第四章气压的测量

准确至 0.1 hPa。
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4.4 空盒气压表和气压计（续）
空盒气压表的读数订正： 1. 刻度订正：
由于仪器制造或装配得不够精确。刻度订正 值可从检定证上查出。
2. 温度订正：
由于温度的变化，将引起空盒和金属弹簧片 弹性发生改变。
制造仪器时，采用温度补偿装置来减少温度 对空盒变形的影响。
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4.1.3 定槽式水银气压表（续）
当外界气压增大时，槽内水银面下降管内水 银面升高，因此实际气压变化是这两部分高 度变化之和，反之当气压下降时，也是一样。
由于水银槽是封闭的，槽内水银面高度变化 b 是看不到的。因此仅用管内水银柱 a 来代 表实际气压（a + b）。这样标尺上的单位刻 度距离 a ，要比实际气压变化要短些，这就 是标尺需补正的基本原理。
如果大气压力不变，温度变化，或两个重力加速 度不同的测点，大气压力相同，但水银柱高度的 读数是不相同的，只有当ρ 和 g 的数值一定时， 水银柱的高度才能正确地代表大气压力，所以必 须规定一个标准条件。
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4.1.1 作用原理（续）
标准条件是： 1. 以 0℃的水银密度为准，取 1.35951×104
h为该测站的海拔高度; h’为以测站为中心的半径 150km 范围内的 平均海拔高度。
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4.2.2 气压表读数的重力订正(续)
3. 水面上的台站，平均海拔高度低于 10m， 按下式计算：
gφ,h = gφ,0 – 0.0000003086h 0.0000001118 α( h – h’) 0.00000688 (1-α ) ( D – D’)
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4.1.3 定槽式水银气压表（续）
为此，在制造定槽式气压表时，要求槽部与 内管严格成比例，并以标准气压（760毫米） 时槽内水银面高度做为标尺的零点。
同时保持气压表内的水银定量，否则将会引 起仪器误差。
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补充：两种水银气压表的比较
动槽式
制作较容易，因有固定零点，观测手续比较麻 烦，使用时间较长后，水银面有氧化物，调零 点就不容易准确，常造成观测上的误差。
4.4 空盒气压表和气压计（续）
3. 补充订正：
主要是由于空盒或弹簧片的剩余形变而引起 的。
剩余形变随时间而不断变化着，因此就使空 盒气压表的订正值经常变化。
因此须定期与水银气压表进行比较，求出空 盒气压表的示度的补充订正。
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4.4 空盒气压表和气压计（续）
温度补偿装置主要有两种： 1. 空气补偿：
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4.1.3 定槽式水银气压表（续）
我国常用的定槽式，其内管面积与槽部面积 之比是 1 : 50。
当气压实际改变1毫米时，槽内水银面下降 0.02毫米（b =1/50），内管水银柱只上升 0.98毫米（a = 49/50）。
即标尺上代表气压变化1毫米的刻度（长 度），实际只有0.98毫米。
定值，因此可以直接用 tm 和 ph制成简表， 查算 C 值。 tm 可根据假定得到：3条 海拔每降100米，气温就升高0.5度（高山站）
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4.3 气压表的安置和观测方法
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4.3.1 气压室
气压表要求安置在专门的房间，理想的气压 室一方面要能保证室内温度均一稳定，另一 方面还要避免气流对室内气压影响。
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4.3.2 气压表的读数步骤（续）
补充：定槽式气压表（不必调整水银面）： 1. 观测附温表。 2. 轻击管壁。
轻击处以玻璃套管下部附温表上部为宜。轻 击的目的在于使附在内管壁的水银滴下落， 并使水银柱顶保持正常的弯月面。
3. 调整游尺与水银柱相切。 4. 读数、记录并复读。
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4.4 空盒气压表和气压计
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4.1.2 动槽式水银气压表
用一端封闭并抽成真空的玻璃管，倒插在 水银槽中，当水银柱压强与大气压强相平 衡时，用水银槽平面到水银柱顶的高度来 测定大气压强。
水银柱的高度必须以温度为0℃，重力加 速度为9.80665平方米/秒的情况下所具有 的高度为准。
当测量气压时，温度和重力加速度与上述 情况不符，则必须对由此引起的偏差加以 订正，气象观测称为本站气压订正。
