Введение

Барограф — это барометр, который графически регистрирует изменения барометрического давления во времени. Этот прибор также используется для непрерывной записи атмосферного давления. Чувствительный к давлению элемент, представляющий собой частично разреженный металлический цилиндр, соединен с пером таким образом, что вертикальное перемещение пера пропорционально изменениям атмосферного давления.

Разработка

Александр Камминг, часовой мастер и механик, претендует на создание первого эффективного записывающего барографа в 1760-х годах с использованием анероидной ячейки. Камминг создал серию барометрических часов, в том числе один для короля Георга III. Однако этот тип конструкции вышел из моды. Поскольку величина перемещения, создаваемого одним анероидом, крайне мала, до семи анероидов (так называемые банки Види) часто соединяются последовательно для усиления их движения. Этот тип барографа был изобретен в 1844 году французом Люсьеном Види (1805–1866). В таких барографах одна или несколько анероидных ячеек через систему шестерен или рычагов приводят в действие записывающий рычаг, на конце которого находится либо пишущий наконечник, либо перо. Пишущий наконечник делает записи на закопченной фольге, а перо – на бумаге с помощью чернил, удерживаемых в наконечнике пера. Записывающий материал крепится на цилиндрический барабан, который медленно вращается часовым механизмом. Обычно барабан совершает один оборот в день, в неделю или в месяц, и скорость вращения часто может быть выбрана пользователем. Были изобретены и другие типы барографов. Карл Крейль описал в 1843 году аппарат, основанный на сифонном барометре, где карандаш наносил отметки на график через равные промежутки времени. Фрэнсис Рональдс, почетный директор обсерватории Кью, создал первый успешный барограф, использующий фотографию, в 1845 году. Изменение высоты столба ртути в барометре регистрировалось на непрерывно движущейся светочувствительной поверхности. К 1847 году была разработана сложная система температурной компенсации. Барограф Рональдса в течение многих лет использовался Метеорологической службой Великобритании для помощи в прогнозировании погоды, и эти аппараты поставлялись в многочисленные обсерватории по всему миру.

Современное использование

Сегодня традиционные барографы для метеорологических наблюдений часто заменяются (хотя и не полностью) электронными метеоприборами, использующими компьютерные методы для регистрации барометрического давления. Они не только дешевле прежних барографов, но и могут обеспечивать большую продолжительность записи и возможность дальнейшего анализа собранных данных, включая автоматическое использование данных для прогнозирования погоды. Старые механические барографы высоко ценятся коллекционерами как декоративные предметы, часто изготавливаемые из высококачественного дерева и латуни. Наиболее распространенные метеорологические барографы, встречающиеся в домах и общественных зданиях в наши дни, – это 8-дневные модели. Среди известных производителей барографов – Negretti and Zambra, Short and Mason, Richard Ferris и другие. Период поздней Викторианской эпохи и начало XX века обычно считается золотым веком производства барографов. В это время было внесено множество важных усовершенствований, включая улучшенную температурную компенсацию и модификацию рычага пера, позволяющую уменьшить давление на бумагу и, следовательно, улучшить регистрацию небольших изменений давления (то есть снизить трение пера). Морские барографы (используемые на судах) часто оснащаются демпферами, которые сглаживают качку судна для получения более стабильных показаний – это может быть масляное демпфирование механизма или простые пружинные опоры основания. Однако новые твердотельные цифровые барографы полностью исключают эту проблему, поскольку не содержат движущихся частей.

Использование в авиации

Поскольку атмосферное давление предсказуемо реагирует на изменения высоты, барографы могут использоваться для регистрации изменений высоты во время полета воздушного судна. FAI требовала использования барографов для регистрации определенных заданий и попыток рекордов, связанных с планерами. Непрерывная линия записи указывала на то, что планер не совершил посадку во время выполнения задания, а измерения с откалиброванной линии записи могли использоваться для подтверждения выполнения высотных заданий или установления рекордов. Примеры барографов, одобренных FAI для использования с планерами, включают механический барабанный барограф Replogle и электронный барограф EW (который может использоваться совместно с GPS). В настоящее время механические барографы редко используются для документирования полетов, поскольку их вытеснили бортовые регистраторы GNSS.

Трехдневный барограф

Вверху справа на изображении трехдневного барографа видна серебристая рифленая головка. Она предназначена для регулировки барографа, чтобы он правильно отображал давление на станции. Едва заметный под головкой расположен небольшой серебристый плунжер. Его нажимают каждые три часа, чтобы сделать временную отметку на бумаге. Линия между двумя такими отметками называется "характеристикой изменения барометрического давления" и используется метеорологами. Наблюдатель сначала определяет, было ли давление выше или ниже, чем три часа назад. Затем выбирается кодовый номер, который наилучшим образом соответствует трехчасовой траектории изменения давления. Существует девять возможных вариантов (от 0 до 8), и ни один код не имеет приоритета над другим. В случае графика на барографе можно выбрать один из двух кодов: 8 (стабильное, затем понижающееся) или 6 (понижающееся, затем стабильное). Наблюдатель должен выбрать код 6, поскольку он отражает последнюю часть траектории и, следовательно, наиболее точно представляет изменение давления. В нижней центральной части находится анероид (большой круглый серебристый элемент). При повышении давления анероид сжимается вниз, заставляя рычаг двигаться вверх и оставлять след на бумаге. При понижении давления пружина поднимает анероид, и рычаг опускается вниз. Через три дня барабан, к которому прикреплен график, снимается. В этот момент заводят часовой механизм и, при необходимости, вносят корректировки для увеличения или уменьшения скорости, а также прикрепляют новую карту.