Комбинированный измерительный прибор для домашней лаборатории

Здравствуйте, уважаемые жители Датагории и гости нашего кибер-города!

Сегодня мы всё чаще покупаем в Китае разнообразные гаджеты, устройства, детали и пр. Этому есть ряд причин, главные из которых дешевизна и широкий выбор. Не так давно я приобрел на Алиэкспрессе несколько приборов для своей мастерской. Но они все были без корпусов и не очень удобно ими в таком виде пользоваться. Пришла идея объединить все киты в одном корпусе, создав один универсальный прибор для удобной работы. Об этом и пойдёт речь в моей статье.

↑ 1. Осциллограф DSO138

Analog bandwidth: 0 — 200KHz Sampling rate: 1Msps max Sensitivity: 10mV/Div — 5V/Div Sensitivity error: < 5% Vertical resolution: 12-bit Timebase: 10us/Div — 500s/Div Record length: 1024 points Built-in 1KHz/3.3V test signal Waveform frozen (HOLD) function available Save/recall waveform

Суть устройства

Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом.

В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть.

Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.

Интересным фактом является то, что изначально числом 100 была отмечена температура таяния льда, а за ноль взята точка кипения. Впоследствии шкалу «перевернули». По некоторым мнениям это сделал сам Цельсий, по другим — его соотечественники ботаник Линней и астроном Штремер.

Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой.

Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников.

Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.

Поэтому из-за своих отличных характеристик термометр с цифровой схемой практически не имеет конкурентов. Предлагаемые в продаже спиртовые приборы проигрывают ему по точности и удобству восприятия данных.

Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:

• температура воздуха в производственных и жилых зданиях;
• проверка нагрева сыпучих продуктов;
• состояние вязких материалов.

↑ 2. Генератор DDS Function Signal Generator Module

Какие микроконтроллеры мы будем использовать

Так как мы будем учиться делать приборы, то важно сразу усвоить простую истину — не надо ни в коем случае себя ограничивать каким то одним микроконтроллером. Многие пишут — ATMEGA от ATMEL — лучшие микроконтроллеры. Другие — STM32 — самые мощные и дешевые. Наша основная задача сделать прибор — дешевый, компактный и т. д. И мы будем выбирать микроконтроллер под прибор. В каких то приборах лучше использовать ATMEGA, в каких то STM32, где то NPC, где то NUVOTON.

Практически все микроконтроллеры очень похожи между собой, все их можно программировать на «Си». Среды программирования также очень похожи. Таким образом у нас будут проекты на:

• Stm8
• ATMEGA
• Nuvoton
• Stm32

Вы увидите, что между всеми ими много общего. Код очень похож. Так что, не надо бояться выбирать незнакомый микроконтроллер. Если у него есть нужная периферия, он имеет больше памяти, нужные электрические параметры — то он НАМ подходит. В статье про микроконтроллеры мы будем подробно рассматривать какую основную периферию имеют разные микроконтроллеры, какие параметры важны для проекта, как выбирать микроконтроллер под проект.

Начнём мы с самых недорогих и довольно мощных микроконтроллеров — STM8S003. Первые проекты будут именно на этом микроконтроллере. Почему именно он?

• Цена — он очень дешевый, не жалко испортить
• У него отличный для ручной пайки корпус — TSSOP20
• Минимальная обвязка для работы — пару конденсаторов и все
• Он имеет отличный программатор, отладчик — который мы сами сделаем (STLink)
• Среда программирования имеет симулятор — что иногда очень полезно
• У него не плохие параметры — широкий выбор напряжения — от 3в до 5в, высокая частота — до 24Мгц, широкая периферия UART, SPI, I2C, ADC
• Различные режимы энергопотребления — в том числе спящий режим с потреблением 5мкА

В дальнейшем в более сложных приборах — будут очень мощные микроконтроллеры. Например в Квадрокоптере будем использовать STM32F405 — 1024kB FLASH, 192kb RAM, частота 168Мгц, FPU модуль.

↑ Блок питания

Делаю стационарный прибор для мастерской, переносить с места на место мне нет надобности, питать буду от 220 Вольт. Тогда нужен небольшой импульсный блок питания, который сможет дать следующие напряжения: +9 Вольт для питания ESR-тестера; +12 Вольт для осциллографа; ±12 В и +5 В для генератора. Нашёл у себя в закромах импульсный блок питания от DVD-плеера, проблема решена.

