高度計(jì)是針對(duì)眾多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域及檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(cè)、多點(diǎn)檢測(cè)、測(cè)量設(shè)備監(jiān)測(cè)和位置測(cè)量等眾多領(lǐng)域。
氣壓高度計(jì)是在航空物探測(cè)量時(shí),安置在飛機(jī)中,利用氣壓與高度的關(guān)系,通過(guò)觀測(cè)氣壓測(cè)量飛機(jī)飛行海拔高度(又稱高度)的儀器。
大家都知道水中的壓強(qiáng)僅由水深決定,P=ρgh。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(guò)測(cè)量所在地的大氣壓,與標(biāo)準(zhǔn)值比較而得出高度值,這就是氣壓高度計(jì)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)。大氣隨著海拔高度的增加,溫度壓強(qiáng)都逐漸降低,導(dǎo)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(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(duì)h0到h處的大氣質(zhì)量求和,因?yàn)槭蔷€性關(guān)系,用等差數(shù)列的知識(shí)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=101kPa,空氣密度ρ0=1.2kg/m^3,可由此算出h0=8400米,于是海拔高度的表達(dá)式應(yīng)修正為 h=h0-sqrt(P/P0)。
其實(shí)對(duì)地表大氣壓有貢獻(xiàn)的氣體厚度確實(shí)只有幾十公里的量級(jí),更確切的說(shuō),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(duì)地球環(huán)境有重要影響,但其密度已經(jīng)相當(dāng)?shù)土恕?/div>
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(guò),這句話也只在大氣靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)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(yàn)公式,所有的氣壓式高度計(jì)都是利用機(jī)械或電路來(lái)再現(xiàn)這些氣壓與高度間的對(duì)應(yīng)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(jì)了,這是此類高度計(jì)的通病。因此在需要高度值的場(chǎng)合還是用基于立體幾何的GPS好了。