水银气压表真空度误差的产生、判断及预防
李常春 ， 骆世娟
(江西省气象技术装备中心，江西 南昌 330046)
摘 要：介绍了水银气压表真空度误差产生的原因和分析判断方法，并提出了相应的预防措施。
关键词：气压表 真空度 误差 预防
水银气压表是气象台站高精度的测压仪器，其测量精度直接影响到“气压”这一气象要素的准确性。影响气压测量精度的原因除了读数误差外，最主要是气压表内管真空度的改变所引起的测量误差。这一现象是经常发生，但又不易被人们觉察的问题。所以了解水银气压表内管真空度误差产生的原因，掌握其判断方法及预防此现象的发生是很有必要的。
1 真空度误差的产生
(1) 水银气压表是由内管水银槽(上部为真空)、标尺、附温表及外套管组成，它以水银管(内管)内水银柱的静压力来平衡大气压力变化。在理想情况下，水银管上部的空间应该是抽成完全真空的。但是，由于受到技术和设备的限制，抽成完全真空是不可能的，实际上新出厂的气压表内管上部还残留少量气体。国家检定规范规定：新出厂的表其气泡直径应<1.0 mm，使用中的表应<1.3 mm。
(2) 由于固体（指装水银的玻璃管）对气体的吸附、吸留作用，使附着在玻璃管表面及隐含在玻璃管内部的气体，会在水银气压表的使用过程中缓慢释放出来，并在内管顶部形成气泡。
(3) 水银在与空气接触时，能溶入一定量的气体。因此，水银装入内管后，由于水银柱上部是真空的，所以水银内部的气体便会逐渐释放出来，聚集在内管顶部。
(4) 在气压表的移运、翻转、清洗过程中，不小心时空气也会进入内管，形成较大气泡。
2 真空度的判断及定量分析
2.1 真空度的判断
对气压表读数有怀疑时，可采取以下方法进行判断：
(1) 听声音。将气压表取下，慢慢倾斜表身，当水银柱碰到管顶时，如有清脆的金属声，说明真空度良好；如声音混浊，多为空气过多。这种方法可定性地了解真空度状况。
(2) 观察法。将气压表取下，慢慢倾斜表身，当水银柱到达管顶时，再继续倾斜，使管顶高度下降15 cm，观察气泡大小。一般要求新出厂的表气泡直径应< 1.0 mm，使用中的表应< 1.3 mm。
2.2 定量分析
残留气体对气压表示值的影响主要表现在外界气压变化的影响和外界温度变化的影响两个方面。
2.2.1 气压变化的影响量
根据残留气体影响值计算公式(1)，现举例说明检定时气压（0.76 m汞柱）和使用时气压（0.49 m汞柱）残留气体影响值的最大变化量。
PC=(4r3(h1＋h2)/3R2h1)×
β×g (1) 式中PC表示残留气体倾斜前对水银柱的附加压强（Pa）,r表示气压表倾斜压缩后气泡半径（取0.000 65 m），h1表示气压表倾斜前真空管上端“真空”部分高度(m)，h2表示倾斜时水银充满管顶后，管顶继续下降的高度(m)，R表示气压表内管半径（0.005 5 m），β表示水银密度（13 595.1 kg/m3）,g表示标准重力加速度（9.806 65 m/s2）。
如已知气压表真空管长L=0.86 m， 则可知：
检定时h1=0.86－0.76=0.1 m，使用时h1=0.86－0.49=0.37 m。
将h1检定和h1使用分别代入公式(1)，并将其结果相减，可得出：
△Ppa=P0.76m－P0.49m=4.2－2.3=0.02 hPa
2.2.2 温度变化的影响量
根据公式(2)，举例说明检定时温度（20℃）和使用时温度（30 ℃）残留气体影响值的最大变化量。
Pt=Pc×(273＋T1)/(273－T2) (2)
式中Pt表示温度变化区间内残留气体最大影响量,Pc表示使用时残留气体倾斜前对水银柱的附加压强（ hPa），T1表示检定时温度，T2表示使用时温度。
据公式(2)可得：
P30=P0.49m×(273＋30)/(273－20)=0.027 5 hPa
△Pt=P0.30－P0.49=0.027 5－0.023=0.004 5 hPa< /FONT>
由以上可得出，残留气体影响值最大变化量为：
S=△Ppa＋△Pta=0.02＋0.004 5=0.024 5 hPa< /FONT>
因此，不难算出假定r（气泡半径）为0.001 5 m时残留气体影响值的最大量。如果对比观测的差值远大于计算值，则有理由判定被测表真空度超标。
3 预防措施
较大气泡主要是在气压表的移运、翻转、清洗过程中不小心产生的，因此这些过程是预防的重点。
(1) 过滤槽部水银表面氧化层时，水银面不能低于下隔板1 mm。因为动槽表内管口一般是在下隔板下2～3 mm处，如果水银面低于内管口，空气便会进入内管，造成真空不良。
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第一作者简介：李常春(1967－)，男，工程师，主要从事气象计量检定工作.
