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根据温度、气压计算海拔高度

轻风博客 2023-03-28 原文

基本概念

标准大气压：表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。由于各国所用的重量和长度单位不同，因而气压单位也不统一，这不便于对全球的气压进行比较分析。因此，国际上统一规定用"百帕"作为气压单位。
经过换算：一个标准大气压=1.013×105帕。
1个标准大气压=760mm水银(汞柱）柱高。

海拔（Elevation），是指地面某个地点高出海平面的垂直距离。是某地与海平面的高度差，通常以平均海平面做标准来计算。海拔的起点叫海拔零点或水准零点，是某一滨海地点的平均海水面。它是根据当地测潮站的多年记录，把海水面的位置加以平均而得出的。

大气压与海拔高度的关系是：高度增加，大气压减小；在3000M范围内，每升高12M，大气压减小1mmHg，大约133Pa。
大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强，简称大气压或气压。 1654年格里克在德国马德堡作了著名的马德堡半球实验，有力地证明了大气压强的存在，这让人们对大气压有了深刻的认识。然而早在1643年，意大利科学家托里拆利就在一根1米长的细玻璃管中注满水银（汞）倒置在盛有水银的水槽中，发现玻璃管中的水银大约下降到760毫米高度后就不再下降了。这760毫米刻度之上的空间无空气进入，是真空。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱产生的压强，这就是著名的托里拆利实验。标准大气压为：1.013×10^5Pa（帕斯卡），等于760mmhg（毫米汞（水银）柱）

 

显而易见的是可以通过大气压推算海拔高度，有趣的是，这个简单的内容居然在国内的网站上很难搜索。有英文资料，链接在此。闲话不说，请看公式

1. hypsometr ic 公式

 

        /// <summary>
        /// Hypsometric算法计算海拔高度
        /// </summary>
        /// <param name="CurrentPressure">当前大气压</param>
        /// <param name="CurrentTemperature">当前温度</param>
        /// <returns></returns>
        public decimal Hypsometric(decimal CurrentPressure,decimal CurrentTemperature)
        {
            return (decimal)(Math.Pow(Convert.ToDouble(101.325M / CurrentPressure), Convert.ToDouble(1 / 5.257M)) - 1) * (CurrentTemperature + 273.15M) / 0.0065M;
        }

 

 

2. barometric 公式

        /// <summary>
        /// Barometric 算法计算海拔高度
        /// </summary>
        /// <param name="CurrentPressure">当前大气压</param>
        /// <returns></returns>
        public decimal Barometric(decimal CurrentPressure)
        {
            return 44330 * (1 - (decimal)Math.Pow(Convert.ToDouble(CurrentPressure / 101.325M), Convert.ToDouble(1 / 5.255M)));
        }

 

3. 测试

使用MS5611读取数据，大约1分钟，数据绘图如下：

 

 

两者大约相差15米，两者走势几乎重合。经过计算，蓝色线（不使用温度）的方差为 0.6437，橙色线（使用温度）的方差为 0.6828。

 

参考资料:

https://physics.stackexchange.com/questions/333475/how-to-calculate-altitude-from-current-temperature-and-pressure

https://keisan.casio.com/exec/system/1224585971

— 完 —

根据温度span128color.NET技术

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