水銀大氣壓表工作原理

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，涌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于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

簡易水銀氣壓表

成zui簡單的氣壓表，其讀數(shù)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?shù)刂亓铀俣取?p>由此可見，在大氣壓力數(shù)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(shù)。為了正確地反映大氣壓力，必須規(guī)定一個標準狀態(tài)，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制造氣壓表，但是水銀有其獨特的優(yōu)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(shù)度的影響可以忽略不計；

（3） 經(jīng)過一定的工藝處理，容易得到純度較高的水銀。

2特點及構造

水銀氣壓表在1643年由托里拆利發(fā)明，是大氣探測學進入定量測量氣象要素時代的標志性儀器。

水銀氣壓表的觀測數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)時，須將水銀槽的表面調整到這個零點處，然后讀出水銀柱頂?shù)目潭取?p> 

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(jīng)過專門的工藝清洗后，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zui下端，借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，并在縫一邊刻有讀數(shù)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(jié)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(shù)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）。

（2） 寇烏式水銀氣壓表

與動槽式水銀氣壓表的區(qū)別只在水銀槽部。它的水銀槽沒有羊皮囊、水銀面調整螺釘以及象牙針（圖a）。

當氣壓變化時，水銀柱在玻璃管內上升（或下降）所增加（或減少）的水銀量，必將引起水銀槽內水銀的減少（或增加），使槽內水銀面向下（或向上）變動，即整個氣壓表的基點隨水銀柱的高度變動（圖b）。

即當氣壓升高1 mm時，管腔水銀柱升高x mm，槽內水銀面隨之下降y mm

x + y = 1

定槽式水銀氣壓表1 mm的刻度，其長度短于實際 的1 mm，以補償氣壓表槽內基點的變動。國產氣壓表上的1 mm刻度只有0.98 mm長。

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