بارومتر یا فشارسنج چیست؟
بارومتر، دستگاهی است که برای اندازه گیری فشار اتمسفری استفاده می شود. جو یا اتمسفر، لایه هایی از هوا است که به دور زمین وجود دارند. این هوا وزن دارد و در اثر جاذبه به سمت زمین کشیده می شود و بر هر چیزی که با آن تماس داشته باشد فشار وارد می کند. بارومترها این فشار را اندازه گیری می کنند. از آنجا که فشار اتمسفری با فاصله از سطح دریا (به علت کاهش میزان کمی مولکول ها) تغییر می کند، این ابزار همچنین می تواند برای اندازه گیری ارتفاع به کار رود.فشار اتمسفری میتواند نشانگر وضعیت آب وهوا باشد. تغییرات در جو، از جمله تغییرات فشار هوا، بر وضعیت آب وهوا تاثیر می گذارد. هواشناسان از فشارسنج ها برای پیش بینی تغییرات کوتاه مدت آب وهوا استفاده می کنند. کاهش سریع فشار اتمسفری به معنای ورود یک سیستم فشار پایین است. فشار پایین معمولا نشانگر آسمان ابری، بارانی یا وزش باد است. هوا از مناطق پرفشار به سمت مناطق کم فشار حرکت می کند. مناطق پرفشار معمولا هوای خنک، خشک و آسمان صاف ایجاد می کنند.
واحد اندازه گیری فشار
بارومتر فشار اتمسفری را در واحد هایی به نام اتمسفر یا بار اندازه گیری می کند. یک اتمسفر (atm) واحدی است که برابر با فشار هوای متوسط در سطح دریا در دمای ۱۵ درجه سانتی گراد (۵۹ درجه فارنهایت) می باشد. تعداد اتمسفرها با افزایش ارتفاع کاهش می یابد زیرا چگالی هوا کمتر می شود و فشار کمتری اعمال می کند. با کاهش ارتفاع، چگالی هوا و تعداد اتمسفرها افزایش می یابد. فشار سنج ها باید برای تغییرات ارتفاع تنظیم شوند تا بتوانند اندازه گیری های دقیقی از فشار اتمسفری ارائه دهند.
دو نوع اصلی بارومتر عبارتند از: جیوه‌ای و آنروئید.
دو نوع اصلی بارومتر جیوه ای و آنروئید می باشد که در ادامه به شرح هر کدام می پردازیم.
بارومتر جیوه ای
بارومتر جیوه ای قدیمی ترین نوع فشار سنج است که توسط فیزیکدان ایتالیایی، اوانجلیستا توریچلی، در سال ۱۶۴۳ اختراع شد. توریچلی اولین آزمایش های بارومتریک خود را با استفاده از یک لوله پر از آب انجام داد. آب نسبتا سبک است، بنابراین یک لوله بسیار بلند با مقدار زیادی آب نیاز بود تا بتوان فشار سنگین اتمسفری را جبران کرد. Barometer آبی توریچلی بیش از ۱۰ متر (۳۵ فوت) ارتفاع داشت که از سقف خانه او فراتر می رفت! این دستگاه عجیب باعث ایجاد سوءظن در بین همسایگان توریچلی شد که فکر می کردند او درگیر جادوگری است. برای مخفی نگه داشتن آزمایش های خود، توریچلی به این نتیجه رسید که می تواند از جیوه، یک مایع نقره ای رنگ که ۱۴ برابر سنگین تر از آب است، استفاده کرده و فشارسنجی بسیار کوچکتر بسازد.
