Точное значение атмосферное давление здесь не ищут; скорее, мы сосредоточимся на визуализации эволюции этой величины, сравнивая ее с движущимся индексом, очень похожим на эталонную стрелку на механическом барометре в гостиной.
Атмосферное давление
Понятие атмосферного давления имеет важное значение в прогнозировании погоды. Хотя эту физическую величину нелегко осязать, ее легко продемонстрировать.
На уровне моря атмосферное давление достаточно сильное, чтобы поднять столб воды на высоту около 10 метров или столбик ртути, который значительно тяжелее, всего на 76 сантиметров при площади поверхности в 1 квадратный сантиметр.
Следовательно, ртутный барометр представляет собой не что иное, как изогнутую стеклянную трубку, открытую с одного конца и заполненную ртутью.
Он откалиброван в миллиметрах, которые представляют собой вес (то есть давление), более или менее приложенный к поверхности Земли.
Этот прибор до сих пор носит имя своего изобретателя Торричелли (1608-1647), ученика знаменитого Галилея.
Атмосферное давление может увеличиваться или уменьшаться. Стоит отметить, что значение атмосферного давления также дает хорошее представление о высоте над уровнем моря.
По сути, высотомер — это тип барометра, откалиброванного в километрах.
К сожалению, температура также влияет на это измерение, потому что более холодный воздух, будучи более тяжелым, имеет тенденцию опускаться, а теплый воздух расширяется и поднимается вверх, будучи легче.
Можно ожидать снижения примерно на 1 миллибар на каждые 8 метров увеличения высоты.
В Международной системе единиц (СИ) единицей давления является паскаль (Па), что соответствует силе в 1 ньютон на квадратный метр (примерно 102 грамма).
Однако это значение обычно не используется и часто заменяется баром, равным 100 000 паскалей.
Стандартное атмосферное давление — это среднее значение, примерно 1,013 бар или 1013 миллибар.
Эта единица часто отображается на бытовых барометрах вместе со значением 76, представляющим высоту в сантиметрах ртутного столба на уровне моря.
Но это не все! Миллибар был заменен гектопаскалем (гПа), возможно, в честь памяти великого физика Блеза Паскаля.
На рынке можно найти металлические барометры или барометры-анероиды, работа которых основана на эластичности металлов.
В металлической камере, лишенной воздуха, измеряется атмосферное давление. Используя рычаг, он перемещает маленькую иглу по калиброванному циферблату.
Подвижный курсор позволяет «запомнить» заданное давление, а затем проверить, уменьшается оно или увеличивается. На основе этих наблюдений мы предлагаем построить наш барометрический индикатор.
Электронный датчик атмосферного давления
В настоящее время для измерения атмосферного давления полностью электронным способом достаточно «взвесить» вес столба воздуха, оказывающего давление на чувствительную поверхность датчика, используя пьезорезистивные свойства крошечной кремниевой пластины.
Он похож на миниатюрный тензодатчик, способный обнаруживать мельчайшие изменения массы на своей активной поверхности.
Компания Motorola уже несколько лет предлагает широкой публике очень интересный компонент, который имеет температурную компенсацию и точно откалиброван на заводе с помощью лазерного луча.
Этот компонент представляет собой датчик абсолютного давления с эталонным MPX 2200AP.
Специальная модель с двумя входами измеряет перепад давления, например, для оценки уровня воды в резервуаре. Типичная чувствительность датчика составляет 0,2 мВ на килопаскаль давления.
Таким образом, при точном давлении 1 бар = 1000 гПа выходное напряжение компонента составляет точно 100 x 0,2 мВ = 20 мВ.
Как работает схема
Схема индикатора атмосферного давления полностью представлена на следующем рисунке и состоит из трех отдельных секций: регулируемого источника питания, секции измерения и усиления и, наконец, устройства отображения и курсора памяти.
Прерывистое питание этого устройства позволяет использовать прямоугольную батарею 9В.
Чтобы исключить любые колебания напряжения из-за износа батареи, у нас есть устройство регулирования напряжения, состоящее из балластного транзистора Т1 и стабилитрона Z1 с номиналом 6,2 В. Переключающий диод D1, включенный последовательно, точно компенсирует падение напряжения на PN-переходе транзистора.
Электролитический конденсатор большой емкости C1 также стабилизирует это постоянное напряжение на уровне 6,2 В.
Положительная клемма этого источника питания проходит через кнопку TEST, которая питает устройство отображения только по запросу, способствуя значительному увеличению срока службы батареи.