Принцип работы

Прежде чем спешить самостоятельно изготавливать хороший термометр, важно разобраться в принципе его работы. Также важно знать схему будущего изделия и разобраться во всех схемах, которые будут присутствовать в нем. В наше время многие люди выбирают электронные устройства, различающиеся и по форме, и по размерам.

Рассмотрим принцип действия современных термометров на примере этих устройств.

Параметры производительности материала напрямую зависят от температуры окружающей среды. Отталкиваясь от этого, проектируется сама электронная схема будущего термометра. Обычно в его устройстве имеет место термопара. Это такой электронный прибор, который состоит из 2 металлов, которые были сварены друг с другом. На их поверхности присутствует специальная контактная площадка, подключенная к измерительной схеме. В условиях нагрева или охлаждения контактов образуется термоэлектродвижущая сила. Ее появление и изменения держатся под контролем и регистрируются платой электроники устройства.

В новых усовершенствованных устройствах вместо обычного термочувствительного составного элемента применяется диод кремниевого типа.

Полупроводниковый радиоэлемент отличает зависимость вольтамперной характеристики от воздействия температурных значений. Проще говоря, при условии прямого запуска значение падения напряжения на переходе меняется исходя из уровня нагрева полупроводниковой детали.

Все данные, что были обработаны подобным термометром, в итоге выводятся на дисплей. Таким образом пользователь может узнавать всю нужную ему информацию о температуре. Современные цифровые модели градусников дают возможность фиксировать температурные изменения в диапазоне от -50 до 100 градусов Цельсия.

↑ Корпус универсального прибора

Теперь корпус. Можно его сделать из чего угодно. Тут ваш каприз и фантазия. Я для начала всё разместил и построил из обычного картона.
Затем построил чертёж в Автокаде для передачи на завод. Размер основания 150 мм на 150 мм, высота 170 мм. Чертеж в конце статьи.

Исполнили мне корпус из нержавеющей декоративной стали 0,5 мм.

Аналоговый термометр

Начнем с самого простого способа изготовления бытового термометра, который не требует знания электрической части. Понадобится:

• бутылка или любая иная относительно небольшая емкость, главное требование к которой, чтобы соломинка помещалась в нее почти полностью;
• пластилин;
• тушь или иной краситель;
• прозрачная или матовая соломинка для коктейля;
• содержащая спирт жидкость (духи, одеколоны, водка или любые аналогичные);
• вода;

1. Рецепт изготовления: заливаем емкость до края, смесью воды пополам со спиртом. Добавляем краситель и перемешиваем. Опускаем соломинку до половины в жидкость. Фиксируем пластилином, плотно замазав промежуток между ней и стенками.
2. Позади получившегося индикатора размещают лист бумаги, на котором в зависимости от показаний эталонного градусника и высоты жидкости в соломинке размечают значения температур.
3. Точность устройства зависит только от качественной градации индикатора. Пределы измеряемой температуры лежат в промежутке от ?40 °C до +90 °C.
4. Электронный термометр с выносным датчиком своими руками: принцип работы цифрового устройства, простые схемы
5. На замену не совсем удобным аналоговым измерителям температуры, в основе работы которых лежит свойство жидкости расширяться и сжиматься, промышленность предложила дискретные устройства.
6. Эти совсем несложные приборы обладают рядом неоспоримых преимуществ.
7. Купить измеритель можно практически в любом магазине бытовой или климатической техники, но гораздо интереснее изготовить электронный термометр с выносным датчиком своими руками.

↑ Установка осциллографа

Осциллограф устанавливается в корпус устройства при помощи длинных болтов. Отверстия на корпусе совпадают с отверстиями на плате. Болт сначала устанавливается на корпус и затягивается сильно гайкой, а затем при помощи двух гаек подгоняется высота установки платы осциллографа и выравнивается плоскость его экрана относительно корпуса. На одну из таких стоек я поставил лепесток, чтобы минус питания осциллографа напрямую снять с корпуса устройства.

При этом кнопки будут выступать на 2-3 мм над уровнем корпуса.

При сборке плат осциллографа и генератора я не распаивал кнопки, а проводами соединил с внешними кнопками, закрепленными на корпусе. Это важно потому, что выпаивать кнопки не такое уж простое дело — они защелкиваются в отверстиях ПП. Лучше даже для проверки соединять проводами.

