Электронный барометр своими руками

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 17.09.2024

Давно известно, что рыбы очень чутко реагирует на изменение атмосферного давления. Считается, что при высоком давлении активность рыбы существенно меньше, хотя ихтиологи имеют другое мнение. Они считают, что рыба в гораздо большей степени реагирует не на абсолютное значение давления, а на его изменение. Как бы то ни было, рыбаку для понимания активности рыбы желательно в преддверии рыбалки следить за атмосферным давлением, чтобы понимать, какую снасть или наживку следует использовать. В конце концов, возможно, стоит вообще остаться дома, если давление слишком высокое. Естественно, чтобы следить за изменением этого параметра, нужен измерительный инструмент – барометр.

Общие вопросы

Скорее всего, рыба действительно реагирует именно на изменение давления, но её большая активность при низком его значении обусловлена рядом факторов.

Во-первых, в умеренном климате высокое давление устанавливается несколько быстрее, чем низкое. Естественно, рыба, при резком его изменении уменьшает активность. Восстановление же с высокого значения до низкого происходит плавно, примерно в два-три раза медленнее, что более комфортно для рыб и легче ими переносится.

Во-вторых, при высоком давлении, как правило, стоит солнечная жаркая погода, что водным обитателям несколько не по душе. Наоборот, при низком, чаще наблюдаются осадки, а всем известно, что в дождь рыба особенно активна.

Покупной барометр

Барометр можно приобрести в магазине, но на рынке представлены преимущественно механические модели. Они имеют существенный недостаток – габариты. Из-за наличия в конструкции пустотелой металлической коробочки, меняющей свой объём от давления, любой подобный прибор достаточно громоздкий. Портативностью он не обладает, поэтому носить его с собой на рыбалку немного проблематично. Электронные измерители давления менее крупные, но их стоимость может быть достаточно высокой.

Существуют и портативные барометры, но их точность, вследствие малых размеров измерительного механизма, невелика, и доверять их показаниям было бы легкомысленно.

Самостоятельное изготовление барометра

Чтобы сделать измеритель атмосферного давления своими руками понадобятся следующие материалы:

любая ёмкость (главное, чтобы она была с прозрачными и твёрдыми стенками);
пластиковый или стеклянный стержень, высота которого равна высоте ёмкости, а ширина должна быть такой, чтобы он проходил в пробку для этой ёмкости;
пластилин или воск для фиксации стержня в ёмкости.

Вначале следует сделать отверстие в пробке, чтобы в него поместился стержень. Он должен доходить до дна ёмкости, а из пробки выступать на 2-3 см.

Затем в ёмкость наливают воду примерно до половины и в неё вставляют пробку со стержнем. Пробку плотно закручивают, а место соединения стержня и пробки замазывают пластилином или воском.

Как пользоваться

Уровень воды при разных состояниях атмосферы приведен на рисунке.

Если вода в стержне поднимается выше уровня воды в ёмкости – давление низкое, и, скорее всего, будет отличный клёв. Если же уровень в стержне ниже, чем в ёмкости, клевать рыба, скорее всего, не будет.

Схема барометра для измерения атмосферного давления построена с использованием датчика давления MPXHG6115. Сам датчик обеспечивает на его выходе напряжение, пропорциональное давлению воздуха. Рабочий диапазон перекрывает атмосферное давление (90 – 110 кПа) на уровне моря. Минимальное рабочее давление воздуха датчика 15 кПа, что позволяет использовать его даже в горной области. Для этого, правда, нужно пересчитать резисторы на его плате. Для атмосферного давления в районе недалеко от уровня моря диапазон выходных напряжений датчика составляет 3.625 – 4.55 вольт. В аналоговой части схемы (затененная на схеме) на выходе формируется линейное напряжение диапазона 0 – 5 В, которое находится в нормальном диапазоне микроконтроллерного АЦП. Сопоставление выполняется с помощью двух ОУ. Левая (на схеме) обеспечивает оптимальное сопротивление нагрузки для датчика (51 кОм) и инвертирует опорноео напряжение около 2.5 В. Опорное напряжение получается с помощью делителя напряжения, состоящего из двух резисторов 11.5 к (точность 1%). Правая ОУ обеспечивает необходимое масштабирование напряжения и начальную установку в 0. Рекомендуем использовать сдвоенный OPA2374.