در Barometer جیوه ای، فشار اتمسفری یک ستون جیوه را متعادل می کند که ارتفاع آن به دقت قابل اندازه گیری است. برای افزایش دقت، بارومترهای جیوه ای اغلب برای دمای محیط و مقدار محلی گرانش تصحیح می شوند. واحد های رایج برای فشار شامل پوند بر اینچ مربع، نیوتن بر متر مربع (واحد SI که به پاسکال معروف است)، اینچ، سانتیمتر یا میلیمتر جیوه، و میلی بار هستند (۱ میلی بار برابر با ۱۰۰۰ دین بر سانتیمتر مربع، ۱۰۰ پاسکال، یا ۰.۷۵ میلیمتر جیوه است). فشار اتمسفری در سطح دریا حدود ۱۴.۷ پوند بر اینچ مربع است که معادل ۳۰ اینچ (۷۶۰ میلیمتر) جیوه، ۱۰۱۳.۲ میلی‌بار، یا ۱۰۱۳۲۰ پاسکال می باشد.
فشارسنج جیوه ای شامل یک لوله شیشه ای است که در بالا بسته و در پایین باز است. در پایین لوله، یک حوضچه جیوه قرار دارد که به شکل دایره و کم عمق اطراف لوله را احاطه کرده است. جیوه درون لوله به شکلی تنظیم می شود که با فشار اتمسفری بالای حوضچه مطابقت پیدا کند. با افزایش فشار، جیوه درون لوله بالا می رود. لوله با یک سری اندازه گیری ها نشانه گذاری شده است که تعداد اتمسفرها یا بارها را نشان می دهند. ناظران می توانند با مشاهده اینکه جیوه در چه ارتفاعی درون فشار سنج متوقف شده است، فشار هوا را تعیین کنند.
از میان انواع مختلف بارومترهای جیوه ای، بیشتر تفاوت ها ناشی از روش های مختلف برای اندازه گیری ارتفاع ستون جیوه است. اگرچه می توان از مایعات دیگری نیز در این ابزار استفاده کرد، جیوه به دلیل چگالی بالایش، رایج ترین گزینه است و باعث می شود که ارتفاع ستون عمودی Barometer در اندازه ای مناسب باقی بماند. اگر از آب استفاده می شد، ستون باید حدود ۳۴ فوت ارتفاع داشته باشد.
فشارسنج جیوه ای شامل یک لوله شیشه ای است که در بالا بسته و در پایین باز است. در پایین لوله، یک حوضچه جیوه قرار دارد که به شکل دایره و کم عمق اطراف لوله را احاطه کرده است. جیوه درون لوله به شکلی تنظیم می شود که با فشار اتمسفری بالای حوضچه مطابقت پیدا کند. با افزایش فشار، جیوه درون لوله بالا می رود. لوله با یک سری اندازه گیری ها نشانه گذاری شده است که تعداد اتمسفرها یا بارها را نشان می دهند. ناظران می توانند با مشاهده اینکه جیوه در چه ارتفاعی درون فشار سنج متوقف شده است، فشار هوا را تعیین کنند.
از میان انواع مختلف بارومترهای جیوه ای، بیشتر تفاوت ها ناشی از روش های مختلف برای اندازه گیری ارتفاع ستون جیوه است. اگرچه می توان از مایعات دیگری نیز در این ابزار استفاده کرد، جیوه به دلیل چگالی بالایش، رایج ترین گزینه است و باعث می شود که ارتفاع ستون عمودی Barometer در اندازه ای مناسب باقی بماند. اگر از آب استفاده می شد، ستون باید حدود ۳۴ فوت ارتفاع داشته باشد.
بارومتر آنروئید
در سال ۱۸۴۴، دانشمند فرانسوی لوسین ویدی بارومتر آنروید را اختراع کرد. فشار سنج آنروید دارای محفظه ای فلزی و مهروموم شده است که بر اساس فشار اتمسفری اطراف، منبسط و منقبض می شود. بارومتر غیر مایعی که به نام Barometer آنروئید (Aneroid) شناخته می‌شود، به دلیل اندازه کوچک و راحتی آن، در ابزارهای قابل حمل و ارتفاع‌سنج‌های هواپیما به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فشارسنج شامل یک کپسول با دیواره انعطاف‌پذیر و بدون هوا است که دیواره آن با تغییرات فشار اتمسفری خم می‌شود. این تغییر به صورت مکانیکی به یک عقربه نشانگر متصل می‌شود.