Помимо кнопок, я вывел и тестовый генератор осциллографа на переднюю панель.

Измерительная техника

Этот раздел посвящен измерительным устройствам. В данном разделе вы найдете схемы измерителей сопротивления, емкости, индуктивности, напряжения, тока, частотомеров, мультиметров, осциллографов и др. Также, приглашаем всех в форум по измерительной технике, где вы сможете найти массу полезной информации, а на ваши вопросы постараются ответить специалисты и другие участники форума.

• Тепловизор своими руками на STM32
• Генератор-частотомер на MSP430
• PCM звуковой генератор
• НЧ генератор для калибровки звуковой карты
• USB функциональный генератор на AD9833 и AVR
• Многофункциональный генератор на PIC16F870
• Генератор качающейся частоты на AD9850
• Низкочастотный DDS генератор на ATmega8
• Функциональный DDS-генератор
• DDS генератор
• Недорогой генератор сигналов с частотой от 0 до 20 МГц
• Управляемый генератор прямоугольных колебаний на ATtiny2313
• Мощный лабораторный генератор импульсов
• Простой генератор ЗЧ
• Цифровой генератор шума
• Аналоговый функциональный генератор
• Генератор 400 Гц, 2 Вт
• Использование токовых трансформаторов с мультиметрами
• Прибор для измерения коэффициента мощности (cos фи) нагрузки
• Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой
• True RMS измеритель мощности с функцией контроля и управления нагрузкой
• Бесконтактный TrueRMS измеритель тока
• Вольт/Ампер/Ватт метр на MSP430 LaunchPad
• PowerScope — измеритель напряжения, тока и мощности на MSP430
• Встраиваемый ампер-вольтметр на PIC12F675 и LED-индикаторах
• Компактный встраиваемый вольтметр на PIC12F675 с программной калибровкой
• Измеритель емкости Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов
• Многофункциональный измеритель параметров заряда/разряда аккумуляторов
• Вольт-Амперметр на INA233 и Arduino как монитор для лабораторного БП
• Ампервольтметр на PIC12F675
• Высоковольтный, высокоимпедансный вольтметр “Микрон-Гига-Вольт”
• Вольтметр на PIC микроконтроллере
• Вольтметр для лабораторного источника питания
• Точечный вольтметр на PIC
• Двойной изолированный вольтметр для ЛАТРа на ATmega8-Arduino
• Двухканальный вольтметр на ATmega8
• Батарейный милливольтметр с линейной шкалой
• Монитор напряжения
• Детектор напряжения
• Цифровой ампервольтметр с гальванической развязкой каналов измерения
• Вольтметр и амперметр с ЖК дисплеем
• Цифровой амперметр
• RCF метр на MSP430 и Nokia1202
• Экономичный измеритель ESR и емкости конденсаторов с усиленной защитой
• Экономичный измеритель C/ESR с усиленной защитой. Версия 2
• Экономичный измеритель C/ESR с защитой. Версия 3. Формат пробника
• ESR измеритель
• Измеритель ESR конденсаторов
• Приставка на одном транзисторе для измерения ESR цифровым мультиметром
• Измеритель ЭПС конденсаторов
• LC – метр, измеритель ESR
• Цифровой измеритель емкости электролитических конденсаторов (без выпаивания из схемы)
• Измеритель ёмкости на микроконтроллере PIC18F1320
• Простой измеритель емкости
• Простой измеритель емкости с автономным питанием (без демонтажа из изделия)
• Измеритель емкости
• Измеритель емкости-2
• Цифровой измеритель ёмкости
• Измеритель емкости с точностью до пикофарада на базе CMOS инверторов
• Пробник оксидных конденсаторов
• Устройство для проверки электролитических конденсаторов
• Измеритель емкости электролитических конденсаторов с тестом на утечку
• Простой измеритель емкости и тока утечки электролитических конденсаторов
• Прибор для измерения величины емкости и тока утечки электролитических конденсаторов
• Цифровой измеритель LC
• USB измеритель LC
• Измеритель индуктивности и емкости
• Высокоточный измеритель индуктивности и емкости
• Приставка к мультиметру для измерения малых индуктивностей без дополнительного источника питания
• Приставка-измеритель LC к цифровому вольтметру
• Тестер LCR-T4 и компактный корпус для него
• Частотомер на CPLD
• Частотомер на ATmega8 для диапазона частот 1Гц — 1МГц
• Частотомер до 200 МГц
• Частотомер до 60 МГц на микроконтроллере
• Недорогой частотомер на MSP430
• Частотомер на STM8
• НЧ частотомер на интегральных схемах
• Частотомер на AVR
• Частотомер
• Частотомер — цифровая шкала
• Многофункциональный частотомер на PIC16F628A и LED-индикаторах
• Многофункциональный частотомер из денисовского (переделка)
• Частотомер на PIC16F628
• Простой частотомер из китайского приемника
• Частотомер до 1 GHz
• Делитель частоты для программного частотомера
• Источник опорной частоты
• Простой умножитель частоты на ICS601-01
• Многоканальный логический анализатор на логических м/с
