Метеорологические приборы. метеорологические приборы — приборы и установки для измерения и регистрации значений метеорологических элементов. для сравнения. — презентация

Приборы для измерения атмосферного давления

Для научных и житейских целей нужно уметь измерять атмосферное давление. Для этого существуют специальные приборы – барометры. Нормальным атмосферным давлением называют давление на уровне моря при температуре 15 °C. Оно равно 760 мм рт. ст. Нам известно, что при изменении высоты на 12 метров атмосферное давление изменяется на 1 мм рт. ст. Причём, при увеличении высоты атмосферное давление понижается, а при уменьшении – повышается.

Современный барометр сделан безжидкостным. Он называется барометр-анероид. Металлические барометры менее точны, но не столь громоздки и хрупки.

Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, поднимаясь на последний этаж девятиэтажного дома, из-за различия атмосферного давления на различной высоте мы обнаружим уменьшение атмосферного давления на 2-3 мм рт. ст.

Барометр может служить для определения высоты полета самолета. Такой барометр называется барометрический высотомер или альтиметр. Идея опыта Паскаля легла в основу конструкции альтиметра. Он определяет высоту подъема над уровнем моря по изменению атмосферного давления.

При наблюдении погоды в метеорологии, если необходимо зарегистрировать колебания атмосферного давления в течение некоторого промежутка времени, пользуются самопишущим прибором – барографом.

Штормгласс (Storm Glass) (штормглас, нидерл. storm — «буря» и glass — «стекло»)— это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому, штормгласс также называют “Барометром Фицроя”. В 1831–36 Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле “Бигл”, в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Барометр работает следующим образом. Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно происходит рождение и исчезновение кристаллов. В зависимости от грядущих изменений погоды, в жидкости образуются кристаллы различной формы. Штормгласс настолько чувствителен, что может предсказывать резкое изменение погоды за 10 минут до такового. Принцип работы так и не получил полного научного объяснения. Барометр лучше работает находясь у окна, особенно в железобетонных домах, вероятно в этом случае барометр не так сильно экранируется.

Бароскоп – прибор для наблюдения за изменением атмосферного давления. Можно сделать бароскоп своими руками. Для изготовления бароскопа требуется следующее оборудование: Стеклянная банка объемом 0,5 литра.

1. Кусок пленки от воздушного шарика.
2. Резиновое кольцо.
3. Легкая стрелка из соломы.
4. Проволока для крепления стрелки.
5. Вертикальная шкала.
6. Корпус прибора.

Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах

При изменении атмосферного давления в жидкостных барометрах изменяется высота столба жидкости (воды или ртути): при уменьшении давления – уменьшается, при увеличении увеличивается. Значит, существует зависимость высоты столба жидкости от атмосферного давления. Но и сама жидкость давит на дно и стенки сосуда.

Французский ученый Б. Паскаль в середине XVII века эмпирически установил закон, названный законом Паскаля:

Для иллюстрации закона Паскаля на рисунке изображена небольшая прямоугольная призма, погруженная в жидкость. Если предположить, что плотность материала призмы равна плотности жидкости, то призма должна находиться в жидкости в состоянии безразличного равновесия. Это означает, что силы давления, действующие на грани призмы, должны быть уравновешены. Это произойдет только в том случае, если давления, т. е. силы, действующие на единицу площади поверхности каждой грани, одинаковы: p₁ = p₂ = p₃ = p.

Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба жидкости mg, где m = ρghS – масса жидкости в сосуде, ρ – плотность жидкости. Следовательно p = ρghS / S

Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости ρgh называют гидростатическим давлением.

Во многих устройствах, встречающихся нам в жизни, используются законы давления жидкости и газов: сообщающиеся сосуды, водопровод, гидравлический пресс, шлюзы, фонтаны, артезианский колодец и т.д.

Как выбрать барометр

В первую очередь следует помнить, что вы приобретаете измерительный прибор, следовательно, основным критерием будет точность измерений и правдивость прогноза погоды. Затем необходимо оценить его функционал, дизайн и стиль. Они должны отвечать всем вашим чаяниям, соответствовать стилю квартиры или офиса. Окончательное решение зависит от цены товара и размеров вашего кошелька.