室温的均一性不难保证。 气流的影响不仅与风速有关，而且还和建筑
物的结构形式和位置有关。
根据经验，由于风引起的气压脉动，其最大幅 度可达 3 hPa。
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4.3.1 气压室（续）
气压室的具体条件：
1. 室内不装设任何热源或冷源； 2. 避免阳光直射； 3. 双层门窗，以减少风以及观测人员进入室内
水银槽：铜护套1，玻璃圈2，水 银面调整螺钉4，象牙针5
标尺套管：水银柱3，调节螺旋6， 游标尺7，附属温度表8
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4.1.3 定槽式水银气压表
与动槽式水银气压表的区别：在水银槽部。 没有固定零点。
它的水银槽是一个固定容积的铁槽，没有羊 皮囊、水银面调整螺钉以及象牙针。
通气孔是位于槽顶上的螺钉孔。 见78页图4.3
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4.4 空盒气压表和气压计（续）
空盒气压表的构造：
感应部分：是一个圆形密闭的弹性金属空盒。感应 元件是一组具有弹性的薄片。盒内抽成真空，或留 有少量空气。由于大气压力远远超过空盒内的压力， 因而空盒将被压缩，需要一块弹簧片和它相平衡。 弹簧片的一端借一个调节螺旋固定在底座上，另一 端与空盒的中心轴相联，这样弹簧片拉紧空盒面并 平衡空盒上所受的大气压力。
α为 150km 地区内陆地面积所占比例。
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4.2.2 气压表读数的重力订正(续)
4. 海岸附近地区，按下式计算： gφ,h = gφ,0 – 0.0000003086h -
0.00000688 ( D – D’)
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4.2.3 海平面气压
经过仪器误差、温度和重力订正后的读数， 称作本站气压或场面气压。
当温度升高时，由于铜比因钢膨胀得多，使 导轴左端向上抬起，抵消了因弹力减弱所引 起的空盒与传导轴下降的一段高度。
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4.5 振筒式压力传感器
构造如图4.16(a) 该传感器的压力敏感部分为一固定在基座上
的薄壁圆筒，壁厚0.08mm，其开口的一端 固定在底座上，封闭的另一端向上作为自由 端。 振筒的材料不仅需要具有稳定的弹性，还应 有良好的导磁性，常使用镍基恒弹性合金制 作。
台站的重力加速度可应用世界气象组织的 推荐公式：
1. 在平均海平面上，重力加速度随纬度的变 化公式（4.7）， gφ,0 =
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4.2.2 气压表读数的重力订正(续)
2. 陆地台站将gφ,0 值进行高度修正，其局地 的重力加速度为公式（4.8a）,
gφ,h = gφ,0 – 0.0000003086h + 0.0000001118 ( h – h’)
Hh 为经过仪器误差、温度误差和重力订正后的 气压表读数
gφ,h 为位于纬度φ海拔h处的台站重力加速度值 gn 为标准重力加速度值，取值为 9.80665
m/s2
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4.2.2 气压表读数的重力订正(续)
根据公式（4.2）和（4.5）的关系，下式 可成立： Hh = H0 ·（ gφ,h / gn ）
第四章--气压的测量
4.1 水银气压表
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4.1.1 作用原理
应用托里拆里实验的原理。 当外界气压升高时，大气压力会自动把水银
槽中的水银压进管腔中使水银柱长高。 反之，气压下降时，水银柱会自动降低，水
银自动流回槽里。
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4.1.1 作用原理（续）
压高公式： p =ρg H
ρ 为温度为 t 时水银的密度 g 为当地的重力加速度 H 为水银柱的高度
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4.5 振筒式压力传感器
在振筒底座中心装有一个固定骨架，激振线 圈及其铁芯横穿固定在骨架上，在激振线圈 的推动下使振筒产生一定频率的振动，骨架 上另有一组拾振线圈，用以耦合振筒的振动， 测量其输出波形的频率或周期，可以准确地 确定振筒振动的频率。
在空盒内留有少量气体，当温度升高时，由 于盒内气体张力的增大，使空盒向外扩张， 这样就部分抵消了由于弹力减弱所造成的空 盒压缩的影响。当温度升高时，则起相反的 作用。
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4.4 空盒气压金属片补偿 器。双金属片由膨胀系数差值大的因钢和黄 铜组成。
定槽式
在制造上要求较严格，但使用上，较为方便而 精确。
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4.1.4 水印气压表的仪器误差
气压表主要的仪器误差：
1. 仪器的基点和标尺不准确 2. 管顶的真空度不高
