水银气压表工作原理

利用托里拆利原理：将一根顶端抽成真空的玻璃管插入水银槽内，在大气压力的作用下，涌入玻璃管内的水银柱将保持一定的高度，此时，水银柱对水银槽表面产生的压力与作用于槽面的大气压力相平衡。

如果在其近旁用铅直竖立的标尺对水银柱的高度加以测量（如图，标尺的零点取在水银槽表面），则可以形成最简单的气压表，其读数即求得的大气压力。

设当时的大气压力为p，水银柱高度为H，因此

由此可见，在大气压力数值相同的情况下，其测量值仍可能因气压表所处测量地点的气温及重力加速度的不同而产生不同的读数。为了正确地反映大气压力，必须规定一个标准状态，限定条件如下：

（1） 取0 ℃的水银密度，即

（2） 取标准重力加速度，即g=9.80665 m/s

理论上，任意一种液体都可以用来制造气压表，但是水银有其独特的优越性：

（1） 水银的密度大，所以其形成的液柱高度合适。

（2） 水银的饱和蒸气压非常小，所以在玻璃管顶真空部分中的水银蒸汽所产生的额外压力对读数精确度的影响可以忽略不计；

（3） 经过一定的工艺处理，容易得到纯度较高的水银。

水银气压表在1643年由托里拆利发明，是大气探测学进入定量测量气象要素时代的标志性仪器。

水银气压表的观测数据能够达到很高的精度，日常大气压力的测量值约在1000 hPa，水银气压表的读数可以很轻易地达到0.1 hPa，也就是说，其相对误差为万分之一，这在物理量检测仪器中是很少见的。

气象站常用的测量仪器有福丁式（动槽式）水银气压表和寇乌式（定槽式）水银气压表两种。

（1） 福丁式水银气压表

主要特点是标尺上有一个固定零点。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。

其构造如图所示，分为水银柱玻璃管、水银槽和标尺套管三个部分。

a． 水银柱玻璃管 长约90 cm，上端较粗，内径约8 mm，下端较细。经过专门的工艺清洗后，边加热边抽成真空，将高纯度的水银灌注其中，再插进水银槽中。

b． 水银槽 外观可见部分：下半截为铜护套（1），保护内部的羊皮囊；直径很粗的玻璃圈（2）在上半截，三根螺栓将它紧紧夹住；水银面调整螺钉（4）在槽的最下端，借助它可以抬升或降下槽内水银面的高度。象牙针（5）是气压表的基点，观测气压时，必须将水银面抬升到此点。

c． 标尺套管 其上部有开缝，并在缝一边刻有读数标尺从标尺套管上部的开缝处可见到水银柱（3），旋动右侧调节螺旋（6）可以使游标尺（7）上下滑动，当标尺底边与水银柱顶相切时，可准确读出气压数值。在整个水银气压表中部的套管上还有一支测定表身温度的附属温度表（8）。

（2） 寇乌式水银气压表

与动槽式水银气压表的区别只在水银槽部。它的水银槽没有羊皮囊、水银面调整螺钉以及象牙针（图a）。 当气压变化时，水银柱在玻璃管内上升（或下降）所增加（或减少）的水银量，必将引起水银槽内水银的减少（或增加），使槽内水银面向下（或向上）变动，即整个气压表的基点随水银柱的高度变动（图b）。

即当气压升高1 mm时，管腔水银柱升高x mm，槽内水银面随之下降y mm

x y = 1

定槽式水银气压表1 mm的刻度，其长度短于实际 的1 mm，以补偿气压表槽内基点的变动。国产气压表上的1 mm刻度只有0.98 mm长。

（1）安置

气压表要求安置在专门的房间，理想气压室方面要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的影响。室温的均一性不难保证，气流的影响则不仅与风速有关，还与建筑物的结构形式和位置有关，根据经验，其产生的影响振幅最大可达3 hPa。为此要求气压室具备如下条件：

a． 室内不装设任何热源或冷源；

b． 避免阳光直射；

c． 双层门窗，以减小风及观测人员进入室内时所引起的气压波动；

d． 气压表应该垂直悬挂，否则会使读数值偏高。

（2）观测

读取气压表读数按下述步骤进行：

a． 观测附属温度表；

b． 调整水银槽内水银面，使之自下而上与象牙针尖恰恰相接；

c． 调整水银柱顶的游标尺，使之缓慢下降，前后底边恰好与水银柱顶相切，调整时注意保持视线与水银柱同高；

d． 读取并记录，精确至0.1 hPa；

e． 降下水银面，使它与象牙针尖脱离。

水银气压表有动槽式水银气压表和定槽式水银气压表两种，此外还有检查用的虹吸式水银气压表。它是利用作用在水银面上的大气压强，和与其相通、顶端封闭且抽成真空的玻璃管中的水银柱对水银面产生的压强相平衡的原理而制成的。

动槽式水银气压表使用注意事项和维护：

1、动槽式水银气压表属于精密气压测定装置，内含高蒸馏水银，需要专人携带。

2、动槽式水银气压表出厂前为倒置状态，使用时需要180°倒转过来。

3、动槽式水银气压表，定槽式水银气压表要安装在温度少变、光线充足的气压室内。

4、动槽式气压表必须垂直悬挂，应定期用铅垂线在相互成直角的两个位置校正。

5、动槽式水银气压表，定槽式水银气压表使用时要应经常保持清洁。

6、动槽式气压表槽内水银面产生氧化物时，应及时清除。

7、提醒您当动槽式水银气压表，有水银泄露或测定不准时，应报上级业务部门处理。

8、 应经常保持动槽式水银气压表的清洁。

9、动槽式水银气压表槽内水银面产生氧化物时，应及时清除。对有过滤板装置的气压表，可以慢慢旋松槽底调整螺旋，使水银面缓缓下降到“过滤板”之下（动作要轻缓，使水银面刚好流入板下为止，切忌再向下降，以免内管逸入空气），然后再逐渐旋紧槽底调整螺旋，使水银面升高至象牙针附近。用此方法重复几次，直到水银面洁净为止。无“过滤板”装置的气压表，若水银面严重氧化时，应报请上级业务主管部门处理。

10、动槽式水银气压表必须垂直悬挂，应定期用铅垂线在相互成直角的两个方向上检查校正。

11、动槽式水银气压表水银柱凸面突然变平并不再恢复，或其示值显著不正常时，应报请上级业务主管部门处理。 2100433B

1）、动槽式水银气压表应安装在温度少变、光线充足的气压室内，尚无气压室的台站，可安置在特制的保护箱内气压表应牢固、垂直地悬挂墙壁、水泥柱或坚固的木柱上，切勿安置在热源（暖气管、火炉）和门窗旁边，以及阳光直接照射的地方。气压室内不得堆放杂物。

2）、动槽式水银气压表安装前，应将挂板或保护箱牢固地固定在准备悬挂气压表的地方。再小心地从木盒（皮套）中取出气压表，槽部向上，稍稍拧紧槽底调整螺旋约（1～2）圈，慢慢地将动槽式水银气压表倒转过来，使表直立，槽部在下。然后先将槽的下端插入挂板的固定环里，再把表顶悬环套入挂钩中，使动槽式水银气压表自然垂直后，慢慢旋紧固定环上的三个螺丝（注意不能改变气压表的自然垂直状态），将动槽式水银气压表固定。最后旋转槽底调整螺旋，使槽内水银面下降到象牙针尖稍下的位置为止。安装后要稳定3个小时，方能观测使用。