Барометрический высотомер

Цифровой датчик барометрического давления для измерения высоты в бытовой электронике

Высота над уровнем моря может быть определена на основе измерения атмосферного давления . Чем больше высота, тем ниже давление. Если барометр поставляется с нелинейной калибровкой для указания высоты, этот прибор представляет собой тип высотомера, называемый барометрическим высотомером или барометрическим высотомером . Барометрический высотомер — это высотомер, который имеется в большинстве самолетов , и парашютисты используют его версии, крепящиеся на запястье, для аналогичных целей. Путешественники и альпинисты используют наручные или ручные высотомеры в дополнение к другим навигационным инструментам, таким как карта, магнитный компас или GPS-приемник.

Калибровка

Калибровка высотомера следует уравнению

z=c\;T\;\log(P_{o}/P),

^{[ 1 ]}

где c — константа, T — абсолютная температура, P — давление на высоте z, а P _o — давление на уровне моря. Константа c зависит от ускорения свободного падения и молярной массы воздуха. Однако следует помнить, что этот тип высотомера зависит от «высоты по плотности», и его показания могут варьироваться на сотни футов из-за внезапного изменения давления воздуха, например, из-за холодного фронта, без какого-либо фактического изменения высоты. ^{[ 2 ]}

Наиболее распространенной единицей измерения, используемой для калибровки высотомера во всем мире, является гектопаскаль (гПа), за исключением Северной Америки (кроме Канады). ^{[ 3 ]} ) и Японии, где дюймы ртутного столба (inHg). используются ^{[ 4 ]} Чтобы получить точные показания высоты в футах или метрах, местное атмосферное давление должно быть правильно откалибровано с использованием барометрической формулы .

История

Научные принципы, лежащие в основе барометра, были впервые написаны преподобным Александром Брайсом, шотландским министром и астрономом, в 1772 году, который понял, что принципы барометра можно адаптировать для измерения высоты. ^{[ 5 ]}

Приложения

Использование в походах, скалолазании и катании на лыжах.

Барометрический высотомер, используемый вместе с топографической картой, может помочь определить свое местоположение. Он более надежен и зачастую более точен, чем GPS-приемник для измерения высоты; сигнал GPS может быть недоступен, например, когда человек находится глубоко в каньоне, или может давать совершенно неточную высоту, когда все доступные спутники находятся вблизи горизонта. Поскольку атмосферное давление меняется в зависимости от погоды, туристы должны периодически перекалибровывать свои высотомеры, когда они достигают известной высоты, например, перекрестка троп или вершины, отмеченной на топографической карте.

Прыжки с парашютом

Высотомер – самая важная часть парашютного снаряжения после самого парашюта. Осознание высоты имеет решающее значение на всех этапах прыжка и определяет соответствующую реакцию для обеспечения безопасности.

Поскольку осознание высоты очень важно в прыжках с парашютом, существует множество конструкций высотомеров, созданных специально для использования в этом виде спорта, и парашютист, не являющийся студентом, обычно использует два или более высотомеров за один прыжок: ^{[ 6 ]}