Принципиальная схема барометра

Технические характеристики

Диапазон измерений: 700 – 800 мм Рт.ст
Напряжение питания: 5 вольт
Ток потребления: 40 мА

Датчик масштабирования и аналоговый усилитель собран на небольшой печатной плате. Он подключается к основной плате с помощью 3-х проводов. Тест схема состоит из микроконтроллера и ЖК-модуль с интерфейсом, смонтированный на ее задней стороне. Интерфейсная карта устанавливает все связи с PIC, используя только два провода и его программное обеспечение реализует упрощенную версию стандартного интерфейса I2C. Программа контроллера PIC16F84 присваивает ее ввод пин-RC3 на вход АЦП. Он просто вычисляет давление в зависимости от входного напряжения в соответствии с формулой, преобразует его в двоично-десятичный код и выдает на экран.

Точность измерения

Самое главное – подобрать точные значения для делителя напряжения (резисторы 11.5 кОм), это сопротивления R1, R2 и R3. Однако, программное обеспечение должно компенсировать некоторое рассогласование датчика давления. Все файлы для изготовления барометра можно скачать здесь.

Сделать барометр своими руками под силу каждому. Самодельные модели из еловых веток, лампочки или электронные устройства могут с достаточной точностью фиксировать изменения атмосферного давления. А для их сборки не нужны специальные инструменты и особые знания.

Меры предосторожности

Главное при изготовлении такого прибора – соблюдать технику безопасности. Работать нужно в хорошо проветриваемом помещении с постоянной температурой. Желательно использовать защитные очки и перчатки.

И главное – не бойтесь фантазировать. Тогда барометр, который вы сделаете своими руками, будет не только функциональным, но и стильным.

Конечно, точность самодельного прибора будет ниже, чем у промышленных образцов. Но ее будет достаточно для предсказывания погоды на ближайшее время.

Да и не всегда перемена давления провоцирует смену погоды, это тоже нужно учитывать.

Способы изготовления

Приборы для определения изменения давления можно собрать из самых простых материалов, которые можно найти в любом доме. Они могут пригодиться в домашних или полевых условиях, на даче или для рыбалки. Например, если давление медленно возрастает, клев будет хорошим, а если оно уже высокое или быстро растет – рыбалка не увенчается успехом.

Простейшие модели барометров можно собрать из нескольких подручных предметов.

Из лампочки накаливания

Для изготовления барометра в лампе необходимо просверлить отверстие диаметром 2-3 мм, обязательно в колбе возле стыка с ней металлического цоколя. Для того чтобы это сделать, нужно нанести каплю машинного масла на место будущего отверстия и затем развести его абразивным порошком до вязкого состояния.

Его можно взять от наждачной бумаги. Затем, прилагая минимальные усилия, сверлить стекло медной проволокой нужного диаметра.

Для сверления желательно обмотать цоколь мягким материалом, например, несколькими слоями ткани или бумаги, и аккуратно закрепить в тисках. Желательно добиться полной неподвижности, иначе при сверлении может возникнуть вибрация (особенно если патрон на дрели не очень точно центрирует сверло), и тонкое стекло может треснуть.

Или можно сверлить обычным сверлом, полностью погрузив лампу в воду. Тогда нужно крепко держать лампу руками, а работу проводить не одному. В обоих случаях применяется электродрель.

Жидкость обязательно должна быть очищенной, иначе она зацветет. Для большей наглядности вы можете добавить в нее немного марганцовки или чернил с авторучки.

Правила пользования таким барометром:

мелкими каплями покрыты стенки колбы – завтра будет облачно, но без осадков;
хорошо видны средние капли, между которыми есть сухие вертикальные промежутки – ожидается переменная облачность;
если капли крупные – будет небольшой дождь;
капли текут сверху вниз, сливаясь друг с другом – будет гроза;
капли есть только у поверхности воды, а возле цоколя сухо – осадки будут, но на расстоянии от вас;
когда стенки полностью сухие, а за окном дождь – завтра будет хорошая погода;
влажность только на северной стороне колбы – дождь будет после обеда;
стенки сухие, а дождя нет – погода будет отличной.

