VDI 3786 Blatt 16-2010 Environmental meteorology - Meteorological measurements - Atmospheric pressure.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREUmweltmeteorologieMeteorologische MessungenLuftdruckEnvironmental meteorologyMeteorological measurementsAtmospheric pressureVDI 3786Blatt 16 / Part 16Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1b: UmweltmeteorologieVDI-RICHTLINIENZ

2、u beziehen durch / Available at Beuth VerlagGmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten/AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2010Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet/ReproductionevenforinternalusenotpermittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndig

3、ung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 07.060, 13.040.01Juli 2010July 2010The draft of this guideline has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German

4、version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32Beg

5、riffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . 54 Grundlagen der Luftdruckmessung . . . . . . 65 Flssigkeitsbarometer . . . . . . . . . . . . . 95.1 Grundlagen des Messverfahrens . . . . . . 105.2 Aufstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.3 Kenn

6、gren (Stationsbarometer) . . . . . . 125.4 Betrieb und Wartung . . . . . . . . . . . . 125.5 Datenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . 126 Festkrperbarometer . . . . . . . . . . . . . . 126.1 Grundlagen des Messverfahrens . . . . . . 136.1.1 Widerstandsdruckmessgert . . . . . 136.1.2 Kapazitives

7、Druckmessgert . . . . . 136.1.3 Digitaler Quarz-Druckaufnehmer . . 136.2 Aufstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.3 Kenngren . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.4 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.5 Registrierung . . . . . . . . . . . . . . . . 157Dosenbarometer . . . . .

8、 . . . . . . . . . . 157.1 Grundlagen des Messverfahrens . . . . . . 157.2 Zeigerbarometer. . . . . . . . . . . . . . . 167.3 Barografen . . . . . . . . . . . . . . . . . 167.4 Aufstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 177.5 Kalibrierung. . . . . . . . . . . . . . . . . 187.6 Kenngren . . . . .

9、 . . . . . . . . . . . . 188Druckwaage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . .

10、33 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . 54 Fundamentals of the measurement of atmospheric pressure . . . . . . . . . . . . . 65 Liquid barometers . . . . . . . . . . . . . . . 95.1 Fundamentals of the measurement method 105.2 Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.3 Characteristi

11、cs (station barometer). . . . . 125.4 Operation and maintenance . . . . . . . . 125.5 Data acquisition . . . . . . . . . . . . . . 126 Solid-state barometers . . . . . . . . . . . . 126.1 Fundamentals of the measurement method 136.1.1 Resistance pressure gauge. . . . . . 136.1.2 Capacitive pressure

12、gauge . . . . . . 136.1.3 Digital quartz pressure sensor . . . . 136.2 Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.3 Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . 156.4 Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . 156.5 Recording . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Aneroid barometers . . . .

13、 . . . . . . . . . 157.1 Fundamentals of the measurement method 157.2 Pointer barometer . . . . . . . . . . . . . 167.3 Barographs . . . . . . . . . . . . . . . . . 167.4 Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177.5 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . 187.6 Characteristics . . . .

14、 . . . . . . . . . . 188 Pressure balance . . . . . . . . . . . . . . . 18Frhere Ausgaben: 09.96; 02.09 Entwurf,deutschFormer editions: 09/96; 02/09 Draft, in German onlyKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltmeteorologieB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30

15、F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 2 VDI 3786 Blatt 16 / Part 16SeiteAnhang A Messwertbehandlung . . . . . . . . 20A1 Korrekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . 20A1.1 Messungen mit einem Quecksilber-barometer (Stationsbaro

16、meter). . . . 20A1.2 Schwerebeschleunigungskorrektur,Temperatureinfluss. . . . . . . . . . 20A1.3 QFE . . . . . . . . . . . . . . . . . 22A2 Reduktionen . . . . . . . . . . . . . . . . 22A2.1 QNH . . . . . . . . . . . . . . . . . 22A2.2 QFF . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Anhang B Umrechnungstab

17、elle frDruckeinheiten . . . . . . . . . . . . 24Anhang C Stationsbarometer . . . . . . . . . . 25C1 Abmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . 25C2 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 25C3 Gertetechnische Ausfhrungen . . . . . . 26C4 Messtechnische Eigenschaften . . . . . . . 26Schrifttum

18、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweis

19、e oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt habe

20、n, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3786.EinleitungDer Mensch empfindet viele meteorologische Gr-en, die das Wettergeschehen prgen, sehr deutlich:Temperatur, Niederschlag und Wind, selbst hoheoder niedrige Luftfeucht

