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高度計

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高度計是針對眾多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域及檢測機構(gòu)進行設(shè)計的各種量程的高精度儀器。廣泛適用于多種應(yīng)用,其應(yīng)用包括精密工件檢測、多點檢測、測量設(shè)備監(jiān)測和位置測量等眾多領(lǐng)域

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高度計
氣壓高度計是在航空物探測量時,安置在飛機中,利用氣壓與高度的關(guān)系,通過觀測氣壓測量飛機飛行海拔高度(又稱高度)的儀器。

大家都知道水中的壓強僅由水深決定,P=ρgh,潛水員可簡單的從當(dāng)前的壓強估算出自己的下潛深度。大氣壓與此類似,是由地表空氣的重力所產(chǎn)生的。隨著海拔高度的上升,地表的空氣厚度減少,氣壓下降。于是可以通過測量所在地的大氣壓,與標(biāo)準(zhǔn)值比較而得出高度值,這就是氣壓的基本工作原理。設(shè)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,而大氣隨著海拔高度的增加,溫度壓強都逐漸降低,導(dǎo)致密度下降,不考慮這一點的公式是沒有實用價值的。

 

假設(shè)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,因為是線性關(guān)系,用等差數(shù)列的知識就可以求出海拔h處的大氣壓應(yīng)為 P(h)=ρ0(h0-h)^2/(2h0),而海平面處的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)修正為 h=h0-sqrt(P/P0)。

這樣算出的海拔是否符合實際還需要更多的數(shù)據(jù)來檢驗,不過地球大氣的厚度還是很容易查到的,然沒有確切的邊界,但至少是在500公里以上,而這里給出的估計值只有20公里,問題出在哪里?其實我們的估計并沒有錯,對地表大氣壓有貢獻的氣體厚度確實只有幾十公里的量級,更確切的說,大氣質(zhì)量的99%集中在地表30km以內(nèi),其中5.6公里內(nèi)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(dāng)?shù)土恕?/span>

當(dāng)然,這種線性關(guān)系的假設(shè)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(shù)式下降的,不過,這句話也只在大氣靜態(tài)穩(wěn)定時才近似成立,NASA在此基礎(chǔ)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再現(xiàn)這些氣壓與高度間的對應(yīng)關(guān)系,但是由于氣候變化所造成空氣密度差異就*無法估計了,這是此類的通病。因此在需要高度精確值的場合還是用基于立體幾何的GPS好了。

 

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