Отчетность (обработка результатов)
Практическое занятие № 2
ТЕМА: «АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ОРГАНЕИЗАЦИЯ И ПРАВИЛА ЗАМЕРА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ. ПОПРАВКИ ДЛЯ БАРОМЕТРА (БАРОГРАФА).
ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДОВ ЕДИНИЦ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ».
Продолжительность 2 часа
Цель работы
Научить курсантов практическим навыкам по определению атмосферного давления на судне и барической тенденции. В процессе выполнения практической работы курсант должен научиться:
– определить величину атмосферного давления по барометру-анероиду;
– вводить поправки к отсчету;
– приводить измеренную и исправленную величину атмосферного дав- ления к уровню моря;
– изучить устройство барографа, определять характеристики бариче- ской тенденции (ее величину, знак и характеристику).
Теоретический материал
Введение. Земной шар окружен газовой смесью – атмосферой, которая своим весом оказывает давление на поверхность земного шара. Исходя из этого, атмосферным давлением называется сила, действующая на единицу горизонтальной поверхности и равная по весу столба воздуха, простирающе- гося от данной поверхности до верхней границы атмосферы. За нормальное атмосферное давление условно принимают давление, которое уравновешива- ется весом ртутного столба высотой 760 мм с основанием 1 см2 (при темпе- ратуре 0ºС на широте 45º на уровне моря), где ускорение свободного падения равно 980,66 см/с2.
|
|
|
Атмосферное давление является одним из основных факторов, опреде- ляющих прогноз и состояние погоды. Несмотря на развитие космической техники, метеорологические спутники не могут определить атмосферное давление в районе океана. Наблюдение в морях и океанах, произведенное штурманским составом, играют важную роль в составлении прогнозов. По- этому судоводитель должен уметь проводить наблюдения на высоком про- фессиональном уровне.
Единицы измерения. Единицами измерения атмосферного давления яв- ляются миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) и миллибар (мб). С 1 января 1963 г. в России введена, согласно ГОСТ 9867 – 61, Международная система единиц (СИ) – Паскаль. Единица измерения (мм рт. ст.) – это измерение ат- мосферного давления, соответствующее поднятию или опусканию ртутного столба в барометре на 1 мм, мб – это давление, равное 1 000 дин, действую- щей на 1 см2, 1 Па – Н/м2.
Соотношение указанных единиц давления: 1 мм рт. ст. = 1,33322 мб = 133,3224 Па;
1 мб = 0,750062 мм рт. ст. = 100 Па; 1 Па = 0,00750062 мм рт. ст.
Приборы. Атмосферное давление измеряется барометром. Промышлен- ность выпускает несколько типов барометров: ртутные и гипотермометры (термобарометры). Для непрерывной регистрации атмосферного давления служат барографы, которые в зависимости от продолжительности действия подразделяются на суточные и недельные.
|
|
|
Ртутные барометры. Являются наиболее точными, но из-за наличия в них ртути, которая может представлять угрозу здоровью для членов экипа- жа, в настоящее время на судах не применяются.
Барометр-анероид. Является основным прибором для измерения атмо- сферного давления на всех типах судов. Принцип работы анероида основан на упругой деформации приемника под воздействием изменений атмосфер- ного давления. В качестве приемника употребляется металлическая анероид- ная коробка с гофрированным дном и крышкой. Воздух из коробки выкачан почти полностью. Для того, чтобы коробка не сплющилась давлением окру- жающего воздуха, пружина оттягивает крышку коробки, приводя ее в равно- весие. При изменении атмосферного давления крышка вдавливается и выги- бается. Величина деформации коробки при изменении давления очень мала (0,3 мм рт. ст.), но при помощи системы рычагов эти коробки увеличиваются в 200 и 800 раз и передаются на стрелку – указатель, расположенную вдоль градуированной шкалы.