Если нужен более удобный прибор со стрелкой – тогда вам подойдут другие конструкции.

Из еловой ветки

Определить изменение давления можно, глядя на ветви ели и других хвойных деревьев. Перед дождем они опускаются, а перед солнечной погодой поднимаются. Такие свойства сохраняются даже у сухой ветки.

На стенку нужно приклеить шкалу, нарисованную на картоне или плотной бумаге.

Далее приготовьте ветку длиной около 10 см. Снимите с нее все иголки, за исключением одной. Далее прикрепите ее на основание так, чтобы иголка могла свободно перемещаться вдоль шкалы.

Затем прибор нужно проградуировать. Для этого на шкале при ясной солнечной погоде нанесите метку. Другую метку нужно сделать во время сильного дождя. Ну и разделите расстояние между ними на несколько равных частей и поставьте черточки. Прибор готов.

Из шишки

Не хочется отламывать ветку от дерева? Не беда, для оригинального барометра отлично подойдет крупная еловая или сосновая шишка. Принцип действия основан на том, что она может открываться в ясную погоду и закрываться перед дождем.

Основа ничем не отличается от предыдущей конструкции. Вместо ветки на нижнюю грань крепится шишка, к одной из чешуек которой нужно приклеить картонную или бумажную стрелку. Конструкция основания и способ градуировки аналогичны варианту из ветки.

Из бутылки или стеклянной банки

Когда рядом нет леса, хороший барометр можно сделать из большой стеклянной бутылки или банки. Пластиковая тара не подойдет, так как она не обладает достаточной жесткостью. К выбранной емкости нужно найти деревянную или резиновую пробку, которая плотно ее закрывает.

Для начала сделайте в пробке отверстие и вставьте в нее стеклянную трубку, которая должна доходить почти до дна. Ее диаметр должен быть достаточно большим, чтобы при перепадах давления через нее не выливалась вода.

Подойдет и прозрачная пластиковая соломинка, но результат будет хуже. Крепить ее можно герметиком, пластилином, скотчем или термоклеем. Главная задача – обеспечить герметичность так, чтобы воздух не мог попасть в бутылку через стыки.

Далее следует залить подкрашенную воду на 2/3 бутылки. Затем откорректируйте давление воздуха внутри прибора, если уровень воды не дошел до середины трубки. Делать это надо, когда атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. Для этого нужно вдуть воздух через трубку или, для большей точности, использовать шприц с иголкой.

После этого проградуируйте прибор, сверившись с заводской моделью или по прогнозу погоды. Общее правило – при повышении давления уровень жидкости в трубке падает, и погода будет солнечной.

Иногда вода из соломинки может выливаться. В этом случае давление атмосферы низкое, а внутри прибора – высокое. Значит, нужно выпустить лишний воздух. Когда из нее выделяются пузырьки, то давление воздуха внутри необходимо повысить. А если попеременно наблюдаются оба этих явления, уменьшите количество воды либо найдите более широкую трубку.

Из жестяной масленки

Это более компактный вариант, по принципу действия аналогичный устройству из бутылки. Точность его измерения ниже.

Прибор состоит из масленки, пробки и стеклянной трубки. Для изготовления проделайте в пробке отверстие и вставьте в него трубку. После этого заполните масленку подкрашенной водой и закройте пробкой. Промажьте все стыки герметиком или термоклеем, для уплотнения можете даже использовать резину с детского надувного шарика.

Вообще, подобную конструкцию можно соорудить и из медицинских шприцев. Но подойдут для этого только стеклянные, которые сложно найти. Точность измерения у таких устройств будет еще ниже.

Можно ли сделать электронный барометр?

Можно, при этом сборка не отличается сложностью, с ней справится даже начинающий радиолюбитель. Компоненты для его изготовления можно купить на любом радиорынке. Такие устройства обладают большей точностью измерения и удобством использования, стильным дизайном и компактными размерами.

Датчиком нашего прибора служит пластина из кремния, которая работает как тензометр.

Для регистрации изменений атмосферного давления можно использовать точный вольтметр или, как в нашем случае, несколько светодиодов разного цвета.