Barometer آنروید دارای صفحه‌ای دایره‌ای است که تعداد فعلی اتمسفر ها را نشان می‌دهد و شبیه به ساعت است. یک عقربه به سمت عدد مربوط به فشار اتمسفری فعلی می‌چرخد. اصطلاحاتی همچون "طوفانی"، "بارانی"، "تغییر"، "صاف" و "خشک" اغلب روی صفحه Barometer آنروید نوشته می‌شوند تا افراد بتوانند راحت‌تر وضعیت آب‌وهوا را تفسیر کنند. بارومترهای آنروید به‌تدریج جایگزین بارومترهای جیوه‌ای شدند، زیرا استفاده از آنها آسان‌تر، خریدشان ارزان‌تر و حمل و نقل آن ساده‌تر بود، چون مایعی برای ریختن نداشتند.
برای کالیبراسیون بارومترهای آنروئید، معمولاً از فشار سنج جیوه‌ای استفاده می‌شود. این کالیبراسیون میتواند بر اساس فشار اتمسفری یا ارتفاع از سطح دریا باشد. مفهوم ارتفاع از سطح دریا که بر اساس فشار بارومتری محاسبه می‌شود، یکی از انواع ارتفاع‌سنج‌های هواپیما را شکل می‌دهد.
Barometer آنروید دارای صفحه‌ای دایره‌ای است که تعداد فعلی اتمسفر ها را نشان می‌دهد و شبیه به ساعت است. یک عقربه به سمت عدد مربوط به فشار اتمسفری فعلی می‌چرخد. اصطلاحاتی همچون "طوفانی"، "بارانی"، "تغییر"، "صاف" و "خشک" اغلب روی صفحه Barometer آنروید نوشته می‌شوند تا افراد بتوانند راحت‌تر وضعیت آب‌وهوا را تفسیر کنند. بارومترهای آنروید به‌تدریج جایگزین بارومترهای جیوه‌ای شدند، زیرا استفاده از آنها آسان‌تر، خریدشان ارزان‌تر و حمل و نقل آن ساده‌تر بود، چون مایعی برای ریختن نداشتند.
برای کالیبراسیون بارومترهای آنروئید، معمولاً از فشار سنج جیوه‌ای استفاده می‌شود. این کالیبراسیون میتواند بر اساس فشار اتمسفری یا ارتفاع از سطح دریا باشد. مفهوم ارتفاع از سطح دریا که بر اساس فشار بارومتری محاسبه می‌شود، یکی از انواع ارتفاع‌سنج‌های هواپیما را شکل می‌دهد.
باروگراف چیست؟
بارومتری که تغییرات فشار بارومتری را به صورت مکانیکی در طول زمان ثبت می‌کند، به نام باروگراف شناخته می‌شود. این فشارسنج های آنروید بوده و از ابزاری مکانیکی برای ردیابی تغییرات فشار اتمسفری در یک بازه زمانی استفاده می‌کنند. این ابزار به سوزن‌هایی متصل‌اند و علامت‌هایی روی یک رول کاغذ گرافی مجاور ثبت می‌کنند. باروگراف تعداد اتمسفر ها را در محور عمودی و واحدهای زمان را در محور افقی ثبت می‌کند.