Точность

Механические анероидные приборы достаточно точны в своих показаниях. Их погрешность в диапазоне первых двух третей шкалы не превысит 3 мм.рт. ст. Учитывая, что интересующие пользователя параметры колеблются в пределах 760 мм рт.ст., на такую погрешность можно не обращать внимания. В последней трети шкалы погрешность достигает 5 мм. рт. ст. На точность прогноза погоды это отклонение не окажет существенного влияния.

Безжидкостный механический прибор будет самым подходящим вариантом бытового барометра. Погодные станции, собранные в дизайнерском корпусе из механических устройств: барометра, гигрометра, термометра, станут выгодным приобретением, сочетающим в себе точность показаний с романтическим дизайном.

Система единиц измерения

Атмосфера нашей планеты заполнена газовой смесью, имеет собственный вес, зависящий от высоты этого «столба» над точкой измерения. Если в долине барометр покажет давление, равное 760 мм рт.ст., то высоко в горах оно будет ниже.

Нам более понятны результаты измерений в миллиметрах ртутного столба. Обозначается мм.рт.ст. или mmHg. Иногда можно встретить другое название – Торр или Torr. Это дань памяти изобретателю барометра, флорентийцу Торричелли. Нормальное давление по этой шкале, равное 760 единицам и равняется 133, 3223684 Паскалям.

В международной системе единиц давление измеряется в паскалях. Обозначается Па(Pa). Нормальное атмосферное давление в этой системе единиц равно 101325 Па или 760 mmHg. Цена деления шкалы может быть выражена в кПа, hPa (килопаскаль и гектопаскаль).

Вес и габариты

Размеры и масса обязательно учитываются при выборе подходящей модели. Массивный настенный барометр потребует серьезного крепежа, а возможное обрушение приведет к его поломке. Громоздкие настольные модели займут много полезного места.

Настенный манометр в круглом корпусе, диаметром около 250 мм весит не более 1 кг. Куда больше будет весить погодная станция, состоящая из барометра, термометра и гигрометра. Некоторые производители включают сюда хронометр. Такое украшение стены достигает более полуметра в высоту, весит более килограмма. Здесь потребуется серьезный крепеж. Но красота изделия компенсирует неудобства, связанные с его монтажом.

Самые крупные настольные приборы – три в одном корпусе (барометр +часы+термометр). Такая станция имеет размеры (длина/ высота) 285х90мм. Для ее размещения понадобится большой кабинетный стол. Для дома подойдет обычный настольный барометр в деревянном или металлическом корпусе, с широкой подставкой, предотвращающей возможность опрокидывания изделия.

Функционал

Обычный анероид измеряет величину атмосферного давления, показывает падение или подъем давления по поведению подвижной и независимой стрелок, помогает определить приближение сильного ветра, ливня, установление сухой, солнечной погоды. Наконец, просто покажет символами, какая погода ожидает нас в ближайшие сутки. Аналоговая погодная станция покажет влажность воздуха, его температуру, а в комплекте с часами – точное время.

Большим количеством функций наделены электронные погодные станции. Они могут:

• Измерять давление в помещении и за его пределами;
• Контролировать влажность наружного и внутреннего воздуха;
• Измерять температуру воздуха в доме и на улице;
• Определять направление ветра, его скорость;

Кроме того, электронные метеостанции оборудуются дополнительными функциями: обычным и лунным календарями, будильником, подсветкой дисплея. Есть модели, способны проецировать текущее время и температуру воздуха на стену или потолок. Это удобно. Проснулся ночью, глянул на потолок, узнал время.

Приобретая манометр или погодную станцию, необходимо точно знать, какой набор функций вам необходим. Учтите, что многофункциональные модели стоят дороже.

Какую метеостанцию приобрести для ребенка

Оптимальный вариант — покупка детского игрового набора для наблюдения за погодой. Это упрощенная версия настоящей метеостанции, которая работает по аналогичному принципу. Набор содержит все необходимые приспособления для определения основных погодных показателей.