• Логический анализатор на MSP430 Launchpad
• 16 канальный логгер измерений потребления переменного тока из сети 220В
• Android Bluetooth осциллограф
• Простой USB-осциллограф
• Двухканальный USB осциллограф на PIC
• Miniscope v2c — двухканальный USB осциллограф на STM32
• Самодельный осциллограф на AVR
• Цифровой RS232 осциллограф для ПК
• Цифровой LCD-осциллограф
• Осциллограф своими руками на PIC18F2550
• Автономное питание для DSO-150
• Активный шуп для осциллографа
• Коммутатор для осциллографа
• Щуп-осциллограф
• Обоснование выбора современного осциллографа
• Нет цифрового осциллографа — есть Cool Edit!
• Телевизор в качестве осциллографа
• Искусство на экране осциллографа
• Ремонт осциллографа С1-94
• Звуковой испытатель кварцевых резонаторов
• Измеритель ёмкости аккумуляторов (С линейным стабилизатором)
• Тестер для контроля энергоемкости элементов питания
• Генератор для ремонта радиоаппаратуры
• НЧ генератор линейно нарастающего напряжения
• ВЧ приставка к осциллографу
• Двухканальный дифференциальный пробник для осциллографа
• Измеритель тока РЧ
• Индикатор минимального рабочего напряжения
• Генератор сигнала ДМВ
• Методика проверки трансформаторов
• Измеритель тока в антенне
• Недорогой программируемый микроомметр
• Миллиомметр для внутрисхемных измерений
• Звуковой пробник-омметр
• Простой звуковой пробник
• Введение звуковой прозвонки в советские авометры Ц43хх
• Пробник электроцепей с применением компьтерного LPT-порта
• Логический пробник
• Простой логический пробник
• Пробник-индикатор
• Пробник электроцепей и радиоэлементов
• Пробник электроцепей и радиоэлементов монтёра II
• Простейший пробник из старых говорящих часов TALKING
• Простой микроконтроллерный пробник
• Универсальный пробник
• Пробник на DC-DC регуляторе для поиска короткого замыкания
• Индикатор высокого сопротивления
• Измерение малых сопротивлений, шунтов
• Измерение больших сопротивлений в радиолюбительских условиях
• Индикатор пониженного напряжения
• Кабель-тестер
• Пробник для тиристоров и симисторов
• Тестер диодов и биполярных транзисторов
• Простой пробник для проверки диодов и транзисторов
• Простые пробники транзисторов без выпаивания из схемы
• Транзисторный пробник, которым можно проверять транзисторы не выпаивая их из схемы
• Проверочное устройство транзистора, измеряем hfe
• Бетник для измерения коэффициента усиления мощных транзисторов
• Станция диагностики мощных транзисторов
• Идентификатор типа и выводов биполярных транзисторов на PIC
• Тестер операционных усилителей
• TDS-Метр-Приставка к мультиметру
• Измеритель напряжения пробоя полупроводников
• Универсальный высоковольтный тестер
• Универсальный тестер аналоговых компонентов
• Проверка таймеров NE555 и оптронов
• Тестер оптопар
• Проверка TL431 с помощью универсального тестера компонентов М328
• Счетчик витков для намотки трансформатора с применением компьтерного LPT-порта
• Лабораторный синтезатор СВЧ
• Измеритель резонансной частоты динамической головки
• Фазометр
• Фазовый детектор 400 Гц с гальванической развязкой
• Сверхширокополосный усилитель
• Тиристорные таймеры
• Пробник для микросхем КР556РТ4, К155РЕ3
• Доработка программаторов для гарантированного программирования микросхем PCF8582
• Измерение параметров Тиля-Смолла в домашних условиях
• Датчик освещенности BH1750
• Люксметр на ATmega8 и цифровом датчике BH1750
• Цифровой люксметр (измеритель освещённости) своими руками
• Устройство измерения освещённости (люксметр) на МК
• Цифровой измеритель интенсивности света
• Простой фотометрический модуль
• Кварцевый калибратор
• Устройство для проверки кварцевых резонаторов
• Таблица быстрого перевода dBm в вольты и ватты на нагрузке 50 ОМ
• Устройство контроля излучения высокочастотных колебаний бытовыми приборами
• СВЧ осциллографический детектор
• Измеритель магнитной индукции на датчике Холла и STM32
• Простой измеритель электромагнитного поля
• Коаксиальный эквивалент нагрузки
• ВЧ мост — панорамный КСВ-метр
• Рефлектометр для измерений КСВ в диапазоне частот 1-60 МГц. Мощность 0,001-200 Ватт
• Измеритель полных проводимостей радиовещательных антенн диапазонов ДВ и СВ
• Генератор-приставка к осциллографу для настройки спутниковых приемников
• Измеритель КБВ с автокалибровкой
• Тестер LCD
• Схема цифрового индикатора
• Простой индикатор уровня сигнала
• Превращение цифрового индикатора в цифровой термометр
• Аппаратно-программные реализации датчиков перемещения
• Универсальный цифровой тахометр
• Измеритель длины
• Левитационные весы
• Прибор для регистрации состояния Атмосферного Электричества