Ручные, запястные или нагрудные механические аналоговые визуальные высотомеры являются наиболее простыми и распространенными устройствами и используются (и обычно обязательны) практически всеми студентами-парашютистами. Стандартный дизайн имеет циферблат с отметкой от 0 до 4000 м (или от 0 до 12 000 футов, имитирующий циферблат часов ) со стрелкой, указывающей текущую высоту. На лицевой панели есть секции, четко обозначенные желтым и красным цветом, обозначающие рекомендуемую высоту развертывания и высоту принятия решения об аварийной ситуации (широко известную как «жесткая палуба») соответственно. Механический высотомер имеет ручку, которую необходимо вручную отрегулировать, чтобы она указывала на 0 на земле перед прыжком, и если точка приземления не находится на той же высоте, что и точка взлета, пользователю необходимо отрегулировать ее соответствующим образом. Также доступны некоторые усовершенствованные электронные высотомеры, в которых используется знакомый аналоговый дисплей, несмотря на то, что они работают в цифровом формате.
Цифровые визуальные высотомеры крепятся на запястье или руке. Этот тип всегда работает в электронном виде и передает высоту в виде числа, а не указателя на циферблате. Поскольку эти высотомеры уже содержат все электронные схемы, необходимые для расчета высоты, они обычно оснащены вспомогательными функциями, такими как электронный журнал, воспроизведение профиля прыжка в реальном времени, индикация скорости, режим симулятора для использования в наземных тренировках и т. д. Электронный высотомер активируется на земле перед прыжком и автоматически калибруется до 0. Поэтому важно, чтобы пользователь не включал его раньше, чем необходимо, чтобы избежать, например, поездки в зону высадки, расположенную на высоте, отличной от дома, что может вызвать потенциально фатальное неверное прочтение. Если предполагаемая зона приземления находится на высоте, отличной от точки взлета, пользователю необходимо ввести соответствующее смещение, используя назначенную функцию.
Звуковые высотомеры (также известные как «dytters», обобщенная торговая марка первого такого продукта на рынке) вставляются в шлем и издают предупреждающий сигнал на заранее определенной высоте. Современные аудиосистемы значительно изменились по сравнению с их грубыми истоками и обладают широким спектром функций, таких как несколько тонов на разных высотах, несколько сохраненных профилей, которые можно быстро переключать, электронный журнал с передачей данных на ПК для последующего анализа, четкое свободное падение. и режимы купола с различной высотой предупреждения, сигналами управления пикированием и т. д. Звуковые сигналы являются строго вспомогательными устройствами и не заменяют, а дополняют визуальный высотомер, который остается основным инструментом для поддержания осведомленности о высоте. Появление современных дисциплин прыжков с парашютом, таких как свободный полет , при которых земля может быть не в поле зрения в течение длительного периода времени, сделало использование звуковых сигналов почти универсальным, и практически все парашютные шлемы оснащены одним или несколькими встроенными устройствами. порты, в которых можно разместить звуковой сигнал. Звуковые сигналы не рекомендуются и часто запрещаются к использованию студентами-парашютистами, которым необходимо выработать для себя правильный режим осознания высоты.
Вспомогательные визуальные высотомеры не показывают точную высоту, а помогают поддерживать общий показатель периферийным зрением. Они могут либо работать в тандеме со звуковым сигналом, оснащенным соответствующим портом, и в этом случае они излучают предупреждающие вспышки, дополняющие звуковые сигналы, либо работать автономно и использовать другой режим отображения, например, показывать либо зеленый, либо красный свет в зависимости от высоты. ^{[ нужна ссылка ]}

Говорящий высотомер со шлемом для прыжков с парашютом

Говорящие высотомеры (также известные как голосовые высотомеры) сочетают в себе функции звукового и визуального высотомера. Устройства этого типа работают на всех высотах, на которых практикуются прыжки с парашютом, и объявляют свою высоту в виде числа на родном языке дайвера. Они вставляются в шлем как звуковые высотомеры и имеют автоматическую регулировку громкости в зависимости от скорости парашютиста. Основная цель высотомера этого типа — обеспечить, чтобы парашютисты всегда знали свое положение; Эта функция полезна для опытных парашютистов, а также для организаторов групповых прыжков с парашютом или инструкторов по ускоренному свободному падению . ^{[ нужна ссылка ]}

Точный выбор высотомеров во многом зависит от индивидуальных предпочтений парашютиста, уровня опыта, основных дисциплин, а также типа прыжка. ^{[ 7 ]} На одном конце спектра демонстрационный прыжок на небольшой высоте с приземлением на воду и отсутствием свободного падения может привести к отказу от обязательного использования высотомеров и их вообще не использовать. Напротив, парашютист, выполняющий прыжки в свободном полете и летающий под куполом с высокими эксплуатационными характеристиками, может использовать механический аналоговый высотомер для облегчения работы в свободном падении, встроенный в шлем звуковой сигнал для предупреждения о высоте отрыва, дополнительно запрограммированный на направляющие сигналы для полета под куполом, а также цифровой высотомер на нарукавной повязке для быстрого определения точной высоты при заходе на посадку. Другой парашютист, выполняющий аналогичные типы прыжков, мог бы носить цифровой высотомер в качестве основного визуального средства, предпочитая прямое считывание высоты на цифровом дисплее.