21、e kann er verspren; dagegenfehlt ihm fr den Luftdruck ein bewusstes sensori-sches System. Jedoch ist gerade diese Gre, speziellPageAnnex A Treatment of measured values . . . . 20A1 Corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . 20A1.1 Measurements with a mercurybarometer (station barometer) . . . . 2

22、0A1.2 Gravity acceleration correction, temperature influence . . . . . . . . 20A1.3 QFE . . . . . . . . . . . . . . . . . 22A2 Reductions . . . . . . . . . . . . . . . . . 22A2.1 QNH . . . . . . . . . . . . . . . . . 22A2.2 QFF . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Annex B Conversion table for pressur

23、e units . 24Annex C Station barometer . . . . . . . . . . . 25C1 Dimensions. . . . . . . . . . . . . . . . . 25C2 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25C3 Instrument-specific details . . . . . . . . . 26C4 Measurement properties . . . . . . . . . . 26Bibliography . . . . . . . . . . . . .

24、 . . . . . . 28Preliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing syste

25、ms and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guidelin

26、e.A catalogue of all available parts of this guide-line series can be accessed on the internet atwww.vdi.de/3786.IntroductionHumans register very clearly many meteorologicalparameters which affect the weather: temperature,precipitation and wind; they can even sense high orlow atmospheric humidity. B

27、y contrast, they have noconscious sensory system for atmospheric pressure.However, it is precisely this variable which is closelyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 3786 Blatt 16 / Part 16 3 hins

28、ichtlich ihrer rumlichen Verteilung und zeitli-chen Variation, eng mit dem Wettergeschehen ver-knpft. Luftdruckmessungen sind fr die Wetterana-lyse und -vorhersage sehr wichtig. Aber auch in derUmweltmeteorologie hat der Luftdruck in verschie-denen Bereichen groe Bedeutung:Die Luftdruckverteilung be

29、stimmt die Luftstr-mung in der Atmosphre und ist damit Eingangs-parameter fr Modelle zur Strmungssimulation.Fr die Berechnung einer Reihe von Messgrender Feuchte bentigt man den Luftdruck.Verfahren zur Messung von (massebezogenen)Stoffkonzentrationen in der Atmosphre sind vomLuftdruck abhngig, so au

30、ch alle Luft-Durchfluss-messungen.Auf Lichtabsorption basierende Verfahren zurMessung von Spurenstoffen bentigen Informati-onen ber den Luftdruck.1 AnwendungsbereichIn dieser Richtlinie werden Messverfahren und Sys-teme zur Messung des Luftdrucks behandelt, dienahe der Erdoberflche im stationren Bet

31、rieb einzu-setzen sind. Auf Messungen in groen Hhen (10 kmund mehr) und auf besonderen Trgersystemen (z.B.Radiosonden) wird nicht eingegangen. Fr Messun-gen in besonderen Forschungsvorhaben oder zu spe-ziellen Fragestellungen (z.B. Luftdruckschwankun-gen in sehr kurzen Zeitabstnden) kann diese Richt

32、li-nie nur einen Rahmen vorgeben. Druckmessungen ingeschlossenen Rumen stellen ein vollstndig ande-res Aufgabengebiet dar, das hier ebenfalls nicht be-handelt wird.2BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die fol-genden Begriffe:DruckDer Druck wird als Kraft pro Flcheneinheit defi-niert.Al

33、s gesetzliche Einheit fr den Druck gilt das Pas-cal: 1 Pascal (Pa) = 1 Newton (N) m2(siehe auchDIN 1314). In der Meteorologie wird die EinheitHektopascal (1 hPa = 100 Pa) verwendet.Anmerkung: Die in Anhang B beigefgte Umrechnungstabelle frDruckeinheiten enthlt die Beziehungen zu den frher gltigen Ei

34、n-heiten.GesamtdruckBei vorhandener Luftstrmung ergibt sich der Ge-samtdruck als Summe aus dem dynamischen Druck(Staudruck) und dem hydrostatischen Druck.linked to weather processes, particularly with regardto its spatial distribution and temporal variation. Airpressure measurements are very importa

35、nt for analys-ing and forecasting weather. However, in environ-mental meteorology, as well, air pressure is very im-portant in various fields:The atmospheric pressure distribution determinesthe air flow in the atmosphere, and is thus an inputparameter for models simulating flow.Air pressure is requi