Цифровые мультиметры (характеристики, схемы):

• Доработка и калибровка мультиметра Mastech MS8217
• Питание мультиметра. Li-ion вместо кроны. Защита от разряда, таймер
• Питание мультиметра от литий-ионного аккумулятора
• Измерение напряжений 3, 5 — разрядными мультиметрами
• Модернизация мультиметра DT9208A
• Мультиметры М832: устройство и ремонт
• Описание и принципиальная схема мультиметра M830B
• Описание и принципиальная схема мультиметра M832
• Описание и принципиальная схема мультиметра M838
• Описание и принципиальная схема мультиметра M890G

↑ Установка тестера

Немного ошибся в размерах установки внешних контактов, но выкрутился, отпилив уголок платы. Повезло. Если будете повторять, рекомендую поправить в чертеже положение отверстий.

Внешние контакты не соприкасаются с корпусом устройства. Для облегчения проверки радиоэлементов сделал вот такой переходник.

Преимущества и недостатки

К преимуществам самостоятельно изготовленного прибора можно отнести:

• простое изготовление;
• можно выполнить из дешевых подручных материалов, что экономически выгодно;
• не требуется использовать агрессивные вещества. В качестве измерения может применять жидкость из воды и спирта;
• легкое применение;
• длительный срок службы.

Но есть несколько недостатков:

• электронные варианты имеют сложную схему изготовления;
• для изделий с электронным или цифровым устройством требуется приобретать специальные платы, схемы;
• иногда изделия могут показывать неточные измерения.

↑ Установка генератора

Для уменьшения размера всего устройства плату разместил внутри корпуса, соединив всё проводами, а экран — шлейфом.

А вот так это выглядит на лицевой панели.

Конденсатор переменной емкости

Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости.

Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько (реже один) медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. При повороте этой оси каждый из укрепленных на ней полудисков входит меду двумя неподвижными полудисками. Поворачивая ось и меняя таким образом взаимное расположение подвижных и неподвижных полудисков, мы можем менять емкость конденсатора. На рисунке 3 показана схема устройства и на рисунке 4 – общий вид воздушного конденсатора переменной емкости.

Рисунок 3. Схема устройства конденсатора переменной емкости

Рисунок 4. Общий вид конденсатора переменной емкости

Видео об устройстве серийного конденсатора переменной емкости:

Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

https://youtube.com/watch?v=DKNN_OA_LYQ

Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

↑ Питание

Теперь дело за малым, подключить питание и подпаять вход осциллографа и выходы генератора.

Теперь проверяем работоспособность всех устройств.

Устанавливаем резиновые ножки, боковины из дерева и наше устройство готово.

Я применил белые пластиковые. Для крепления боковинок на корпусе есть отверстия в нижней и верхней частях. Сначала размечаю и креплю уголок саморезом к боковинке, а затем декоративным саморезом к корпусу.