Использование в самолетах

Авиационный высотомер барабанного типа, показывающий маленькие *окошки Коллсмана* в левом нижнем углу (гектопаскали) и правом нижнем углу (дюймы ртутного столба) лица.

В самолетах анероидный высотомер или барометр-анероид измеряет атмосферное давление из статического порта снаружи самолета. Давление воздуха уменьшается с увеличением высоты — примерно 100 гектопаскалей на 800 метров или один дюйм ртутного столба на 1000 футов или 1 гектопаскаль на 30 футов вблизи уровня моря .

Анероидный высотомер откалиброван так, чтобы показывать давление непосредственно как высоту над средним уровнем моря в соответствии с математической моделью атмосферы, определенной Международным стандартом атмосферы (ISA). В более старых самолетах использовался простой барометр-анероид , игла которого совершала менее одного оборота вокруг грани от нуля до полной шкалы. Эта конструкция превратилась в трехстрелочные высотомеры с основной стрелкой и одной или несколькими вторичными стрелками, которые показывают количество оборотов, подобно циферблату . Другими словами, каждая стрелка указывает на отдельную цифру текущего измерения высоты. Однако этот дизайн вышел из моды из-за риска неправильного прочтения в стрессовых ситуациях. В дальнейшем конструкция развилась до высотомеров барабанного типа, последнего шага в области аналоговых приборов, где каждый оборот одной иглы составлял 1000 футов (300 метров), при этом приращения в тысячу футов записывались на барабане числового одометра . Чтобы определить высоту, пилот должен был сначала прочитать показания барабана, чтобы определить тысячи футов, а затем посмотреть на стрелку сотен футов. Современные аналоговые высотомеры транспортных самолетов обычно имеют барабанный тип. Последним достижением в области ясности является Электронная система пилотажных приборов со встроенными цифровыми дисплеями высотомера. Эта технология перешла от авиалайнеров и военных самолетов до тех пор, пока не стала стандартной для многих самолетов авиации общего назначения .

В современных самолетах используется «чувствительный высотомер». На чувствительном высотомере опорное давление на уровне моря можно регулировать с помощью регулировочной ручки. Эталонное давление в дюймах ртутного столба в Канаде и США и в гектопаскалях ( ранее миллибарах ) в других местах отображается в небольшом окне Коллсмана . ^{[ 9 ]} на лице высотомера самолета. Это необходимо, поскольку эталонное атмосферное давление на уровне моря в данном месте меняется со временем в зависимости от температуры и движения систем давления в атмосфере.

В авиационной терминологии региональное или местное давление воздуха на среднем уровне моря (MSL) называется QNH или « настройкой высотомера », а давление, которое будет калибровать высотомер для отображения высоты над землей на данном аэродроме называется QFE , поле. Однако высотомер нельзя настроить на изменения температуры воздуха. Отличия температуры от модели ISA соответственно вызовут ошибки в указании высоты.

В аэрокосмической отрасли механические автономные высотомеры, основанные на мембранных сильфонах, были заменены интегрированными измерительными системами, которые называются компьютерами данных о воздухе (ADC). Этот модуль измеряет высоту, скорость полета и внешнюю температуру, чтобы предоставить более точные выходные данные, позволяющие автоматически управлять полетом и разделять эшелоны полета . Несколько высотомеров можно использовать для разработки системы отсчета давления , предоставляющей информацию об углах положения самолета для дальнейшей поддержки расчетов инерциальной навигационной системы .

Пилоты могут выполнять предполетную проверку высотомера, устанавливая барометрическую шкалу на текущую сообщаемую настройку высотомера. Стрелки высотомера должны указывать высоту местности аэродрома при съемке. ^{[ 10 ]} Федеральное управление гражданской авиации требует, чтобы, если показания отклоняются более чем на 75 футов (23 м) от отметки исследуемого поля, прибор следует откалибровать повторно. ^{[ 11 ]}

Другие виды транспорта

Высотомер — это дополнительный инструмент для внедорожников, помогающий в навигации. Некоторые высокопроизводительные автомобили класса люкс, которые никогда не предназначались для выезда за пределы дорог с твердым покрытием, такие как Duesenberg 1930-х годов, также были оснащены высотомерами.

