水银气压表

利用托里拆利原理：将一根顶端抽成真空的玻璃管插入水银槽内，在大气压力的作用下，涌入玻璃管内的水银柱将保持一定的高度，此时，水银柱对水银槽表面产生的压力与作用于槽面的大气压力相平衡。^[1]

简易水银气压表如果在其近旁用铅直竖立的标尺对水银柱的高度加以测量（如图，标尺的零点取在水银槽表面），则可以形成最简单的气压表，其读数即求得的大气压力。

设当时的大气压力为p，水银柱高度为H，因此

式中为温度为t时水银的密度，g为当地重力加速度。

由此可见，在大气压力数值相同的情况下，其测量值仍可能因气压表所处测量地点的气温及重力加速度的不同而产生不同的读数。为了正确地反映大气压力，必须规定一个标准状态，限定条件如下：

（1） 取0 ℃的水银密度，即=1.35951 * 10 kg ；

（2） 取标准重力加速度，即g=9.80665 m/s

理论上，任意一种液体都可以用来制造气压表，但是水银有其独特的优越性：

（1） 水银的密度大，所以其形成的液柱高度合适。

（2） 水银的饱和蒸气压非常小，所以在玻璃管顶真空部分中的水银蒸汽所产生的额外压力对读数精确度的影响可以忽略不计；

（3） 经过一定的工艺处理，容易得到纯度较高的水银。

水银气压表在1643年由托里拆利发明，是大气探测学进入定量测量气象要素时代的标志性仪器。

水银气压表的观测数据能够达到很高的精度，日常大气压力的测量值约在1000 hPa，水银气压表的读数可以很轻易地达到0.1 hPa，也就是说，其相对误差为万分之一，这在物理量检测仪器中是很少见的。

气象站常用的测量仪器有福丁式（动槽式）水银气压表和寇乌式（定槽式）水银气压表两种。

（1）福丁式水银气压表

主要特点是标尺上有一个固定零点。每次读数时，须将水银槽的表面调整到这个零点处，然后读出水银柱顶的刻度。

其构造如图所示，分为水银柱玻璃管、水银槽和标尺套管三个部分。

a．水银柱玻璃管长约90 cm，上端较粗，内径约8 mm，下端较细。经过专门的工艺清洗后，边加热边抽成真空，将高纯度的水银灌注其中，再插进水银槽中。

b．水银槽外观可见部分：下半截为铜护套（1），保护内部的羊皮囊；直径很粗的玻璃圈（2）在上半截，三根螺栓将它紧紧夹住；水银面调整螺钉（4）在槽的最下端，借助它可以抬升或降下槽内水银面的高度。象牙针（5）是气压表的基点，观测气压时，必须将水银面抬升到此点。

c．标尺套管其上部有开缝，并在缝一边刻有读数标尺从标尺套管上部的开缝处可见到水银柱（3），旋动右侧调节螺旋（6）可以使游标尺（7）上下滑动，当标尺底边与水银柱顶相切时，可准确读出气压数值。在整个水银气压表中部的套管上还有一支测定表身温度的附属温度表（8）。

（2）寇乌式水银气压表

与动槽式水银气压表的区别只在水银槽部。它的水银槽没有羊皮囊、水银面调整螺钉以及象牙针（图a）。当气压变化时，水银柱在玻璃管内上升（或下降）所增加（或减少）的水银量，必将引起水银槽内水银的减少（或增加），使槽内水银面向下（或向上）变动，即整个气压表的基点随水银柱的高度变动（图b）。

即当气压升高1 mm时，管腔水银柱升高xmm，槽内水银面随之下降ymm

x+y= 1

定槽式水银气压表1 mm的刻度，其长度短于实际 的1 mm，以补偿气压表槽内基点的变动。国产气压表上的1 mm刻度只有0.98 mm长。

（1）安置

气压表要求安置在专门的房间，理想气压室方面要保证室内温度均一稳定，另一方面还要避免气流对室内气压的影响。室温的均一性不难保证，气流的影响则不仅与风速有关，还与建筑物的结构形式和位置有关，根据经验，其产生的影响振幅最大可达3 hPa。为此要求气压室具备如下条件：

a． 室内不装设任何热源或冷源；

b． 避免阳光直射；

c． 双层门窗，以减小风及观测人员进入室内时所引起的气压波动；

d． 气压表应该垂直悬挂，否则会使读数值偏高。

（2）观测

读取气压表读数按下述步骤进行：

a． 观测附属温度表；

b． 调整水银槽内水银面，使之自下而上与象牙针尖恰恰相接；

c． 调整水银柱顶的游标尺，使之缓慢下降，前后底边恰好与水银柱顶相切，调整时注意保持视线与水银柱同高；

d． 读取并记录，精确至0.1 hPa；

e． 降下水银面，使它与象牙针尖脱离。