Der genaue Wert von Luftdruck wird hier nicht gesucht; Vielmehr werden wir uns mehr darauf konzentrieren, die Entwicklung dieser Größe zu visualisieren und sie mit einem beweglichen Index zu vergleichen, ähnlich wie die Referenznadel, die man auf einem mechanischen Barometer in einem Wohnzimmer findet.
Luftdruck
Das Konzept des atmosphärischen Drucks ist für die Wettervorhersage von wesentlicher Bedeutung. Obwohl diese physikalische Größe nicht leicht greifbar ist, lässt sie sich leicht nachweisen.
Auf Meereshöhe ist der atmosphärische Druck stark genug, um eine Wassersäule auf eine Höhe von etwa 10 Metern oder eine deutlich schwerere Quecksilbersäule auf nur 76 Zentimeter bei einer Oberfläche von 1 Quadratzentimeter zu heben.
Daher ist ein Quecksilberbarometer nichts anderes als eine gebogene Glasröhre, die an einem Ende offen und mit Quecksilber gefüllt ist.
Die Kalibrierung erfolgt in Millimetern, die das Gewicht (d. h. den Druck) darstellen, das mehr oder weniger auf die Erdoberfläche ausgeübt wird.
Dieses Gerät trägt noch immer den Namen seines Erfinders Torricelli (1608-1647), einem Schüler des berühmten Galilei.
Der Luftdruck kann steigen oder fallen. Es ist erwähnenswert, dass der Wert des Luftdrucks auch einen guten Hinweis auf die Höhe liefert.
Im Wesentlichen ist ein Höhenmesser eine Art Barometer, das in Kilometern kalibriert ist.
Leider beeinflusst auch die Temperatur diese Messung, da kältere Luft, da sie schwerer ist, dazu tendiert, abzusinken, während warme Luft sich ausdehnt und aufsteigt, da sie leichter ist.
Pro 8 Meter Höhenzunahme ist mit einem Rückgang von etwa 1 Millibar zu rechnen.
Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Druckeinheit Pascal (Pa), was einer Kraft von 1 Newton pro Quadratmeter (ungefähr 102 Gramm) entspricht.
Dieser Wert wird jedoch nicht häufig verwendet und häufig durch den Balken ersetzt, der 100.000 Pascal entspricht.
Der Standard-Atmosphärendruck ist ein Durchschnittswert, etwa 1,013 Bar oder 1.013 Millibar.
Diese Einheit wird häufig auf Haushaltsbarometern zusammen mit dem Wert 76 angezeigt, der die Höhe der Quecksilbersäule auf Meereshöhe in Zentimetern angibt.
Aber das ist nicht alles! Das Millibar wurde durch das Hektopascal (hPa) ersetzt, vielleicht zu Ehren des Andenkens an den großen Physiker Blaise Pascal.
Auf dem Markt sind Metallbarometer oder Aneroidbarometer erhältlich, die auf der Elastizität von Metallen basieren.
Eine luftfreie Metallkammer wird dem zu messenden Atmosphärendruck ausgesetzt. Mithilfe eines Hebels bewegt es eine kleine Nadel über ein kalibriertes Zifferblatt.
Ein beweglicher Cursor ermöglicht es, einen bestimmten Druck zu „speichern“ und später zu prüfen, ob er abnimmt oder zunimmt. Basierend auf diesen Beobachtungen schlagen wir die Konstruktion unseres barometrischen Indikators vor.
Der elektronische Atmosphärendrucksensor
Heutzutage reicht es zur vollelektronischen Messung des Atmosphärendrucks aus, das Gewicht der Luftsäule, die Druck auf die empfindliche Oberfläche eines Sensors ausübt, zu „wiegen“ und dabei die piezoresistiven Eigenschaften eines winzigen Siliziumwafers auszunutzen.
Es ähnelt einem Miniatur-Dehnungsmessstreifen, der winzige Massenschwankungen auf seiner aktiven Oberfläche erkennen kann.
Motorola bietet der breiten Öffentlichkeit seit einigen Jahren ein hochinteressantes Bauteil an, das temperaturkompensiert und im Werk mittels Laserstrahl präzise kalibriert wird.
Bei dieser Komponente handelt es sich um den Absolutdrucksensor mit der Referenz MPX 2200AP.
Ein spezielles Modell mit zwei Eingängen misst den Differenzdruck, um beispielsweise den Wasserstand in einem Tank abzuschätzen. Die typische Empfindlichkeit des Sensors beträgt 0,2 mV pro Kilopascal Druck.
Somit beträgt die Ausgangsspannung des Bauteils bei dem exakten Druck von 1 bar = 1000 hPa genau 100 x 0,2 mV = 20 mV.
Wie die Schaltung funktioniert
Der Schaltkreis zur Anzeige des atmosphärischen Drucks ist in der folgenden Abbildung vollständig dargestellt und besteht aus drei verschiedenen Abschnitten: der geregelten Stromversorgung, dem Mess- und Verstärkungsabschnitt und schließlich dem Anzeigegerät und dem Speichercursor.
Die intermittierende Stromversorgung dieses Geräts ermöglicht die Verwendung einer 9-V-Rechteckbatterie.
Um Spannungsschwankungen aufgrund von Batterieverschleiß zu vermeiden, verfügen wir über eine Spannungsregelung, bestehend aus dem Ballasttransistor T1 und der Zenerdiode Z1 mit einem Nennwert von 6,2 V. Die in Reihe geschaltete Schaltdiode D1 gleicht den Spannungsabfall am PN-Übergang des Transistors präzise aus.
Der hochohmige Elektrolytkondensator C1 stabilisiert diese Dauerspannung zusätzlich auf 6,2V.
Der Pluspol dieser Stromquelle verläuft durch die TEST-Taste, die das Anzeigegerät nur auf Anfrage mit Strom versorgt und so zu einer deutlichen Verlängerung der Batterielebensdauer beiträgt.