Ссылки

^ Крокер, Грэм Джексон, Крис. «Применение высотомеров при измерении высоты» . www.hills-database.co.uk . Архивировано из оригинала 25 октября 2017 года . Проверено 29 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ «Как работают авиационные приборы». Популярная наука , март 1944 г., с. 118.
^ «Руководство по стандартам приземных наблюдений за погодой (MANOBS), 8-е издание, поправки» . Канада.CA . Правительство Канады. Декабрь 2021 года . Проверено 2 августа 2022 г. 9.1.3 Единицы измерения: Единица измерения атмосферного давления — гектопаскаль; соответствующий символ — гПа.
^ «Безумные, перепутанные единицы измерения в авиации — AeroSavvy» . 5 сентября 2014 г.
^ «Брайс, (Преподобный) Александр» .
^ «Что такое парашютный альтиметр (и как он работает?)» . Прыжок с парашютом на Уосатче . Архивировано из оригинала 23 апреля 2015 года . Проверено 2 февраля 2015 г.
^ Хоук, Джон. «Цифровой или аналоговый высотомер» . Dropzone.com . Архивировано из оригинала 6 февраля 2015 года . Проверено 2 февраля 2015 г.
^ «Глава 8: Летные приборы». Справочник пилота по авиационным знаниям (изд. FAA-H-8083-25C). Федеральное управление гражданской авиации . 17 июля 2023 г. стр. 4–5.
^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 25 июня 2006 г. Проверено 15 июня 2006 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ «Глава 8: Летные приборы». Справочник пилота по авиационным знаниям (изд. FAA-H-8083-25C). Федеральное управление гражданской авиации . 17 июля 2023 г. п. 7.
^ «Раздел 2. Погрешности барометрического высотомера и процедуры его настройки» . Руководство по аэронавигационной информации . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 20 мая 2023 г.

[1] Крокер, Грэм Джексон, Крис. «Применение высотомеров при измерении высоты» . www.hills-database.co.uk . Архивировано из оригинала 25 октября 2017 года . Проверено 29 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[2] «Как работают авиационные приборы». Популярная наука , март 1944 г., с. 118.

[MANOBS-3] «Руководство по стандартам приземных наблюдений за погодой (MANOBS), 8-е издание, поправки» . Канада.CA . Правительство Канады. Декабрь 2021 года . Проверено 2 августа 2022 г. 9.1.3 Единицы измерения: Единица измерения атмосферного давления — гектопаскаль; соответствующий символ — гПа.

[4] «Безумные, перепутанные единицы измерения в авиации — AeroSavvy» . 5 сентября 2014 г.

[5] «Брайс, (Преподобный) Александр» .

[6] «Что такое парашютный альтиметр (и как он работает?)» . Прыжок с парашютом на Уосатче . Архивировано из оригинала 23 апреля 2015 года . Проверено 2 февраля 2015 г.

[7] Хоук, Джон. «Цифровой или аналоговый высотомер» . Dropzone.com . Архивировано из оригинала 6 февраля 2015 года . Проверено 2 февраля 2015 г.

[8] «Глава 8: Летные приборы». Справочник пилота по авиационным знаниям (изд. FAA-H-8083-25C). Федеральное управление гражданской авиации . 17 июля 2023 г. стр. 4–5.

[9] «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 25 июня 2006 г. Проверено 15 июня 2006 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[10] «Глава 8: Летные приборы». Справочник пилота по авиационным знаниям (изд. FAA-H-8083-25C). Федеральное управление гражданской авиации . 17 июля 2023 г. п. 7.

[11] «Раздел 2. Погрешности барометрического высотомера и процедуры его настройки» . Руководство по аэронавигационной информации . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 20 мая 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]