使用较长时间后，玻璃本身吸附和吸留的气体、 水银中容入的空气逐渐渗入管顶的真空部分，并 难以彻底消除，因此气压表需定期进行复检。
机械部分 指示部分
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4.4 空盒气压表和气压计（续）
为了读取仪器的温度，空盒气压表还装有弧 形的附属温度表。
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4.4 空盒气压表和气压计（续）
空盒气压表的观测步骤：
打开盒盖后，先读取附温准确至 0.1℃。 然后轻敲盒面（克服摩擦），待指针静止后再
读数。 读数时眼睛视线与指针重合，且垂直于刻度盘，
kg ·m-3，符号为 ρ（0） 2. 取 9.80665 m / s2 为标准重力加速度。（纬
度45度的海平面上）
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4.1.1 作用原理（续）
取液体水银来制作气压表的优点： 1. 水银的密度大，液柱高度合适； 2. 在温度高达+60℃的情况下，水银的饱和
蒸气压仍然很小，因此在管顶的水银蒸气 所产生的附加压力对读数精确度的影响可 以忽略不计； 3. 纯水银易得。
空盒气压表（或称 固体金属气压表）， 是利用空盒面位置 随气压变化发生升 降，通过杠杆传递， 用指针指示气压的 仪器。
空盒气压计
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4.4 空盒气压表和气压计（续）
空盒气压表不如水银气压表精确，而且订正 值容易发生改变，因此一般台站上，只作为 参考仪器。
由于它便于携带、使用方便、维护容易，适 用于野外考察或测压准确度要求不太高的观 测用。
3. 气压表管内的毛细管现象
根据拉普拉斯公式，弯曲液面产生附加压力。管 顶水银面的曲率半径较小，因此表管心内的附加 压力数值比水银槽内的要大得多，结果使水银柱 的高度下降。
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4.2 水银气压表的读数订正
为使水银柱的高度能表示大气压力，必须 将其订正到标准状态： p =ρg H
以 0℃的水银密度为准，取 1.35951×104 kg ·m-3，符号 为 ρ（0）；取 9.80665 m / s2 为标准重力加速度。（纬 度45度的海平面上）
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4.3.2 气压表的读数步骤（续）
3. 调整游标尺恰好与水银柱顶相切。
调整时注意保持视线与水银柱同高，把游标尺底 边恰好与水银柱顶相切（图4.7），此时水银柱顶 两旁能见到三角形的露光空隙。
4. 读数并记录，准确至 0.1 hPa。 5. 降低水银面，使它与象牙针尖脱离2—3毫米，
其目的是使象牙针尖不被水银磨秃和脏污（但 注意不宜降低过多）。 观测时如光线不足可用电灯（25—40瓦）或手 电照明。
但为统一比较（绘制天气图），必须将各点 的场面气压都订正到同一高度——海平面上 来。
具体订正方法如图4.5所示。
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4.2.3 海平面气压（续）
根据压高公式，可得（4.9）式。 令 m = ……
则 C = p0 – ph = ph ( 10m -1) 对于一个固定的气象站，海拔高度是一个固
水银气压表测量精度较高，性能稳定，常 作为标准测压仪器。
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4.1.2 动槽式水银气压表（续）
特点是标尺上有一个固定的零点，每次读数 时，须将水银槽的表面调整到这个零点处， 然后读出水银柱顶的刻度。
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4.1.2 动槽式水银气压表（续）
构造：三部分
水银柱玻璃管：上端较粗，下端 较细，抽真空，灌注水银，插入 水银槽。
时引起的气压波动； 4. 气压表应该垂直悬挂，否则会使读数值偏高
（图4.6）。据计算，气压表悬挂的偏斜角要 求不超过 15’~ 20’。
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4.3.2 气压表的读数步骤
动槽式水银气压表观测步骤： 1. 观测附属温度表，准确至 0.1 ℃。 2. 调整水银槽内水银面，使之与象牙针尖恰
恰相接。
调整时，注意视线保持与水银面同高，旋转 底部螺旋时要慢，槽内水银面自下而上地上 升，直到象牙针尖与水银面恰好相接（既无 小涡（偏高，降低重调），也无空隙）为止。
先将气压表的读数值经过仪器误差订正， 然后再进行气压读数的温度订正和重力订 正。
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4.2.1 气压表读数的温度订正
气压表读数的温度订正除了把水银密度订正 到 0 度标准情况外，还要考虑标尺的长度随 温度变化的伸缩。
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4.2.2 气压表读数的重力订正
设：
H0 为经过仪器误差、温度误差订正后的气压 表读数