水銀氣壓表

工作原理

利用托里拆利原理：將一根頂端抽成真空的玻璃管插入水銀槽內，在大氣壓力的作用下，湧入玻璃管內的水銀柱將保持一定的高度，此時，水銀柱對水銀槽表面產生的壓力與作用於槽面的大氣壓力相平衡。

如果在其近旁用鉛直豎立的標尺對水銀柱的高度加以測量（如圖，標尺的零點取在水銀槽表面），則可以形成最簡單的氣壓表，其讀數即求得的大氣壓力。

設當時的大氣壓力為p，水銀柱高度為H，因此

式中

為溫度為t時水銀的密度，g為當地重力加速度。

由此可見，在大氣壓力數值相同的情況下，其測量值仍可能因氣壓表所處測量地點的氣溫及重力加速度的不同而產生不同的讀數。為了正確地反映大氣壓力，必須規定一個標準狀態，限定條件如下：

（1）取0 ℃的水銀密度，即

=1.35951 * 10 kg ；

（2）取標準重力加速度，即g=9.80665 m/s

理論上，任意一種液體都可以用來製造氣壓表，但是水銀有其獨特的優越性：

（1）水銀的密度大，所以其形成的液柱高度合適。

（2）水銀的飽和蒸氣壓非常小，所以在玻璃管頂真空部分中的水銀蒸汽所產生的額外壓力對讀數精確度的影響可以忽略不計；

（3）經過一定的工藝處理，容易得到純度較高的水銀。

水銀氣壓表在1643年由托里拆利發明，是大氣探測學進入定量測量氣象要素時代的標誌性儀器。

水銀氣壓表的觀測數據能夠達到很高的精度，日常大氣壓力的測量值約在1000 hPa，水銀氣壓表的讀數可以很輕易地達到0.1 hPa，也就是說，其相對誤差為萬分之一，這在物理量檢測儀器中是很少見的。

氣象站常用的測量儀器有福丁式（動槽式）水銀氣壓表和寇烏式（定槽式）水銀氣壓表兩種。

（1） 福丁式水銀氣壓表

主要特點是標尺上有一個固定零點。每次讀數時，須將水銀槽的表面調整到這個零點處，然後讀出水銀柱頂的刻度。

其構造如圖所示，分為水銀柱玻璃管、水銀槽和標尺套管三個部分。

a． 水銀柱玻璃管 長約90 cm，上端較粗，內徑約8 mm，下端較細。經過專門的工藝清洗後，邊加熱邊抽成真空，將高純度的水銀灌注其中，再插進水銀槽中。

b． 水銀槽 外觀可見部分：下半截為銅護套（1），保護內部的羊皮囊；直徑很粗的玻璃圈（2）在上半截，三根螺栓將它緊緊夾住；水銀面調整螺釘（4）在槽的最下端，藉助它可以抬升或降下槽內水銀面的高度。象牙針（5）是氣壓表的基點，觀測氣壓時，必須將水銀面抬升到此點。

c． 標尺套管 其上部有開縫，並在縫一邊刻有讀數標尺從標尺套管上部的開縫處可見到水銀柱（3），旋動右側調節螺旋（6）可以使游標尺（7）上下滑動，當標尺底邊與水銀柱頂相切時，可準確讀出氣壓數值。在整個水銀氣壓表中部的套管上還有一支測定表身溫度的附屬溫度表（8）。