空盒氣壓計又稱無液氣壓計，是一種測量氣體壓強的物理計量儀器。它主要套用於物理實驗教學、氣象台站測量大氣壓強，也常套用於氧焊、消防等有關部門測量密閉容器（如氧氣瓶、氮氣瓶、乙炔瓶和乾粉滅火器等）內氣體的壓強。
基本介紹
- 中文名：空盒氣壓計
- 外文名：aneroid barometer
- 所屬學科：大氣科學
介紹,工作原理,分類,使用方法,改進,筆位移動,拓展套用,
介紹
空盒氣壓計是用金屬膜盒作為感應元件的氣壓表，盒內近於真空。利用彈性應力與大氣壓力相平衡的原理，以它形變的位移測定氣壓。其優點是便於攜帶和安裝。但由於金屬膜片的彈性係數隨溫度變化，須採取溫度補償措施；空盒形變存在彈性滯後，在一定的氣壓範圍內，升壓和降壓的形變曲線不重合。上述兩個因素使空盒氣壓表的測量精度低於水銀氣壓表。空盒氣壓計套用空盒氣壓表的原理製成，它是一種能自動記錄的氣壓表。
工作原理
空盒氣壓計以隨大氣壓變化而產生軸向移動的真空膜盒作感應元件，通過拉桿和傳動機構帶動指針，指示出當時當地的大氣壓強值，或與之相連通的密閉容器的氣體的壓強值。其具體工作過程是：當大氣壓強（或密閉容器內氣體壓強）增加時，真空膜盒被壓縮，帶動傳動機構使指針順時針偏轉一定角度，氣壓計讀數增大；當大氣壓強（或密閉容器內氣體壓強）減小時，真空膜盒就膨脹，帶動傳動機構使指針逆時針偏轉一定角度，氣壓計讀數減小。
分類
空盒氣壓計分類主要根據其真空膜盒的多少來確定：
（1）平原型：由1～2 個真空膜盒來感應大氣壓強，其感應範圍從1060hPa 至800hPa。
（2）高原型：由4～5 個真空膜盒來感應大氣壓強，其感應範圍從1060hPa 至500hPa。
大氣壓強是由大氣層受到重力作用而產生的，離地面越高的地方，大氣層就越薄，那裡的大氣壓就越小。反之則大氣壓強越大。由此可見大氣壓強的變化跟海拔高度有關， 所以高原型氣壓計根據海拔高度又分為A、B、C 三種類型。
氣壓計分類表
儀器名稱 | 膜盒數量 | 感應範圍 |
平原型氣壓計 | 1-2 | (1060～800)hPa |
高原型氣壓計 | 4-5 | A 型：(570～660)hPa |
B 型：(650～740)hPa | ||
C 型：725～815hPa |
在使用前應根據海拔高度來確定氣壓計的所屬類型。如：玉樹州清水河氣象局海拔高度為4417.5m，則只能使用高原型A 型氣壓計, 若誤使用了B 型或C 型高原空盒氣壓計則可能引起筆桿到最大下限而無法繼續向下位移，從而破壞了真空膜盒的真空度,使氣壓計不能正常工作。因此高原空盒氣壓計應根據儀器使用地點的海拔高度來確定類型。
使用方法
空盒氣壓計的主要部件是一個金屬真空盒，用皺紋薄片密封。當空氣的絕對靜壓發生變化時，薄片隨即向上或向下彎曲，用齒輪和桿槓的機械傳動作用，把這種彎曲變化量轉變為指針在刻度盤上的轉動量，從刻度盤上讀出mmHg或mbar、kPa的數值，背面外殼上有一小孔，內裝一個調整螺旋。用小卡子轉動這螺旋，就能調整指針的位置。