ابزار ردیاب باروگراف به طور معمول یک بار در روز، هفته یا ماه می‌چرخد. نوسانات در نمودار نشان دهنده زمانی است که فشار هوا بالا یا پایین بوده و اینکه سیستم‌های فشار چقدر دوام داشته اند. مثلاً یک طوفان شدید به شکل یک فرورفتگی عمیق و گسترده روی باروگراف ظاهر می‌شود. اگرچه باروگراف‌های جیوه‌ای نیز ساخته شده‌اند، باروگراف‌های آنروئید بسیار رایج‌تر هستند. حرکت کپسول آنروئید از طریق اهرم‌ها بزرگنمایی می‌شود و به یک قلم متصل می‌شود که روی یک کاغذ گرافی حرکت می‌کند. این قلم یک خط را روی گرافی (که معمولاً دور یک استوانه قرار گرفته و توسط یک مکانیزم ساعتی حرکت می‌کند) ترسیم می‌کند.
ابزار ردیاب باروگراف به طور معمول یک بار در روز، هفته یا ماه می‌چرخد. نوسانات در نمودار نشان دهنده زمانی است که فشار هوا بالا یا پایین بوده و اینکه سیستم‌های فشار چقدر دوام داشته اند. مثلاً یک طوفان شدید به شکل یک فرورفتگی عمیق و گسترده روی باروگراف ظاهر می‌شود. اگرچه باروگراف‌های جیوه‌ای نیز ساخته شده‌اند، باروگراف‌های آنروئید بسیار رایج‌تر هستند. حرکت کپسول آنروئید از طریق اهرم‌ها بزرگنمایی می‌شود و به یک قلم متصل می‌شود که روی یک کاغذ گرافی حرکت می‌کند. این قلم یک خط را روی گرافی (که معمولاً دور یک استوانه قرار گرفته و توسط یک مکانیزم ساعتی حرکت می‌کند) ترسیم می‌کند.
Barometer دیجیتال
بارومترهای دیجیتال امروزی اطلاعات پیچیده جوی را دقیق تر و سریع تر از همیشه اندازه گیری و نمایش می‌دهند. بسیاری از فشارسنج های دیجیتال همزمان با خوانش‌های فعلی، خوانش‌های قبلی یک، سه، شش و دوازده ساعته را نیز در قالب نمودار میله‌ای، مشابه باروگراف، نمایش می‌دهند. این دستگاه‌ها همچنین دیگر پارامترهای جوی مانند باد و رطوبت را نیز در نظر می‌گیرند تا پیش‌بینی‌های آب‌وهوایی دقیقی ارائه دهند. این داده‌ها روی این ابزار بایگانی شده و همچنین می‌توان آن را برای تحلیل بیشتر روی رایانه دانلود کرد. بارومترهای دیجیتال توسط هواشناسان و سایر دانشمندانی که نیاز به خوانش های لحظه ای جوی دارند، چه در آزمایشگاه و چه در محیط بیرون، استفاده می شوند.
Barometer دیجیتال امروزه به ابزاری مهم در بسیاری از گوشی های هوشمند تبدیل شده است. این نوع فشار سنج دیجیتال از داده‌های فشار اتمسفری برای انجام خوانش‌های دقیق ارتفاع استفاده می‌کند. این خوانش‌ها به گیرنده GPS گوشی کمک می‌کنند تا موقعیت مکانی را دقیق تر مشخص کرده و ناوبری را به طور چشمگیری بهبود بخشد.
توسعه دهندگان و محققان همچنین از قابلیت های گوشی های هوشمند برای پیش‌بینی دقیق تر وضعیت آب وهوا استفاده می کنند. اپلیکیشن هایی مانند PressureNet به طور خودکار اندازه گیری‌های بارومتریک را از کاربران خود جمع‌آوری کرده و شبکه ای وسیع از داده های جوی ایجاد می کنند. این شبکه داده ها نقشه برداری از طوفان ها را، به ویژه در مناطق با تعداد ایستگاه های هواشناسی کم، آسان تر و سریع تر می کند.
