ánh nắng Mặt trời trực tiếp chiếu vào, lò sưởi để tránh ảnh hưởng tới số khí áp kế Để soi sáng khí áp kế quan trắc, dùng đèn pin bóng đèn công suất không 25W bật đèn sáng quan trắc III Khí áp kế Thủy ngân Khí áp kế KEW d Trình tự quan trắc : - Đọc nhiệt độ nhiệt kế phụ khí áp kế xác tới 0,1 0C; - Dùng ngón tay gõ nhẹ vào thành ống lượng thuỷ ngân dồn hết xuống đáy - Vặn cho chạy vượt lên khỏi mặt thuỷ ngân ống thuỷ tinh vặn dần cho chạy dịch chuyển xuống dừng vị trí hai đáy chạy tiếp tuyến với đỉnh cột thuỷ ngân; - Đọc trị số khí áp xác tới 0,1mb IV Khí áp kế hộp Khí áp kế hộp d Các nguồn sai số • Sự bổ (co dãn) không đầy đủ thay đổi nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng độ đàn hồi hộp giảm, dụng cụ có xu hướng khí áp cao • Hiện tượng trễ: Nếu khí áp kế hộp phải chịu biến đổi lớn nhanh khí áp sau lại trở giá trị ban đầu khí áp kế hộp giá trị khác • Sự thay đổi độ đàn hồi hộp: Do sử dụng lâu ngày IV Khí áp kế hộp Hiệu số đọc khí áp kế thuỷ ngân điều kiện tiêu chuẩn Hiệu sai số khí cụ Hiệu khí cụ số hiệu gây kĩ thuật chế tạo khí áp kế Ví dụ: thiết diện ống thuỷ tinh không khắp chiều dài ống, thang độ chia không đều, Hiệu chỉnh nhiệt độ Trong khí áp kế, độ cao cột thuỷ ngân điều kiện khí áp khác trọng lượng riêng thuỷ ngân khác Trọng lượng riêng cột thuỷ ngân lại phụ thuộc vào nhiệt độ Khi đo khí áp kế theo độ cao cột thuỷ ngân, người ta lấy trọng lượng riêng nhiệt độ 00C 13,595g/cm3 IV Khí áp kí Cấu tạo a Bộ phận cảm biến Bộ phận cảm biến chồng hộp rỗng (A) (số hộp nhiều độ nhạy thiết bị đo lớn.) Đầu trụ chồng hộp lắp cố định vào đầu tự (B) lưỡng kim (3) phận bổ nhiệt độ đặt phía mặt đế khí áp Đầu trụ chồng hộp nối với phận truyền biến đổi tín hiệu cảm biến Hình 3.6 Cấu tạo khí áp kí IV Khí áp kí Cấu tạo b Bộ phận bổ nhiệt độ Gồm lưỡng kim (3), đầu lắp cố định, đầu tự nối với trụ chồng hộp (2), lưỡng kim có nẹp di động (4) Khi vị trí nẹp thay đổi, làm cho chiều dài thay đổi đáng kể từ vị trí cố định đến đầu tự lưỡng kim Điều làm thay đổi mức độ xê dịch đầu tự lưỡng kim theo chiều trục chồng hộp nhiệt độ thay đổi IV Khí áp kí Cấu tạo c Bộ phận truyền biến đổi tín hiệu cảm biến Bộ phận gồm hệ thống gồm trụ đỡ (5), cần truyền (6), (7) tay đòn (8) cần kim (9) mang ngòi bút Thay đổi độ dài tay đòn (8) cách vặn ốc điều chỉnh tay đòn làm cho độ nhạy khí áp kế thay đổi Vặn ốc điều chỉnh (10) giá di động đưa vị trí ngòi bút, lắp cần kim, tới vị trí thang đo, tương ứng với vị trí số khí áp kí lúc quan trắc Để cần kim mang ngòi bút tạo mốc ta ấn nút (11) phía sau thân máy IV Khí áp kí Cấu tạo d Bộ phận tự ghi Bộ phận tự ghi gồm trụ đồng hồ ngòi bút ghi giống máy nhiệt kí ẩm ký (1) Thanh điều chỉnh tốc độ đồng hồ (2) Kẹp giữ giản đồ (3) Núm giữ xylanh (4) Khóa lên dây cót đồng hồ Giản đồ nắp trụ đồng hồ có giá trị thang đo (1mb/vạch) IV Khí áp kí Nguyên tắc hoạt động Khi khí áp biến thiên, giả sử khí áp tăng lên, áp lực không khí lên mặt hộp rỗng tăng lên, làm cho hộp bị dẹt xuống nhiều chồng hộp (1) ngắn lại Trụ đỡ (5) vít cần truyền (6), (7) xuống Cần truyền (7) đẩy đầu tay đòn ngắn (8) xuống Do tay đòn dài dịch chuyển lên phía trên, Kết ngòi bút ghi lại đường cong liên tục biến thiên khí áp theo thời gian IV Khí áp kí Nguyên tắc hoạt động khí áp giảm xuống, áp lực không khí lên mặt hộp giảm xuống lực đàn hồi hộp tăng lên làm cho hộp phồng lên, chồng hộp dài ra, trụ đỡ nâng cần truyền tay đòn ngắn lên, cần kim mang ngòi bút dịch chuyển xuống phía tăng giảm khí áp dịch chuyển lên xuống ngòi bút, dịch chuyển trụ đồng hồ theo thời gian Kết ngòi bút ghi lại đường cong liên tục biến thiên khí áp theo thời gian IV Khí áp kí Cách sử dụng Khí