使用前須用水銀氣壓計進行校正，即轉動空盒氣壓計的調整螺旋使指針所指的讀數和水銀氣壓計的讀數一致。測量風流方向中某點的絕對靜壓時，須使空盒氣壓計的刻度盤平行於風流的方向。因指針轉動比較遲緩，讀數之前，用手指輕擊幾下儀器，待指針穩定後再讀取讀數，又因真空盒的薄片有一定的彎曲極限，所以讀數有一定的範圍，一般在360到790mmHg(5×104-1.05×106Pa)之間,在較深的礦井內，有可能超出其最大讀數範圍，這時指針停在最大讀數的位置，不再轉動。
改進
傳統不足
傳統的空盒氣壓計（如j1012型）存在以下不足：
⑴刻度盤上方的圓形玻片為普通平板玻璃片，耐壓抗震能力差，極易損壞，也使空盒氣壓計的實際安全測量範圍相應減小，其使用壽命也大為縮短。
⑵由於受塑膠外殼和圓形鋁片刻度盤的阻擋，使觀察者無法清晰地看到空盒氣壓計內部整套傳動裝置機構，降低了該儀器在物理實驗教學中的直觀性。
⑶刻度盤上未直接標註出空盒氣壓計的安全測量範圍（一般為80－106kPa）和允許使用溫度範圍（一般為-10℃－+40℃），也未用醒目的紅、綠加粗條警示性地在刻度盤上表出，容易造成學生實驗操作中的違規，甚至釀成人身傷害事故。
⑷無水平調節裝置，儀器隨意放置難於保證呈水平狀態，不可避免地造成空盒氣壓計的讀數誤差。
⑸空盒氣壓計只運用測量大氣壓或密閉氣體的壓強，使用功能未免過於單一，它的潛在套用功能未曾得到充分開發和利用。
氣壓計改進
我們通過對空盒氣壓計使用反思和分析評價，提出如下幾點改進意見：
⑴在材料和造型上改進
空盒氣壓計的普通圓形玻片和塑膠外殼，改用透明度好、質地堅硬的鋼化玻璃材料，在造型上將兩者合二為一製成一體化的球冠形狀，既可提高該儀器的耐壓抗震強度，又能提高儀器的直觀性。當視線透過玻璃鋼外殼向里看時，空盒氣壓計的內部裝置機構就會一覽無餘地呈現在觀察者的眼前。
⑵對刻度盤的改進
將鋁質圓片形刻度盤改為圓環形刻度盤。當觀察者的視線從上往下投向空盒氣壓計時其內部機構便能一目了然。在刻度盤上鮮明標註氣壓計的主測量範圍（如80－106kPa）、使用溫度範圍（一般為-10℃－+40℃）,並在上、下限刻度線上分別用紅、綠粗線條警示，提醒使用者在測量時高度注意不超限，這樣可大大減少氣壓計因使用者超限違規而導致其損壞的現象發生。
⑶增加氣壓計水平調節裝置
在空盒氣壓計底部安裝三個可調節的底腳螺絲，呈等邊三角形排列。在硬質膠木板上安裝一隻氣泡水準儀。適當調節三個活動的地腳螺絲，可使空盒氣壓計呈水平狀態，以減小儀器讀數誤差。
筆位移動
空盒氣壓計(以下簡稱氣壓計)筆位移動，是指氣壓計筆尖示度與水銀氣壓表氣壓值校正後，經過一段時間的使用，筆尖所示氣壓值與水銀氣壓表的氣壓值比較，相差愈來愈大，修正值超過規定，這時，氣壓計的筆位需要重新校正，這給氣象測報人員增加了麻煩，也給測報質量帶來隱患。針對這一問題，在氣壓計檢定過程中，經過分析和試驗，找到筆位移動的主要原因及克服的方法。
原因分析
氣壓計筆位移動主要是筆位調節螺絲鬆動造成的。從氣壓計的機構看，感應元件空盒，它是牢固地固定在儀器底部上的雙金屬片的一端，一般不會鬆動;傳動結構的槓桿和連桿是隨著空盒受壓力的變化而升降，傳動機構的水平軸只能前後水平移動，這種分析也驗證了試驗結果。其具體原因是:
（1）儀器經過長期使用，螺紋之間磨損、鬆動;
（2）螺絲部件公差偏大，螺絲和螺母間隙較大;
（3）調節螺絲製作材料為鋼材，固定支架的材料為鋁材料或輕金屬，膨脹係數不一致，隨著季節氣候的變化，造成調節螺絲鬆動。