Правила измерения давления. Перед снятием показания со шкалы ане- роида необходимо произвести измерения по термометру при анероиде с точ- ностью до десятых долей градуса. Затем, постучав слегка пальцем по стеклу анероида, производят отсчет положения конца стрелки на шкале с точностью до десятых долей миллибара (миллиметра). Постукивание по стеклу анероида необходимо для преодоления сил трения в передаточном механизме прибора, которые могут вызвать неправильные показания стрелки. При снятии отсчета глаз наблюдателя должен находиться над концом стрелки, перпендикулярно защитному стеклу над стрелкой анероида, чтобы избежать ошибки в отсчете.
|
|
|
Вычисление давления по показанию анероида. Для получения дейст-
вительной величины давления по отсчету, произведенному с анероидом, его исправляют тремя поправками: шкаловой (на давление), температурной и до- бавочной (постоянной прибора), которые даются в проверочном свидетель- стве (сертификате), прилагаемом к анероиду.
Шкаловая поправка (поправка на давление). В каждом анероиде име- ются свои инструментальные поправки, особенно в передаточном механизме, которые могут вызвать несовпадение показаний анероида с истинным давле- нием, причем, величина несовпадения может быть неодинаковой в разных участках шкалы.
|
|
|
В целях выявления ошибок показания анероидов при различном давле- нии, создаваемом в искусственных условиях, сравнивают с показаниями ртутного барометра, и, таким образом, получают шкаловые поправки при давлении, указанном в сертификате. Поправки на промежуточные значения давления находятся путем интерполяции между двумя соседними значения- ми. Во избежании неоднократной интерполяции по данным сертификата строят график шкаловой поправки. На оси абцис откладывается значение «Р» бар, на оси ординат – величину шкаловой поправки «ДР» шк, а затем с гра- фика с точностью до 0,1 мм рт. ст. снимают интервалы давления, для кото- рых шкаловая поправка одинакова (табл. 1).
Шкаловая поправка. Проверочное свидетельство анероида № 63,
ГОСТ 6466–73.
Таблица 1
Таблица поправок на атмосферное давление
| р, мм рт. ст. | Ä р шк. |
| 790 | –0,2 |
| 780 | –0,1 |
| 770 | –0,3 |
| 760 | 00 |
| 750 | –0,1 |
| 740 | –0,2 |
| 730 | 00 |
| 720 | –0,2 |
| 710 | –0,1 |
Температурная поправка при изменении температуры показания ане- роида изменяются вследствие того, что упругость мембранной коробки и уп- ругость пружины не остаются постоянной. При повышении температуры их упругость уменьшается в силу того, что коробка сдавливается больше и ане- роид дает завышенное показание, хотя в действительности давление воздуха не менялось. Следовательно, при одном и том же атмосферном давлении по- казания анероида могут быть различными в зависимости от его температуры.
Чтобы исключить влияние температуры, показания анероида приводят к температуре 0ºС, при которой был переградуирован прибор. Для этой цели у каждого анероида определяют так называемый температурный коэффици- ент «С», указанный в сертификате. Величина температурной поправки для приведения показаний анероида к 0ºС вычисляется по формуле:
± ∆ Р t = c t,
где t – отсчет температуры по термометру при анероиде;
с – температурный коэффициент, выражающий величину изменения дав- ления при изменении температуры на 1ºС.
Полученный результат округляется до десятых долей мм.
a = 1/273ºС = 0,004 – коэффициент температурного расширения газов.
Температурная поправка определяется по формуле:
∆ Р t = ± a t.
Дополнительная поправка. Обусловлена постоянными изменениями внутренней структуры металла пружины и коробки, следствием чего изменя- ется их упругость. Добавочная поправка изменяется со временем, поэтому анероиды периодически проверяют и находят новую добавочную поправку путем сравнения показаний анероида с ртутным барометром.
Добавочную поправку ∆ Р g приводят в сертификате и без изменения вно- сят в таблицу наблюдений с учетом знака.
Все три поправки алгебраически суммируют с отсчетом по анероиду и в результате получается исправленное атмосферное давление.
Поправка на высоту места наблюдения. На разных типах судов штур- манские рубки, где находятся анероиды, располагаются на разной высоте над уровнем моря, а так как давление с высотой меняется, то показания прибора приводят к уровню моря. Приведение давления к уровню моря производят по формуле:
Р о = Р н + Н / h, (1)
где Р о – давление на уровне моря (мб);
Р н – исправленная величина давления (мб);
Н – высота рубки над уровнем моря (мб);
h – барическая ступень (высота, на которую надо подняться или опус- титься, чтобы давление изменилось на единицу измерения).
h = (8 000 / P н ) (1 + a t ) (м/мб), (2)
где a – коэффициент теплового расширения газов;
8 000 – теоретическая высота однородной атмосферы.