На рисунке показана принципиальная схема прибора.

Для усиления сигнала тензометра в схеме используется дифференциальный усилитель, состоящий из двух операционных усилителей DA2.1 и DA2.2 в корпусе (LM 324). Для точной их работы предусмотрен переменный резистор R4. Выходное напряжение усилителя составляет около 1 V.

Для удобства список деталей и их характеристики сведены в таблицу.

Самое сложное для изготовления – печатная плата. Она выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Ее схема представлена ниже.

В качестве индикатора выступает дискриминатор модели LM 3914, который состоит из 10 компараторов.

Для настройки прибора при известном атмосферном давлении медленно покрутите движок резистора R6 так, чтобы при нажатой клавише питания светились средние светодиоды HL5 и HL6. Это будет соответствовать средней точке отсчета.

При повышении атмосферного давления загорятся диоды от HL7 до HL10, при этом чем больше разница, тем больше диодов светится. При его снижении начнут светиться диоды с HL4 до HL1.

Для увеличения наглядности блоки диодов HL1 – HL4, HL5 – HL6, и HL7 – HL10 можно сделать разноцветными. Для корпуса можно использовать распределительную коробку, при этом ее необязательно делать герметичной.

Как работает самодельный барометр

Для предсказания погоды используется закрытое стеклом лампочки пространство с небольшим отверстием вверху. В эту емкость залита чистая вода. На нее воздействуют:

атмосферное давление через прорезь в стекле;
влажность воздуха;
температура окружающей среды.

Под комплексным действием этих факторов происходит испарение поверхностного слоя с конденсацией паров внутри стеклянного баллона лампочки без выхода через отверстие. По характеру образовавшегося конденсата, его форме и плотности, судят о предстоящей погоде, предсказывают состояние атмосферы на ближайшие 12÷24 часа или чуть дольше.

Необходимые инструменты

В обязательном порядке потребуется:

перегоревшая или целая лампа накаливания;
защитные перчатки;
надфиль или электрическая дрель с алмазным сверлом;
один кристаллик марганцовки либо обломок от грифеля из химического карандаша — не всегда.

Для изготовления крепления барометра потребуется электрический паяльник или клей с подставкой.

Технология изготовления

На руки надевают защитные перчатки. Они будут предохранять кожу от порезов и попадания мелких осколков стекла. Лампочка хрупкая, под случайным излишнем усилии она может развалиться на мелкие осколки. Работать с ней следует очень аккуратно.

В верхней части колбы около цоколя необходимо сделать сквозное отверстие с поперечным сечением от одного до нескольких мм кв, не больше. Оно будет сообщать внутреннюю полость баллона с атмосферным воздухом.

Способы создания отверстия

Работа надфилем

Боковой гранью режущей кромки осторожно прорезают отверстие в стекле колбы.

Величину усилия необходимо контролировать: очень легко проточить большую щель или повредить хрупкое стекло. Работу выполняйте над емкостью, в которую будут падать стеклянные опилки. Это обезопасит уборку рабочего места.

Сверление отверстия в стекле

Этот метод позволяет сделать строго калиброванное отверстие круглой формы. Однако он требует практических навыков обработки стекол сверлами мелких диаметров. Работать можно дрелью или шуруповертом.

Обычное сверло для обработки металла должно быть хорошо заточено, а место сверления отмечено и очищено. Лампочку необходимо надежно зафиксировать, а дрель использовать на средних оборотах и постепенно снижать их величину. Отклонение сверла от вертикали, как и нажим, не допускается. Даже при выполнении этих требований высока вероятность повреждения колбы.

Поэтому для сверления отверстия подбирают специальные сверла с алмазным напылением наконечника. Работают ими очень осторожно.

Наполнение колбы водой

Внутрь лампочки через прорезанное отверстие необходимо налить чистой отстоявшейся или лучше кипяченной воды чуть меньше трети ее внутреннего объема.

Самодельный барометр из лампочки в принципе готов к эксплуатации. Но для удобства использования его можно:

подкрасить воду прибора, например, раствором марганцовки. Конденсат станет лучше виден;
снабдить устройством подвешивания или подставкой.