36、red for the calculation of arange of humidity measurement variables.Methods for measuring (mass-related) materialconcentrations in the atmosphere depend on airpressure, as do all air flow measurements.Methods based on light absorption for measuringmaterial concentrations require information on theai

37、r pressure.1ScopeThis guideline deals with measurement methods andsystems for measuring air pressure which are to beused in stationary operation near the surface of theearth. No consideration is given to measurements atgreat heights (10 km and more) or on special carriersystems (e.g. radiosondes). T

38、his guideline can giveonly a framework for measurements in particular re-search projects or relating to particular questions(e.g. air pressure fluctuations over very short inter-vals). Indoor pressure measurements constitute acompletely different set of tasks which will likewisenot be treated here.2

39、 Terms and definitionsFor the purposes of this guideline, the followingterms and definitions apply:PressurePressure is defined as force per unit area.The pascal is the statutory unit of pressure: 1 Pascal(Pa) = 1 Newton (N) m2(see also DIN 1314). Inmeteorology, the unit hectopascal (1 hPa = 100 Pa)

40、isused.Note: The conversion table for pressure units attached in Annex Bshows the relations to the units valid in the past.Total pressureIn flowing air, the total pressure is the sum of the dy-namic pressure (stagnation pressure) and the hydro-static pressure.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7

41、EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 4 VDI 3786 Blatt 16 / Part 16LuftdruckDer Luftdruck wird in der ruhenden Atmosphre alshydrostatischer oder barometrischer Druck gemes-sen. Daraus resultiert auch die Durchfhrung derDruckmessung in In

42、nenrumen.Q-CodeDie Q-Codes stammen ursprnglich aus der Zeit derMorsetelegrafie und werden von Funkdiensten zureindeutigen bertragung von Nachrichten verwen-det. Die heute blichen Q-Codes wurden 1912 vonder International Radiotelegraph Convention“ ein-gefhrt. Jeder Q-Code besteht aus drei Buchstaben,

43、der erste ist stets ein Q. Weitere Informationen kn-nen ergnzend hinzugefgt werden. Die Codegrup-pen werden entsprechend den unterschiedlichen An-forderungen den Funkdiensten zugeordnet.Anmerkung: Fr den Flugfunkdienst werden von der ICAO dieCodes QAA bis QNZ definiert.Virtuelle Schichtmitteltempera

44、turNherungsweise kann man die virtuelle Schichtmit-teltemperatur fr eine polytrope (schichtweise linea-rer Temperaturgradient) Atmosphre aus dem ge-wichteten Mittel der Schichtmittel der virtuellenTemperatur bestimmen. Das Schichtmittel der virtu-ellen Temperatur wird dabei jeweils als Mittel ausden

45、 virtuellen Temperaturen an der Unter- und Ober-grenze der Schicht bestimmt.Virtuelle TemperaturUnter der virtuellen Temperatur Tvist die Temperaturzu verstehen, die die wasserdampffreie Luft bei derDichte der wirklich vorhandenen wasserdampfhalti-gen Luft und gleichem Druck annehmen wrde.Anmerkung:

46、 Die in Abschnitt 4 vereinfacht eingefhrte barometri-sche Hhenformel bezieht sich auf eine trockene Atmosphre undverzichtet auf die Bercksichtigung des Wasserdampfgehalts. Frgenaue Berechnungen ist jedoch die Kenntnis der vertikalen Tem-peratur- und Feuchteverteilung erforderlich. Der Einfluss derFe

47、uchte wird durch Verwendung der virtuellen Temperatur Tvan-stelle von T bercksichtigt:Dabei istTvvirtuelle Temperatur in KR Gaskonstante fr trockene Luft(287,05 Jkg1K1)RWGaskonstante fr Wasserdampf (461,51 Jkg1K1)q spezifische Feuchte in kgkg1T Lufttemperatur in KZustand eines GasesDer Zustand eines

48、 Gases wird grundstzlich durchdie Parameter Dichte, Druck und Temperatur mittelsTv1RWR-+1 T=Tv10,61+ q()T=Air pressure (atmospheric pressure)The air pressure in the static atmosphere is measuredas hydrostatic or barometric pressure. The perform-ance of indoor pressure measurements also resultsfrom t

49、his.Q codeThe Q codes originate from the time of Morse teleg-raphy and are used by radio services for clear trans-mission of messages. The now-common Q codeswere introduced by the International RadiotelegraphConvention in 1912. Each Q code consists of threeletters, the first one always being a Q. Further infor-mation can be added. The code groups are assigned tothe radio services according to the different require-ments.Note: The Q code