К ним относятся:

• термометр и барометр;
• флюгер с компасом;
• анемометр для замера скорости ветра;
• емкость для измерения количества осадков;
• миниатюрная теплица для изучения парникового эффекта.

Детские наборы для метеорологических наблюдений изготовлены из гипоаллергенных материалов, поэтому абсолютно безопасны. Их можно использовать для индивидуальных или групповых занятий. В комплекте поставляется подробная инструкция, которая поможет правильно выполнять замеры и вести метеорологический журнал.

Описание основных метеоприборов для прогноза погоды:

Источник Сезоны года

Основные инструменты

Различные основные метеорологические приборы.

Основные наблюдения включают следующее:

• Настоящее время ;
• Проведенное время ;
• Скорость и направление ветра;
• Облачность (облачность);
• Тип облаков;
• Высота нижней границы облаков;
• Видимость;
• Температура;
• Относительная влажность ;
• Атмосферное давление ;
• Осадки;
• Снег;
• Инсоляция и / или солнечное излучение;
• Температура почвы;
• Испарение.

Некоторые из этих параметров до недавнего времени обычно оценивались только человеком-наблюдателем, например, прошедшее и настоящее время, а также облачность. Значения остальных сообщаются несколькими основными метеорологическими приборами.

Интенсивность солнечной радиации и излучения земной поверхности и атмосферы измеряется пиргелиометрами , пиргеометрами , актинометрами , пиранометрами и гелиографами . Параметры атмосферного электричества измеряются детекторами молний .

Влажность воздуха измеряется психрометрами , гигрометрами и датчиками точки росы . Количество и интенсивность осадков определяется дождемером (дождь) и снегомером (снег). Запасы воды в снежном покрове измеряются пробоотборником снега, а роса измеряется дрозометром . Испарение рассчитывается с помощью испарителя .

Атмосферное давление измеряется барометрами , анероидными барометрами , барографами и гипсометрами . Несколько термометров используются в метеорологии. Это могут быть жидкостные или электронные термометры, выполняющие следующие функции:

• сухой термометр  : резервуар которого открыт для воздуха и хорошо вентилируется для измерения температуры воздуха;
• влажный термометр  : резервуар которого покрыт фитилем из влажного муслина или пленкой из чистого льда, все вентилируемое, для измерения температуры точки росы ( температуры влажного термометра );
•  термометр с черным шаром или черным шариком : термометр, чувствительный орган которого изготовлен из черного стекла или покрыт черной лампой, чтобы функционировать приблизительно как черное тело . Помещенный в прозрачный или черный корпус, в котором создается вакуум, он иногда используется для измерения падающего солнечного излучения, в частности, температуры с помощью влажного термометра  ;
• термометр с мокрым шаром  : почерневший и покрытый фитилем из влажного муслина;
• термометр минимума и максимума  : используется для измерения максимальной и минимальной температуры, достигнутой в течение заданного интервала времени;
• регистрирующий термометр или термограф  : термометр, снабженный устройством, которое непрерывно регистрирует температуру.

Ветер скорость и / или направление измеряются анемометрами , флюгеры и флюгера . Видимость измеряется диффузометром или трансмиссометром . Детектор появления осадков автоматически делает замечание , что до недавнего времени не требуется вмешательство человека.

Назначение и конструктивные особенности метеоустановок

Метеостанция с проводным датчиком предназначена для отображения температурно-влажностных значений как внутри помещения, так и за его пределами. Кроме этого, такие приборы достаточно точно могут предсказывать погоду на ближайшие сутки. Такие погодные станции, как правило, оснащены чувствительным электронным или механическим барометром, для получения объективных значений об изменении атмосферного давления. Это делает такие приборы просто незаменимыми для гипертоников и людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Принцип работы метеоустановок этого типа практически ничем не отличается от устройств, оснащенных выносными беспроводными сенсорами. Прибор состоит из приемного устройства с дисплеем и внешнего проводного электронного или аналогового датчика. Питание прибора зависит от модели метеостанции и может быть как от сети 220 В, так и автономным, от АКБ или батареек, форм-фактора АА или ААА.