О креплении самодельного барометра

Крепежный узел прибора изготавливают для эксплуатации в одном из двух вариантах:

подвешивании на ручку или крючок;
стационарной установке на подоконнике.

Петля для подвешивания

Используют отрезок медной проволоки, сгибают его петлей, а свободные концы впаивают внутрь контакта цоколя.

Остается подвесить самодельный барометр на подготовленный крючок или ручку.

Подставка

Можно использовать подходящий по диаметру колпачок от бутылочки с косметикой или моющих средств.

В него вклеивают лампочку либо ее крепят другим доступным способом, например, на пластилин или замазку. Такую самодельную конструкцию прибора удобно ставить на подоконник в любом свободном месте.

Главное условие безопасности — ограничить доступ к прибору малолетних детей и домашних животных, которые могут легко опрокинуть или разбить стеклянную колбу.

Как расшифровать информацию и пользоваться прибором

Наблюдение за конденсатом

Анализировать состояние влажности в колбе, предсказывать по ней погоду поможет следующая таблица.

Состояние конденсата	Прогноз погоды
Образование мелких капель конденсата на внутренних стенках колбы.	Предстоит облачный день. Осадки не предвидятся.
Средней величины капли конденсата держатся на стенках. Между ними хорошо видны сухие полосы, расположенные по вертикали.	Предсказывается переменная облачность.
На стенках колбы держатся капли конденсата большой величины.	Ожидается кратковременная дождливая погода.
Крупные капли конденсата стекают со стенок.	Предстоит дождь с грозой.
Верхняя половина колбы барометра сухая, а снизу около воды собрались крупные капли конденсата.	Дождевой фронт пройдет на удалении, не затронув нашу территорию.
Стенки лампочки сухие, а на улице идет дождь.	Назавтра ждем смену погоды с хорошим солнечным небом.
Влажные капли конденсата сконцентрировались на северной стенке барометра.	После обеда ожидаются осадки.

Эту таблицу можно распечатать на принтере и разместить поблизости от самодельного прибора. Помнить все эти сведения не обязательно. Дети же, когда будут вовлечены в игру по метеорологии, очень быстро станут держать всю информацию в уме.

Особенности эксплуатации

Пользоваться самодельным барометром придется только в отапливаемом помещении. При отрицательной температуре вода и конденсат просто замерзнут. Располагают его на окне либо подоконнике. Желательно, чтобы оно было установлено с северной стороны здания. Считается, что так обеспечиваются более точные показания.

Объяснить это можно только тем, что такое окно меньше подвергается нагреву солнечными лучами, работает в более холодной части дома, точнее моделирует состояние погоды на улице.

О точности показаний

Наш организм, как и все живое, реагирует на изменения погоды. Особенное влияние на него оказывают давление и влажность воздуха. Поскольку они сменяются не мгновенно, а постепенно, то возникает возможность ее прогнозирования.

Для их отслеживания метеорологи используют:

Мы же значительно искажаем все эти процессы.

Это довольно упрощенное представление о прогнозе метеорологических событий, но даже этот уровень наш самодельный прибор не сможет полностью охватить:

атмосферное давление в колбе немного изменяется при прохождении через строительные конструкции и отверстия;
на показаниях сказываются условия влажной среды комнаты, которые созданы системой вентиляции, слоями паропроницаемости, гидроизоляции и пароизоляции.

К тому же в последнее время в быту стали массово использоваться мойки воздуха. А они тоже регулируют влажность в помещениях, влияют на работу самодельного барометра.

Однако даже с учетом этих условий в летнее время можно уверенно предсказывать поведение погоды с точностью до 70%. Зимой, благодаря действию отопления, этот показатель снижается, но не критично.

Во всяком случае, его всегда можно сравнить с профессиональными расчетами метеорологических программ, выложенных в интернете, использовать для привития детям наблюдательности, развития склонности к анализу сложных природных явлений.

Этим не стоит пренебрегать, ведь изготовление самодельного барометра не составляет труда, занимает порядка десятка минут. Дети оценят вашу работу, получив обучающую игрушку-базу в виде развивающей внимание домашней метеостанции.

Если у вас остались вопросы, то можете задать их в комментариях. Сейчас вам удобно поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.

Читайте также: