高度计
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高度计是用来测量物体水平高度，即海拔的工具。高度的测量被称为测高，与测深，即测量水下深度类似。
气压高度计[编辑]
海 拔高度可通过测量大气压得到。当一只气压表被标上与海拔高度的气压一致的非线性刻度时，这个气压表即可被称为气压高度计或大气高度计。气压高度计是在飞机 上最常见的高度计，而跳伞玩家也常使用绑在腰上的气压高度计来做类似用途。登山者常用系在手腕上或手持式的高度计以帮助他们使用地图、指南针或GPS定位。
气压高度计的校准可以使用以下公式进行：
此时 c 为常数， T 为绝对温度， P 为在高度 z 处的气压，而 P0 为在海平面处的大气压。常数 c 与重力加速度和空气的摩尔质量相关。
但是，由于气压高度计基于“密度高度”，而所指示的数值可以在受到类似冷锋面气流冲击等而发生瞬时气压改变时轻易产生数百英尺的误差。[2]
在登山运动上的应用[编辑]
一 只气压高度计在与等高线地图共同使用时可以帮助确认当前的地理位置。通常情况下，气压高度计在用于测量海拔时，比起GPS高度计要更加可靠并且准确，因为 GPS高度计在例如峡谷底部等地可能不可用，或在例如所有可用卫星都在地平线附近时给出具有极大误差的数据。而由于大气压会随著天气的变化而变化，因此登 山者需要每到一个已知的高度时，例如到达路线交叉点或于等高线地图上标明的峰顶时就重新校准气压高度计。
在飞机上的应用[编辑]
在飞机上，一个无液气压计通过机身外部的全静压系统测量大气压。大气压会随着高度的提升而下降，其关系在海平面附近约为每提高800米，大气压下降100百帕，或者每上升1000英呎，大气压下降1in-Hg（1英吋水银柱）。
飞机上的无液气压计是经过校准以直接将大气压以海拔高度的方式显示出来的，其数值转化公式与由国际标准大气（ISA）定义的一个数学模型一致。旧的飞机使用一个简单的，只有一根指针的无液气压计来 指示高度，之后发展为一个类似钟面的，具有一根主指针和一根或更多副指针的无液气压计，每一根指针指示当前海拔高度的一位数字。但是由于这种指针设计极易导致飞行员在压力下误读当前海拔高度而被淘汰。取而代之的是鼓形高度计，最后一个采用模拟仪表盘的高度计。鼓形高度计中的一根指针每转一圈指示1000英 呎，而千位数及以上则直接显示于一个里程表式的鼓形表盘上面。此时飞行员需要先读鼓上显示的千位数，再读针指示的百位数。目前现代飞机上的模拟高度计均为鼓形表盘设计。高度计的最新版本则是在电子飞行仪表系统中的数字海拔显示器。这项技术缓慢地渗透入民航和军机中，而现在已经成为了通用航空飞机的一项标准。
现代飞机使用一种被称为“灵敏高度计”的高度计。在此类高度计中，海平面参考大气压可以使用一个设置旋钮来调节。海平面参考大气压在加拿大与美国使用毫米汞柱为单位，在其他地方使用百帕斯卡（毫巴）做单位，并且在高度计下方的科尔斯曼窗口中显示。[3]这种设计是极为必要的，因为海平面参考大气压是会随时随着时间、温度和气压系统在大气中的移动而改变的。
在航空术语中，当地海平面气压被称为“QFE”或“高度计设定值”，而另一个可以被用于校正高度计至一个特定的机场的气压值则被称为QNH,QNE。但是高度计却无法根据气温的变化而校准。温度的变化将如同ISA模型所描述的那样导致飞机的高度计出现误差。
在地面效应车辆中的使用[编辑]
广泛的研究和实验证明相对于激光、各向同性或超声波测高计，“相无线电测高计”最适合地面效应车辆。[4]
声波高度计[编辑]
1931年,美国陆军航空队和通用电气测试了一款为飞机设计的声波高度计，在雨天或者雾天这款测高仪有着明显高于空气压力高度计的精确度。这款声波高度计采用了类似蝙蝠的高频声波来衡量飞机与地面的距离，并转换成以英尺表示的数值显示在飞机上的一个仪表盘里。[5]
雷达高度计[编辑]
雷达高度计测量高度的方法更加直接：通过计算一个无线电讯号从地面反射回来的时间来判断高度。现在雷达高度计一般用于商用或军用飞机降落时的高度测量和警告飞行员高度过低或者前方有上升地形。后者通常用于一些低空飞行的战斗机。
全球定位系统[编辑]
全球定位系统接收器可以通过与四个或更多的卫星进行三边测量来判断高度。但在飞机上，如果不使用一些方法来提高精确度，全球定位系统本身的精确度并无法取代压力测高仪。在 徒步旅行或者登山时，我们经常可以发现全球定位系统测量的高度误差可以达到1000米以上。当所有可用的卫星都接近地平线时全球定位系统也会无法使用。
其他用途[编辑]
高度计对于一些越野车来说是一个可以帮助导航定位的可选的组件。同时，一些高级轿车，例如19世纪30年代的达森伯格，也装有气压计，即使他们并无意离开柏油路面。
登山运动员与跳伞运动员也会使用手持式高度计或在手腕上的高度计以确认当前高度。
参见[编辑]
- 飞行的缩写和简称
- 飞行仪表
- 飞行高度
- seasat, TOPEX/Poseidon 均为装有极精准高度计的卫星
- 联合航空389号班机空难：由于飞行员误读高度计导致的事故
- 土耳其航空1951号班机空难：由于一个损坏的雷达高度计导致的事故
- Jason-1、Ocean Surface Topography Mission/Jason-2均为现役海平面高度测量卫星
参考资料[编辑]
- ^ 存档副本. [2013-08-31]. （原始内容存档于2017-10-25）.
- ^ "How Aircraft Instruments Work." （页面存档备份，存于互联网档案馆） Popular Science, March 1944, p. 118.
- ^ 存档副本. [2013-08-31]. （原始内容存档于2006-06-25）.
- ^ Nebylov, Prof. Alexander and Sharan Sukrit. "Comparative Analysis Of Design Variants For Low Altitude Flight Parameters Measuring System". 17th IFAC Symposium for Automatic Control.
- ^ "Meter Gives Elevation" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Popular Science, March 1931
外部链接[编辑]
- MS5561C Micro Altimeter for GPS, 1m resolution （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- History of the Kollsman altimeter
- A Flash 8 based simulator for altimeter errors caused by variations in temperature and pressure （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- The use of altimeters in height measurement （页面存档备份，存于互联网档案馆） – for hillwalkers
- Compact digital pressure sensor for altimeters
- Early use of barometers on surveys （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- The altimeter and the types of altitude （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Evolution of the Modern Altimeter – Flight archive （页面存档备份，存于互联网档案馆）
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