• За измерения и передачу данных о температуре внутри жилища на монитор устройства отвечает встроенный в корпус прибора термосенсор. Он может быть как электронный, имеющий собственное автономное питание, так и аналоговый, который чаще всего называют «термопарой».
• За показания атмосферной температуры отвечает внешний измерительный сенсор. Его предел измерения может варьироваться, в зависимости от модели устройства. Как правило, температурные датчики могут обеспечивать измерение и передачу данных в интервале от -50 С° до + 70 С° с погрешностью в 0,1 С°.
• За измерения атмосферного давления отвечает барометр, который в большинстве устройств может настраиваться пользователем. 

Практически на всех домашних метеостанциях с проводным датчиком пользователь может самостоятельно настраивать единицы измерения: градусы Цельсия или Фаренгейта, миллиметры ртутного столба, Паскали иди дюймы.

История

Для всех сельскохозяйственных или пастушеских цивилизаций погода, будь она есть или будет, всегда была важной проблемой. В древнем Китае, первая книга по метеорологии является Нэй Цзин Су Вэнь (конец I — го  тысячелетия до нашей эры

), В том числе наблюдений и даже прогнозы. В Индии периоды дождей приводят к первым измерениям количества выпавших осадков, а также к прогнозам около 400 г. до н.э. AD .

Китаец Цинь Цзюшао (1202–1261) разработал дождемеры, которые широко использовались во для сбора метеорологических данных об осадках, и он, вероятно, был первым, кто использовал снегомеры для измерения снега.

В 1450 году Леон Баттиста Альберти разработал , первый анемометр. В 1607 году Галилео Галилей построил термоскоп . В 1643 году Евангелиста Торричелли изобрела ртутный барометр. В 1662 году сэр Кристофер Рен изобрел механическим опорожнением. В 1714 году Габриэль Фаренгейт создал надежную шкалу для измерения температуры с помощью ртутного термометра. В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий предложил шкалу температур по шкале Цельсия, предшественницу нынешней шкалы Цельсия. В 1783 году Гораций Бенедикт де Соссюр разработал первый . В 1806 году Фрэнсис Бофорт представил свою систему классификации скоростей ветра.

В XX — м  веке, были введены новые инструменты. Мы говорим о радиозондах на рубеже веков, метеорологических радарах и зондирующих ракетах после Второй мировой войны, а также о метеорологическом спутнике , первый из которых был успешно запущен, TIROS-1 в апреле 1960 года. Это ознаменовало начало эпохи. глобальное метеорологическое дистанционное зондирование.

Лучшие проводные метеостанции

Измерительные устройства данного типа могут работать от сети и предназначаются для домашнего применения. Они определяют температуру, уровень влаги и, иногда, атмосферное давление. Большинство из этих моделей способно также давать прогноз погоды, но сравнивать его результаты с данными синоптиков некорректно. В этой категории рейтинга метеостанций для дома представлена только одна модель с высокой точностью показаний.

Bresser MeteoTrend Colour с радиоуправлением

Открывает рейтинг премиальная погодная станция для домашнего применения. Она объединяет функции гигрометра, термометра и часов с будильником. Прибор показывает температуру на улице, уровень влажности и текущее время. Информация выводится на цветной, легко читаемый экран за счет достаточно крупных цифр. Благодаря этому, а также ввиду яркой белой подсветки они отчетливо видны даже при плохом освещении.

Корпус имеет черный цвет и удобную прямоугольную форму, кнопки управления у него расположены в легкодоступном месте – на передней панели. Прибор состоит из основного модуля и наружного датчика, первый питается от электросети, второй – от стандартных батареек, которых хватает на большой срок. В комплекте есть довольно длинный кабель на 1.8 м с сетевым адаптером.

Достоинства

• Показывает уровень влаги, в том числе, внутри помещения;
• Выводит на экран дату и день недели;
• Будильник можно поставить на повтор;
• Иконка принимает несколько видов: солнечно, облачно, снежно, дождливо;
• Громкий сигнал будильника.

