開啟主選單
圖示展示了一個具有三根指針的靈敏航空高度計顯示當前高度為10,180英尺

高度計是用來測量物體水平高度,即海拔的工具。高度的測量被稱為測高,與測深,即測量水下深度類似。

目錄

氣壓高度計編輯

 
裝載於消費類電子產品內的數字氣壓計,可用於測量海拔高度

海 拔高度可通過測量大氣壓得到。當一隻氣壓表被標上與海拔高度的氣壓一致的非線性刻度時,這個氣壓表即可被稱爲氣壓高度計或大氣高度計。氣壓高度計是在飛機 上最常見的高度計,而跳傘玩家也常使用綁在腰上的氣壓高度計來做類似用途。登山者常用繫在手腕上或手持式的高度計以幫助他們使用地圖、指南針或GPS定 位。

氣壓高度計的校準可以使用以下公式進行:

 [1]

此時 c 為常數, T 為絕對溫度, P 為在高度 z 處的氣壓,而 P0 為在海平面處的大氣壓。常數 c 與重力加速度和空氣的摩爾質量相關。

但是,由於氣壓高度計基於「密度高度」,而所指示的數值可以在受到類似冷鋒面氣流衝擊等而發生瞬時氣壓改變時輕易產生數百英尺的誤差。[2]

在登山運動上的應用編輯

一 隻氣壓高度計在與等高線地圖共同使用時可以幫助確認當前的地理位置。通常情況下,氣壓高度計在用於測量海拔時,比起GPS高度計要更加可靠並且準確,因為 GPS高度計在例如峽谷底部等地可能不可用,或在例如所有可用衛星都在地平線附近時給出具有極大誤差的數據。而由於大氣壓會隨著天氣的變化而變化,因此登 山者需要每到一個已知的高度時,例如到達路線交叉點或於等高線地圖上標明的峰頂時就重新校準氣壓高度計。

在飛機上的應用編輯

 
鼓形機載高度計簡圖,在左下角和右下角可見科爾斯曼窗口

在飛機上,一個無液氣壓計通過機身外部的皮氏靜壓系統測量大氣壓。大氣壓會隨著高度的提升而下降,其關係在海平面附近約為每提高800米,大氣壓下降100百帕,或者每上升1000英呎,大氣壓下降1in-Hg(1英吋水銀柱)。

飛機上的無液氣壓計是經過校準以直接將大氣壓海拔高度的方式顯示出來的,其數值轉化公式與由國際標準大氣(ISA)定義的一個數學模型一致。舊的飛機使用一個簡單的,只有一根指針的無液氣壓計來 指示高度,之後發展爲一個類似鐘面的,具有一根主指針和一根或更多副指針的無液氣壓計,每一根指針指示當前海拔高度的一位數字。但是由於這種指針設計極易導致飛行員在壓力下誤讀當前海拔高度而被淘汰。取而代之的是鼓形高度計,最後一個採用模擬儀表盤的高度計。鼓形高度計中的一根指針每轉一圈指示1000英 呎,而千位數及以上則直接顯示於一個里程錶式的鼓形錶盤上面。此時飛行員需要先讀鼓上顯示的千位數,再讀針指示的百位數。目前現代飛機上的模擬高度計均爲鼓形錶盤設計。高度計的最新版本則是在電子飛行儀表系統中的數字海拔顯示器。這項技術緩慢地滲透入民航和軍機中,而現在已經成爲了通用航空飛機的一項標準。

現代飛機使用一種被稱爲「靈敏高度計」的高度計。在此類高度計中,海平面參考大氣壓可以使用一個設置旋鈕來調節。海平面參考大氣壓在加拿大與美國使用毫米汞柱爲單位,在其他地方使用百帕斯卡(毫)做單位,並且在高度計下方的科爾斯曼窗口中顯示。[3]這種設計是極爲必要的,因爲海平面參考大氣壓是會隨時隨著時間、溫度和氣壓系統在大氣中的移動而改變的。

 
敏感機載氣壓計的內部構造示意圖

在航空術語中,當地海平面氣壓被稱爲「QNH」或「高度計設定值」,而另一個可以被用於校正高度計至一個特定的機場的氣壓值則被稱爲QFE。但是高度計卻無法根據氣溫的變化而校準。溫度的變化將如同ISA模型所描述的那樣導致飛機的高度計出現誤差。

在地面效應車輛中的使用編輯

廣泛的研究和實驗證明相對於雷射、各向同性或超聲波測高計,「相無線電測高計」最適合地面效應車輛。[4]

聲波高度計編輯

1931年,美國陸軍航空隊和奇異測試了一款為飛機設計的聲波高度計,在雨天或者霧天這款測高儀有著明顯高於空氣壓力高度計的精確度。這款聲波高度計採用了類似蝙蝠的高頻聲波來衡量飛機與地面的距離,並轉換成以英尺表示的數值顯示在飛機上的一個儀錶盤里。[5]

雷達高度計編輯

雷達高度計測量高度的方法更加直接:通過計算一個無線電訊號從地面反射回來的時間來判斷高度。現在雷達高度計一般用於商用或軍用飛機降落時的高度測量和警告飛行員高度過低或者前方有上升地形。後者通常用於一些低空飛行的戰鬥機。

全球定位系統編輯

全球定位系統接收器可以通過與四個或更多的衛星進行三邊測量來判斷高度。但在飛機上,如果不使用一些方法來提高精確度,全球定位系統本身的精確度並無法取代壓力測高儀。在 徒步旅行或者登山時,我們經常可以發現全球定位系統測量的高度誤差可以達到1000米以上。當所有可用的衛星都接近地平線時全球定位系統也會無法使用。

其他用途編輯

高度計對於一些越野車來說是一個可以幫助導航定位的可選的組件。同時,一些高級轎車,例如19世紀30年代的達森伯格,也裝有氣壓計,即使他們並無意離開柏油路面。

登山運動員跳傘運動員也會使用手持式高度計或在手腕上的高度計以確認當前高度。

參見編輯

參考資料編輯

  1. ^ http://www.hills-database.co.uk/altim.html
  2. ^ "How Aircraft Instruments Work." Popular Science, March 1944, p. 118.
  3. ^ http://www.stolaf.edu/people/hansonr/soaring/altimetr.htm
  4. ^ Nebylov, Prof. Alexander and Sharan Sukrit. "Comparative Analysis Of Design Variants For Low Altitude Flight Parameters Measuring System". 17th IFAC Symposium for Automatic Control.
  5. ^ "Meter Gives Elevation", Popular Science, March 1931

外部連結編輯