高度計是針對眾多工業(yè)應用領(lǐng)域及檢測機構進(jìn)行設計的各種量程的高精度儀器。廣泛適用于多種應用,其應用包括精密工件檢測、多點(diǎn)檢測、測量設備監測和位置測量等眾多領(lǐng)域
高度計
氣壓高度計是在航空物探測量時(shí),安置在飛機中,利用氣壓與高度的關(guān)系,通過(guò)觀(guān)測氣壓測量飛機飛行海拔高度(又稱(chēng)高度)的儀器。
大家都知道水中的壓強僅由水深決定,P=ρgh,潛水員可簡(jiǎn)單的從當前的壓強估算出自己的下潛深度。大氣壓與此類(lèi)似,是由地表空氣的重力所產(chǎn)生的。隨著(zhù)海拔高度的上升,地表的空氣厚度減少,氣壓下降。于是可以通過(guò)測量所在地的大氣壓,與標準值比較而得出高度值,這就是氣壓的基本工作原理。設海平面處大氣壓為P0,所在地大氣壓為P,則海拔高度h=(P0-P)/(ρ*g)。初中課本講到這里就打住了,但水是液體,密度隨溫度和壓強變化很小,而大氣隨著(zhù)海拔高度的增加,溫度壓強都逐漸降低,導致密度下降,不考慮這一點(diǎn)的公式是沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的。
假設密度隨高度均勻下降,海平面處h=0,ρ=ρ0,大氣層外邊界處h=r(大氣層厚度),ρ=0,故有ρ=ρ0(h0-h)/h0,則海拔h處的大氣壓是對h0到h處的大氣質(zhì)量求和,因為是線(xiàn)性關(guān)系,用等差數列的知識就可以求出海拔h處的大氣壓應為 P(h)=ρ0(h0-h)^2/(2h0),而海平面處的標準大氣壓P0和空氣密度ρ0均是已知的,取P0=100kPa,空氣密度ρ0=1kg/m^3,可由此算出h0=20000米,于是海拔高度的表達式應修正為 h=h0-sqrt(P/P0)。
這樣算出的海拔是否符合實(shí)際還需要更多的數據來(lái)檢驗,不過(guò)地球大氣的厚度還是很容易查到的,然沒(méi)有確切的邊界,但至少是在500公里以上,而這里給出的估計值只有20公里,問(wèn)題出在哪里?其實(shí)我們的估計并沒(méi)有錯,對地表大氣壓有貢獻的氣體厚度確實(shí)只有幾十公里的量級,更確切的說(shuō),大氣質(zhì)量的99%集中在地表30km以?xún)?,其?.6公里內的就占到了50%,100km之上的高層大氣雖然對地球環(huán)境有重要影響,但其密度已經(jīng)相當低了。
當然,這種線(xiàn)性關(guān)系的假設只是很粗糙的近似而已,由流體靜力學(xué)平衡條件可以得出,大氣密度是隨海拔升高呈指數式下降的,不過(guò),這句話(huà)也只在大氣靜態(tài)穩定時(shí)才近似成立,NASA在此基礎上給出了近地大氣溫度和壓力的經(jīng)驗公式,所有的氣壓式都是利用機械或電路來(lái)再現這些氣壓與高度間的對應關(guān)系,但是由于氣候變化所造成空氣密度差異就*無(wú)法估計了,這是此類(lèi)的通病。因此在需要高度精確值的場(chǎng)合還是用基于立體幾何的GPS好了。
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