Недостатки

Дает прогноз погоды только на ближайшие 12 часов;

Детские метеостанции

Метеостанция для детей — это миниатюрная версия настоящей метеорологической станции. Она предназначена для наблюдения за погодой ребенком в игровой форме. Несмотря на то, что такие станции отличаются от настоящих, они имеют немало сходств.

Сходства и различия

Проще всего определить, что такое детская метеоплощадка, путем сравнения с настоящей. Это комплекс измерительных приборов и приспособлений, которые используются для наблюдения за метеорологическими условиями и метеорологического прогнозирования. Детская погодная станция позволяет отслеживать температуру воздуха, скорость и направление ветра, уровень влажности, количество выпавших осадков.

Для этого в детской метеостанции предусмотрены:

• флюгер;
• ветряной рукав;
• измеритель объема осадков (также называется дождемером);
• термометр;
• компас;
• миниатюрная ветряная мельница.

Большинство из описанных приборов можно приобрести по отдельности, либо в комплекте. Ключевым отличием от профессиональных метеостанций заключается в отсутствии сложных элементов, работа с которыми может затруднить ребенка. Еще одно отличие — более низкая точность при прогнозировании. Однако при выполнении детских занятий это нельзя считать критичным недостатком.

Польза детской метеостанции

Несмотря на игровой характер, работа с детской метеостанцией имеет мощный развивающий потенциал. Практически все дети интересуются характером и причинами тех либо иных погодных условий. Занятия с использованием метеостанций позволяют ребенку получить подробное представление о метеорологических явлениях, особенно, если процесс будет сопровождаться пояснениями со стороны взрослых.

Дети, играя с миниатюрной метеостанцией:

• научаться различать виды погодных явлений и атмосферных осадков;
• получат представление о процессе наблюдения и прогнозирования погоды;
• смогут проводить элементарные опыты;
• приобретут навыки работы с простейшими измерительными приспособлениями;
• научатся вести метеорологический календарь или журнал.

Игры с метеостанцией способствуют формированию активного интереса к процессу обучения

Это особенно важно для детей старшего дошкольного возраста, которым в скором времени предстоит менять основную форму деятельности с игровой на обучающую

Где используются детские метеостанции

Детские метеостанции подходят как для индивидуальной, так и групповой работы. Их можно использовать в бытовых условиях вместо обычных детских игрушек. Также их активно применяют в детских образовательных учреждениях. В школах метеостанции используют при проведении уроков естествознания, экологии и аналогичных дисциплин. Аналогичным образом их задействуют в детских тематических кружках.

Критерии выбора

Сегодня в продаже имеется довольно обширный ассортимент метеостанций от различных производителей

Поэтому у покупателя может возникнуть закономерный вопрос: на какие параметры прежде всего следует обращать внимание? Специалисты рекомендуют при покупке прежде всего ознакомиться с её техническими характеристиками и функциональными возможностями:

Совместимость с остальными смарт-устройствами дома.Если вы собираетесь интегрировать метеостанцию в систему «умный дом», то обратите внимание на совместимость её программного обеспечения с установленным у вас хабом. В противном случае придётся приобретать дополнительный шлюз-переходник для стыковки этих электронных устройств.
Возможность прогнозирования погоды на ближайшее время

Многие домашние метеостанции способны прогнозировать изменение погоды по атмосферному давлению, направлению и силе ветра. Данная функция весьма полезна для составления сценариев работы климатической техники, включённой в систему «умный дом».
Количество внешних датчиков, и их предназначение. Чем больше различных сенсоров включает в себя устройство, тем более обширную и точную информацию она способна выдать. Многие приборы снабжаются ЖК-дисплеями, на которые выводятся актуальные данные.
Набор дополнительных функций. Многие приборы, помимо непосредственных данных о погоде, способны работать в качестве часов и будильника, календаря, светильника-ночника, поддерживать интернет-связь с удалённым мобильным устройством.

Вполне понятно, что чем больше у устройства дополнительных возможностей, тем выше его стоимость. Поэтому при покупке следует изначально определиться, нужны ли вам этот дополнительный функционал или возможно обойтись без него.