Резиновые ножки устанавливаю тоже при помощи саморезов.

Необходимые инструменты и материалы

Если вы решили самостоятельно изготовить термометр, то вам стоит подготовить все необходимые для того материалы и инструменты. Изготавливать термометры можно разными способами и из разных материалов – как из дешевых и доступных, так и дорогих. Рассмотрим, что может понадобиться для создания такого полезного предмета:

• линейка;
• маркер с тонким стержнем;
• обычный покупной термометр (будет нужен для калибровки самодельного изделия);
• пластиковая бутылка (если термометр делается из нее);
• тонкая стеклянная или пластиковая трубка;
• скотч;
• специальная плата (если планируется изготовление более сложного электронного термометра);
• светлый картон или полукартон (из него тоже можно изготовить термометр);
• толстые белые или красные нитки;
• игла с крупным ушком;
• карандаш.

Конкретный список необходимых составляющих будет напрямую зависеть от того, какой именно термометр вы хотите изготовить.

Все необходимые составляющие желательно заготовить заранее перед началом всех работ, чтобы в нужный момент не пришлось искать необходимое приспособление (особенно если оно маленькое) по всему дому, теряя время.

↑ Ссылки

Oscilloscope DSO138
• New Color Screen DSO138 Digital Oscilloscope DIY Kit Circuit Operation Tool high quality free shipping • Сайт производителя jyetech.com. Описание, руководства в pdf • Сборка и тестирование (En)

DDS Function Signal Generator Module

• DDS Function Signal Generator Module DIY Kit Sine Square Sawtooth Triangle Wave • Тема на «Паяльнике»

ESR Meter MOS/PNP/NPN L/C/R

• Mega328 Transistor Tester Diode Triode Capacitance ESR Meter MOS/PNP/NPN L/C/R

Что такое барометр

Барометр — это измеритель атмосферного давления (дальше по тексту — атм. давл.), это основное устройство, прогнозирующее климатические изменения. По прибору можно определить приближение периода осадков, циклонов, пасмурной, влажной погоды, туманов.

Первый изобретенный барометр — это трубка с ртутью, запаянная с одного конца, а другим, открытым, погруженная в емкость с нею же. В такой конструкции вещество внутри колбы при увеличении атмосферного давления имеет свойство подниматься, при понижении — опускаться. На данное явление несколько веков назад обратил внимание ученый Торричелли.

Барометр основывается на свойстве веществ, материалов сжиматься/расширяться при изменениях атм. давл. Чувствительные элементы прибора: химические вещества (ртуть), мембраны из особых материалов. В электронных вариантах используют термокомпенсированные, тензометрические датчики, отображающие деформации с преобразованием показателей в электросигнал. Жидкостные и мембранные устройства значения показывают столбцом вещества внутри прозрачной трубки или стрелкой. Электронные приборы могут иметь стрелку, но чаще ЖК-табло.

Назначение

Приборы измерения атмосферного давления используются повсеместно в быту, на кораблях, при астрономических наблюдениях, на метеостанциях, в общем, везде, где потребуется ради интереса или в связи с рабочей или иной необходимостью предвидеть погоду, но только на ближайший период (8–12 ч., или на следующий день).

Барометром можно определить высоту возвышенностей (поэтому заводские изделия часто совмещают высотомер), так как давление меняется с высотой. Часто прибор измеряет и относительную влажность (гигрометр).

Особенности барометра, как читать показатели

За точку отсчета на шкале барометра обычно принимают усредненный показатель нормального атм. давл. для ясной обычной погоды — 750 мм. рт. ст., то есть от этой отметки отсчитывают движение вниз или вверх. Отметка может быть другой, она зависит от условий местности, от среднестатистического показателя для конкретной территории, например, такая линия будет иной в горных районах.

Недостаток барометра — невозможно на 100% предвидеть осадки, погоду, время появления, продолжительность. Слишком много факторов влияет на точность, например, температура, влажность, высота местности, рельеф, ветреность. Чем резче и сильнее выше/ниже движется стрелка, тем большая вероятность прогноза и скорость наступления явлений.

На метеостанциях показания барометров уточняются данными со спутников, статистикой, измерителями перечисленных факторов. Другой относительный недостаток: радиус действия барометра ограниченный (приблизительно до 30 км, при циклонах, ураганах может быть больше).