توسعه دهندگان و محققان همچنین از قابلیت های گوشی های هوشمند برای پیش‌بینی دقیق تر وضعیت آب وهوا استفاده می کنند. اپلیکیشن هایی مانند PressureNet به طور خودکار اندازه گیری‌های بارومتریک را از کاربران خود جمع‌آوری کرده و شبکه ای وسیع از داده های جوی ایجاد می کنند. این شبکه داده ها نقشه برداری از طوفان ها را، به ویژه در مناطق با تعداد ایستگاه های هواشناسی کم، آسان تر و سریع تر می کند.
نحوه عملکرد Barometer و چگونگی خواندن نتایج آن
- بارومترها فشار جو را که با تغییرات وزن هوای اطراف تغییر می کند، اندازه گیری می کنند. این فشار معمولا بر حسب واحد های هکتوپاسکال (hPa) یا میلی بار (mb) نمایش داده می شود و معمولا در محدوده ۹۶۰ تا ۱۰۶۰ هکتو پاسکال است. با تغییر فشار، عقربه فشارسنج نیز حرکت می کند: فشار کمتر از ۱۰۱۳ هکتو پاسکال نشان دهنده سیستم کم فشار (دپرسیون) و فشار بالاتر از ۱۰۱۳ هکتوپاسکال نشان دهنده سیستم پرفشار (آنتی‌سیکلون) است.
- متخصصان معمولا از فشار در سطح دریا به عنوان یک معیار مرجع استفاده می کنند که به طور میانگین حدود ۱۰۱۳ هکتو پاسکال است. این مقدار مرجع مقایسه شرایط جوی در مکان ها و ارتفاعات مختلف را ساده تر می کند.
- اگر عقربه دستگاه شما حرکت نمی کند، ممکن است نشان دهنده ثابت بودن فشار یا وجود اشکالی در دستگاه باشد. برای آزمایش آن، دستگاه را درون یک کیسه پلاستیکی قرار دهید و به آرامی فشار دهید. اگر فشار تغییر نکرد، ممکن است نیاز به تنظیم مجدد این ابزار باشد. اطمینان حاصل کنید که عقربه گیر نکرده باشد، و در صورت نیاز آن را یک دور کامل بچرخانید و دوباره کالیبره کنید.
نکات مهم خرید فشارسنج (بارومتر)
برای خرید یک فشار سنج (بارومتر) مناسب، توجه به نکات زیر می تواند به شما در انتخاب بهترین گزینه کمک کند:
1. دقت اندازه‌گیری
بسته به نیاز شما، ممکن است دقت بالا برای کارهای خاص مانند تحقیقات علمی یا اندازه گیری های دقیق در صنعت مورد نیاز باشد. معمولا فشارسنج های دیجیتال دقت بیشتری نسبت به مدل های آنالوگ دارند، اما در عین حال قیمت بالاتری نیز دارند.
بسته به نیاز شما، ممکن است دقت بالا برای کارهای خاص مانند تحقیقات علمی یا اندازه گیری های دقیق در صنعت مورد نیاز باشد. معمولا فشارسنج های دیجیتال دقت بیشتری نسبت به مدل های آنالوگ دارند، اما در عین حال قیمت بالاتری نیز دارند.
2. محدوده اندازه گیری
محدوده اندازه گیری فشار برای کاربردهای مختلف متفاوت است. برخی فشار سنج ها محدوده ای گسترده از فشارهای پایین تا بالا دارند، در حالی که برخی دیگر برای اندازه گیری فشار در بازه های خاص طراحی شده اند. قبل از خرید، باید بررسی کنید که فشارسنج انتخابی شما قادر به اندازه گیری در محدوده مورد نظر شما باشد.
محدوده اندازه گیری فشار برای کاربردهای مختلف متفاوت است. برخی فشار سنج ها محدوده ای گسترده از فشارهای پایین تا بالا دارند، در حالی که برخی دیگر برای اندازه گیری فشار در بازه های خاص طراحی شده اند. قبل از خرید، باید بررسی کنید که فشارسنج انتخابی شما قادر به اندازه گیری در محدوده مورد نظر شما باشد.