移動的技巧
根據以上原因，主要是解決調節螺絲與支架螺絲紋之間的鬆動間題，要求要緊密一點，或適當增加摩擦力。
（1）在調節螺絲的螺孔中墊紙片或棉線等物品。方法是:用較薄較軟的韌性的書寫紙，剪成長2cm左右，底寬為0.3cm左右的三角形，紙片尖端插人調節螺絲的螺孔，如果鬆動嚴重，可多插人一些，如果稍松，可少插人一些，或將棉線塞入螺孔，最後把調節螺絲擰入，將筆位調到與本站氣壓一致即可。這一方法對4台儀器試驗，加墊紙片以後可消除筆位的移動量。
（2）調節螺絲的常用部位，滴一點油漆，以增加螺紋之間的磨擦力，亦可防止螺絲鬆動。
拓展套用
拓展空盒氣壓計的實際套用
為使空盒氣壓計實現“一表多用”，應開動腦筋，多想辦法，充分發揮其潛在功能，拓展其套用範圍。現舉例如下：
測量地理高度
大氣壓數值隨地理高度不同而變化，存在如下實驗規律：
在海拔高度2000米以內，大約每升高12米，大氣壓減少133Pa。例如，若在某山頂上用空盒氣壓計測得大氣壓值為88Kpa，則該山頂的海拔高度可依下公式計算出：
P0－P/133×12=（101.3－88）×103/133×12=1,200（米）
其中，標準大氣壓P0=1.013×105Pa。在空盒氣壓計環形刻度盤上標示出與各個大氣壓數值相對應的一系列海拔高度值，便可由空盒氣壓計直接讀出所測地方的海拔高度，於是空盒氣壓計便成為一個高度計。
預報晴雨天氣
大氣壓與天氣緊密相關。一般說來，晴天的大氣壓比陰天的高，冬天的大氣壓比夏天的高。對於某地來說，如果用空盒氣壓計測出當地一年四季中晴天和雨天的一系列大氣壓值，分析這些數據，不難從中找出晴天和雨天大氣壓的變化規律。運用這一規律，也就可以對該地的晴雨天氣變化作出較為準確的預報。因此，空盒氣壓計從理論上講可以作為一個晴雨計。
驗證規律
氣體壓強的大小取決於氣體分子的密度和平均動能，而氣體分子的平均動能，又與氣體的溫度有關係。利用空盒氣壓計和其它儀器、器材做實驗，不難發現氣體儀器的變化規律。
（1）驗證氣體儀器大小與氣體分子密度的關係
準備一個可打氣、抽氣兩用唧筒，先用其打氣咀與空盒氣壓計通氣管連線，推動唧筒活塞打氣幾次，由於氣壓計內氣體增多，氣體分子密度增大，可以看到氣壓計指針示數增大，表明此時氣壓計內氣體壓強也增大。再換唧筒抽氣咀與空盒氣壓計通氣管連線，緩慢推動唧筒活塞抽氣，由於氣壓計內氣體減少，氣體分子密度減小，可以看到氣壓計指針示數減小，表明此時氣壓計內壓強也減小。應特彆強調指出，在上述實驗中，無論用唧筒打氣或抽氣，都應嚴格監控氣壓計的指針示數，使之不超過空盒氣壓計的上、下限範圍，否則將對其造成損壞。
（2）驗證氣體儀器與氣體分子平均動能的關係
可以用兩個小實驗來做。
第一個實驗，是將處在空氣中空盒氣壓計作為研究對象，記錄氣壓計指針的示數p1與溫度t1；然後將空盒氣壓計放入冰櫃冷藏室中，經過一段時間，打開冰櫃門對它迅速讀數，記錄氣壓計的示數P2與溫度t2，比較兩次實驗數據，不難發現：t1>t2,P1>P2。即隨著溫度的升高，氣體否則的平均動能增大，氣體壓強也增大。
第二個實驗，是分別用浸過熱水與冷水的濕毛巾，敷在空盒氣壓計的鋼化玻璃外殼上，氣壓計通氣管用橡皮管夾緊，分別記錄氣壓計的指針示數與溫度並比較之，也可以得出與上相同的結論。