1 / Тº К = 1 / 273ºС = 0,04,
где Тº – температура по термометру при анероиде.
Величина барической ступени рассчитывается до сотых долей м/мб. Фор- мула барической ступени вычисляется для высот не более 1 км.
Перевод единицы измерения давления мм рт. ст. в мб производится по формуле:
Р (мб) = 1,333 Р н (мм/м).
Величина атмосферного давления изменяется в связи с изменением высо- ты столба воздуха, оказывающего давление на единицу поверхности. В точ- ках А и В соответственно расположенных на высотах над уровнем моря, ве-
личина атмосферного давления будет различной. В точке А давление Р1 бу- дет больше, чем давление Р2 в точке В, так как высота слоя воздуха над пер- вой точкой будет больше, чем над второй.
Разность давлений между указанными точками будет равной весу столба воздуха, высота которого равна разнице высот.
Если одновременно измерить с помощью анероида величины давления в точках А и В, то можно определить разность высот между ними.
Определение превышения одной точки над другой можно производить при помощи упрощенной барометрической формулы (Бабине):
h = 8 000 · 2 (Р н – Р в ) / (Р н + Р в ),
где Р н – давление на нижнем уровне;
Р в – давление на верхнем уровне;
a – коэффициент расширения воздуха = 0,00366;
t – средняя температура слоя воздуха между точками А и В. Эта формула применяется для высот до 1 000 м.
С помощью барометрической формулы можно привести давление одного пункта, высота которого известна, к уровню моря:
Р н ум = Р из [ 15 982 (1 + a t ) + h ] / [15 982 (1 + a t ) – h ],
где Р н ум – давление на уровне моря;
Р из – давление измеренное на мостике (в рубке) судна;
t – средняя температура слоя воздуха;
h – высота мостика.
Определение барометрической тенденции. Кроме измерения атмосфер- ного давления, на судах вычисляется величина и определяется характеристи- ка барометрической тенденции.
Величина тенденции – это скорость изменения атмосферного давления, выраженного в миллибарах, за 3 ч, предшествующих сроку наблюдения. Ха- рактеристика тенденции показывает, каким образом изменилось давление за 3 часа. Величина и характеристика барометрической тенденции определяется по записи на ленте барографа.
Для определения величины барометрической тенденции по ленте баро-
графа, не снимая ее с барабана, отсчитывают значение давления в срок на- блюдения и за последние (предыдущие) 3 ч до срока. Из первого отсчета вычитают последний и разность записывают в журнал в целых и десятых долях миллибара.
Если давление в срок наблюдения больше, чем за 3 ч до срока, то баро- метрическая тенденция считается положительной (+), если меньше, то отри- цательной (–).
Характеристика барометрической тенденции дается по виду кривой на ленте барографа в соответствии с таблицей, помещенной в журнале КГМ–15 или в коде КН–09–С.
Кроме величины и характеристики барометрической тенденции наблюда- тель должен определить генеральное направление перемещения (V) и сред- нюю скорость (D) судна за последние 3 ч.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с теоретическим материалом.
2. Приготовить анероид к наблюдениям.
3. Произвести снятие показаний давления и температуры.
4. Определить поправки и ввести их в снятые показания.
5. Определить барическую ступень.
6. Привести давление к уровню моря, используя формулы и табл. 1, 2.
7. Определить разницу высот двух станций по заданному варианту атмо- сферных давлений и температуре (табл. 2). Написать краткий вывод.
Отчетность (обработка результатов)
Изучить приборы измеряющие атмосферное давление. Измерить атмо- сферное давление, рассчитать 4 поправки, учесть их при выводе истинного давления. Определить барическую тенденцию за прошедшие 3 ч.
Вопросы для самоконтроля
1. Единицы измерения атмосферного давления?
2. Сколько поправок для судового анероида?
3. Что характеризует градиент давления?
4. Как получен коэффициент «8000» в формуле Бабине?
5. Одинаков ли градиент давления в теплом и холодном воздухе при прочих равных условиях?
Литература
1. Гордиенко А.И. Дремлюнг В.В. Гидрометеорологическое обеспечение судовождения. Учебник для ВУЗов. – М.: Транспорт, 1989. – 240 с.
Таблица 2
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 1076; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!