3. نوع فشار سنج
فشارسنج ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
فشارسنج ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
- فشار سنج های آنالوگ: این مدل ها معمولا در موارد عمومی مانند کاربردهای هواشناسی و کوهنوردی استفاده می شوند. آنها به دلیل ساختار ساده و هزینه پایین تر محبوب هستند.
- فشار سنج های دیجیتال: این مدل ها دقت بالاتر و ویژگی های اضافی مانند نمایش دیجیتال، قابلیت اتصال به دستگاه های دیگر، و گاهی حتی توانایی ذخیره سازی داده ها را دارند. این نوع بیشتر برای کارهای حرفه ای و تحقیقاتی توصیه می شود.
4. اندازه و قابلیت حمل
اگر نیاز به استفاده از فشارسنج در مکان های مختلف دارید، باید به اندازه و قابلیت حمل آن توجه کنید. برخی از فشار سنج ها به‌خصوص مدل های دیجیتال می توانند اندازه های کوچکتری داشته باشند که حمل آن ها راحت تر است. اما در عوض، فشارسنج های آنالوگ معمولا به دلیل ساختار ساده تر و کمتر وابسته به باتری، انتخاب های محبوب تری برای استفاده های میدانی و سفری هستند.
اگر نیاز به استفاده از فشارسنج در مکان های مختلف دارید، باید به اندازه و قابلیت حمل آن توجه کنید. برخی از فشار سنج ها به‌خصوص مدل های دیجیتال می توانند اندازه های کوچکتری داشته باشند که حمل آن ها راحت تر است. اما در عوض، فشارسنج های آنالوگ معمولا به دلیل ساختار ساده تر و کمتر وابسته به باتری، انتخاب های محبوب تری برای استفاده های میدانی و سفری هستند.
5. ویژگی‌های اضافی
برخی فشارسنج ها دارای ویژگی های خاصی هستند که برای کاربرد های خاص طراحی شده اند:
برخی فشارسنج ها دارای ویژگی های خاصی هستند که برای کاربرد های خاص طراحی شده اند:
- کالیبراسیون خودکار: برخی فشارسنج ها قابلیت کالیبراسیون خودکار دارند که باعث می شود همیشه دقت اندازه گیری بالایی داشته باشند.
- نمایشگر LCD یا صفحه نمایش بزرگ: این ویژگی برای راحتی مشاهده نتایج در شرایط محیطی مختلف اهمیت دارد.
- مقاومت در برابر آب و شرایط محیطی: اگر قصد استفاده از فشار سنج در شرایط جوی سخت یا رطوبت بالا دارید، توجه به ویژگی ضد آب بودن یا مقاومت در برابر گرد و غبار و شرایط سخت میتواند مهم باشد.
6. کاربردهای تخصصی
اگر قصد دارید فشار سنج را برای یک هدف خاص مانند هواشناسی دقیق یا استفاده در کوهنوردی خریداری کنید، بهتر است مدل هایی را انتخاب کنید که برای این نوع استفاده طراحی شده اند. فشار سنج های مخصوص کوهنوردی معمولا قابلیت اندازه گیری فشار در ارتفاعات بالا را دارند، در حالی که مدل های هواشناسی معمولا ویژگی های بیشتری مانند پیش‌بینی وضعیت جوی را دارا هستند.
اگر قصد دارید فشار سنج را برای یک هدف خاص مانند هواشناسی دقیق یا استفاده در کوهنوردی خریداری کنید، بهتر است مدل هایی را انتخاب کنید که برای این نوع استفاده طراحی شده اند. فشار سنج های مخصوص کوهنوردی معمولا قابلیت اندازه گیری فشار در ارتفاعات بالا را دارند، در حالی که مدل های هواشناسی معمولا ویژگی های بیشتری مانند پیش‌بینی وضعیت جوی را دارا هستند.
نظر خود را بنویسید