Итак, чем выше подвинется столбик жидкости или стрелка заползет на отметки в сторону увеличения, тем значительные осадки ожидаются: от пасмурной погоды до дождя, шторма, бури. Чем интенсивнее движение, тем быстрее погодные явления. Но это общее правило, ниже мы уточним нюансы.

На шкале заводских изделий есть не только цифры, но и соответствующие надписи (солнечно, туман, дождь, гроза и так далее), их можно скопировать (фото есть в интернете) для самоделок.

Для рыбаков обычно трактовка такая:

• столбик поднимается постепенно — ясная устойчивая погода, но надо учесть, что каждая рыба имеет свои нюансы поведения. А в общем, это к хорошему клеву. Но если показатель уже высокий или чрезмерно быстро увеличивается, рыбалка может не быть успешной;
• при низкой величине (пасмурно, дождь) активны хищные рыбы, при повышенной — мирные виды плывут к берегу и активно питаются.

Важные нюансы трактовки показаний барометра

Общий принцип понимания показаний правильный лишь отчасти, есть значительные нюансы, опишем их.

Читать показатели барометра не так просто, как это иногда отображают в некоторых источниках, укажем правильную трактовку с нюансами:

• давление в процессе роста — дождь, гроза; но когда вырастет, станет стабильным — начнет устанавливаться хорошая погода;
• в процессе понижения — самая хорошая погода; когда установится стабильно низким — начнутся осадки, но кратковременные, не сильные, а интенсивные появятся — см. предыдущий пункт.

Все дело в том, что области низкого атм. давл. — это циклоны. Вначале у них есть теплый сегмент с небольшой облачностью (обычно в верхнем ярусе, облака перистые, перисто-слоистые), осадки отсутствуют. Когда идет теплый фронт — есть вероятность маленьких осадков. Но во время холодного, а он идет следом, — осадки сильные, усиливается ветер. Давление растет, осадки после фронта могут стать затяжными (вплоть до дней без перерыва). После прохождения циклона устанавливается повышенное атм. давл., антициклон, поначалу там пасмурно, холодно с осадками (шлейф от минувшего циклона), которые исчезают через день-два. Облачность начинает понижаться, среда прогревается, и в теплом сегменте антициклона становится солнечно. Давление понемногу падает, соответственно, после антициклона — ожидайте очередного циклона, цикл повторяется.

Единицы измерений

Международная единица измерения — 1 Па (1 Н/м²). Но также используют бары (1 бар = 100 000 Па или 0.1 мПа). Шкалы бытовых барометров часто в миллибарах. Таким образом, 100 000 Па = 100 кПа — 1 бар = 1 000 мбар = 1 000 гПа.

Виды барометров

Барометры с жидкостью, химическими составами в роли чувствительного вещества. Ртутную разновидность не будем рассматривать, так как вещество чрезвычайно опасное, к тому же труднодоступное. В самоделках применяют подкрашенную простую или дистиллированную воду. Устройства основываются на «принципе Э. Торичелли»: жидкость опускается/понижается в трубке, вставленной открытым концом в емкость с таким же веществом, реагируя на изменения атмосферного давления.

Механические, они же анероиды. Из гибкой (часто гофрированной) тонкостенной коробочки, сильфона — анероидной капсулы из медно-берилловых и подобных сплавов. Данный узел помещают внутрь герметичного корпуса, где создается разряжение, и он настолько чувствительный, что колебания давления за его пределами расширяют или сжимают его, двигая толкатель со стрелкой на шкале.

Электронный (цифровой). В основе — термокомпенсированные, тензометрические сенсоры. Подобные детекторы ставят в электровесы. Работа элементов базируется на пъезорезистивных свойствах микроскопической полоски из кремния, функционирующей как тензометр, то есть она способная реагировать на малейшие колебания, напряженности, усилия поверхности.

Контроллер (микросхема) обеспечивает возможность разных настроек, анализирует сигнал сенсора и выводит его цифрами на дисплей. Обычно такой заводской прибор оснащен комплексом датчиков и функций, измеряет не только давление, но и температуру, влажность, показывает время, дату. Цифровые барометры очень распространенные в последнее время для быта, по форм-фактору напоминают собой электронные часы. Это самые точные измерители, покажут величину до 0.2 мВ/кПа и лучше.

Для самодельных электронных измерителей потребуется откалиброванный заводской тензодатчик.