áp kí đặt độ cao 1,5m so với nhà giá gỗ gắn vào tủ đặt dụng cụ đo khí áp tường nhà gần nơi đặt khí áp kế thuỷ ngân Tới kì quan trắc, việc đọc trị số khí áp, làm mốc thay giản đồ tiến hành tương tự máy nhiệt kí IV Khí áp kí Các nguồn sai số + Chồng hộp rỗng bị méo dẫn đến đàn hồi hộp bị sai lệch, vòng sóng hộp không đồng tâm; + Độ nhảy vọt kim lớn 1mb; + Vì lí mà cần kim bị cong dẫn đến trình ghi lên giản đồ bị sai lệch; + Ngòi bút bị gai làm cho mực không IV Khí áp kí Những hỏng hóc thông thường phận ghi cách khắc phục + Hai đỉnh ngòi bút không nhau, không so le hay khe hở để mực xuống đều: Khi phải sửa lại cho ngòi bút + Trong trình làm việc thường xảy tượng kim đầy mực mà không ghi Khi ta dùng bìa cứng tì vào đầu ngòi bút dịch chuyển tờ bìa để mực ghi bìa, không để khô mực + Sau thời gian sử dụng ngòi bút thường hay bị gai Khi ta tháo ngòi bút mài vào giấy giáp mịn vào mặt đánh lửa bao diêm để bảo đảm ngòi bút phải luôn trơn, mực IV Khí áp kí Những hỏng hóc thông thường phận ghi cách khắc phục + Cần kim bị cong lí Phải làm thẳng lại cách tháo cần kim uốn lại cho thẳng + Cần thường xuyên bảo dưỡng rửa ngòi bút cồn Tổng kết Kết thúc Câu hỏi kỳ (Kiểm tra tiết) Đặc điểm đo đạc yếu tố khí tượng Những nguyên lý hoạt động thiết bị đo nhiệt độ Nhiệt kế (thường, tối cao, tối thấp, cong, ống) Nhiệt ký Bản chất áp suất khí quyển, đơn vị đo Khí áp kế thuỷ ngân kiểu thang độ bổ KEW Các khí áp kế thuỷ ngân kiểu Fortin Sai số số đọc khí áp kế thuỷ ngân đk tiêu chuẩn [...]... b là hệ số dãn nở dài của thang đo; B là số đọc của khí áp kế tại nhiệt độ t0C 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 III Khí áp kế Thủy ngân III Khí áp kế Thủy ngân 3 Hiệu chính số đọc của khí áp kế thuỷ ngân về điều kiện tiêu chuẩn 3.3 Hiệu chính về gia tốc trọng trường Cột thủy ngân trong khí áp kế chịu tác dụng của trọng lực... 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 III Khí áp kế Thủy ngân 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... 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 III Khí áp kế Thủy ngân 6 Các nguồn sai số chính đối với khí áp. .. với khí áp kế thuỷ ngân 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...III Khí áp kế Thủy ngân 2 Khí áp kế Fortin a Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 2 Khí áp kế Fortin 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... 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 III Khí áp kế Thủy ngân 6 Các nguồn sai số chính đối với khí áp kế thuỷ ngân 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: III Khí áp kế Thủy ngân 6 Các... 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 III Khí áp kế Thủy ngân 2 Khí áp kế Fortin 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... dụng cụ có xu hướng chỉ khí áp quá cao • Hiện tượng trễ: 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 IV Khí áp kế hộp 4 Hiệu chính số đọc của khí áp kế thuỷ ngân về điều kiện tiêu chuẩn 1 Hiệu chính sai số khí cụ Hiệu chính khí cụ là số hiệu chính... III Khí áp kế Thủy ngân 2 Khí áp kế Fortin a Cấu tạo Chậu được gắn vào ống kim loại có khe hở (dọc thành ống) Ống này mang thang độ khí áp kế, nhiệt kế 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 Hình 3.4 Du xích Verniê III Khí áp kế Thủy ngân 2 Khí áp kế Fortin a Cấu tạo Khi đọc khí. .. 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 45 0 P45 = Pϕ (1 - 0,00265 cos2ϕ) Số hiệu chính khí áp về điều kiện trọng lực ở vĩ độ 45 0 là: ∆Pϕ = P45 - Pϕ Thay P45 vào phương trình: ∆Pϕ = - Pϕ 0,00265 cos2ϕ Đây là công thức tính hiệu chính khí áp ∆Pϕ trong thực tế III Khí áp kế Thủy ngân 4 Hiệu chính số đọc của khí