Høydemåler

En høydemåler (eng. Altimeter) er et instrument som måler høyde i forhold til havnivå eller et annet referansepunkt. Også kan en høydemåler vise en høyde over bakkeoverflate. I et luftfartøy er høydemåler en et viktig instrument og er en av basisinstrumenter. En høydemåler er bygd på samme prinsipp som en aneroid barometer (et barometer som ikke inneholder væske).

Historie og utvikling

Historien til en barometrisk høydemåler begynner med oppfinnelsen av kvikksølvbarometer som var første apparat for måling av trykk. I 1643 italiensk fysiker Evangelista Torricelli, Galileos elev, fylte en tube med kvikksølv. Den ene enden av den tuben var lukket; den andre enden som var åpen ble snudd opp ned og satt inn i en kopp som inneholdt kvikksølv. Fordi atmosfære utøvde trykk på kvikksølvet i koppen, forble ca. 30 tommer kvikksølv igjen i tuben.

Etter at Torricelli gjennomførte denne eksperiment for å påvise at atmosfære utøvde en vesentlig trykk, andre spekulerte på om det var mulig å bruke denne til å vise trykkforskjell mellom havnivå og fjelltopp. Siden luft blir tynnere ved økende høyde, kvikksølvnivå i barometeret skulle falle ned ettersom lavere trykk påvirket koppens innhold. En gang i 1648, en fransk matematiker og fysikker Blaise Pascal sa at barometer kommer til å bli brukt til måling av høyde. Instrumentets første bruk i luftfart var i 1783 da en fransk ballongfører Jacques Charles tok til værs.

Flymaskiner bruker en annen type barometer som kalles aneroid høydemåler. Denne typen ikke trenger noe væske for å vise høyden. Faktisk, samme som aneroid barometer ble oppfunnet i 1843 av Lucius Vidi. Den registrerer kraften på trykk ved hjelp av en lufttett kammer, hvor en del av luft har blitt fjernet. Overflaten til dette kammeret svulmer eller trekker seg sammen idet lufttrykket på utsiden av kammeret forandrer seg. Kammerets bevegelse blir indikert ved hjelp av en nål som er koblet til boksen gjennom en mekanisme som består av en lenke, vektstang og fjær. Senere ble den videreutviklet av en fransk forsker Louis Paul Cailletet.

En høydemåler som er installert i Kjeller F.F.9 Kaje I". Høydemåler har 2 skalaer. Legg merke til at høyden presenteres i meter.

I 1928 en tysk oppfinner Paul Kollsman endret luftfartsverden med oppfinnelsen av verdens første presise barometriske høydemåleren. Denne høydemåleren kunne justeres med hensyn til forandringer i atmosfæretrykk. Derfor ofte indikasjonsvindu som viser den innstilte lokale atmosfæretrykket blir kalt for ”Kollsman window”. På samme tidspunkt landingskrav startet en tendens til viserens indikasjon som skulle være 1000 fot per omdreining. Dette fulgte til utvikling av en høydemåler som hadde tre visere med en operasjonsområde fra 0 til 35,000 fot som ble introdusert i 1935. Denne modellen var i bruk de neste 20 årene. I løpet av denne tiden ble mekanismen modernisert flere ganger for økning av operasjonsområde til 60,000 fot, og i noen tilfeller opp til 80,000 fot. Selv om denne modellen ble forbedret stadig, mulighet til feilavlesning var stor på grunn av flere visere på skalaen. Samtidig økning i operasjonsområde spilte på høydemålerens nøyaktighet på grunn av store direkte mekaniske belastninger på sensitiv element (aneroid).

En høydemåler av den moderne typen med et telleverk.

I 1958 Smiths Industries utviklet en høydemåler med servomekanisme. En elektriskdrevet servo drevet instrumentet. Dette resulterte betydelig økning i høydemålerens nøyaktighet, presisjon og mulighet til utvidelsen av operasjonsområde opp til 100,000 fot. Samtidig medførte dette mulighet til bruk av femsifret telleverk, som gjorde avlesning mye lettere.

I 1924 en amerikansk elektroingeniør Lloyd Espenschield oppfant en radiohøydemåler som ble først demonstrert til offentlighet i 1938.

Typer av høydemålere

Høydemålere finnes av fire forskjellige typer:

• Barometriske høydemålere – basert på et aneroid barometer.

• RADAR høydemålere – benytter elektromagnetiske bølger for beregning av høyde.

• Satellitt høydemålere – bruker GPS teknologi for kalkulering av høyde.

• γ-stråling høydemålere – Virkemåten kan sammenlignes med RADAR høydemåler, forskjell er at det er reflektert fotonstråling av en radioaktiv isotop (som oftest Co-60) som blir benyttet til utregning av høyden. Denne typen av høydemålere er ganske presise og blir veldig lite påvirket av elektromagnetisk støy. Slike høydemålere brukes som regel i landingssystemer på romfartøy.

Virkemåte og oppbygning av en barometerisk høydemåler

En barometrisk høydemåler består av følgende hoveddeler:

• Beholder
• Sensitiv element (aneroid)
• Tilkoblingspunkt
• Tannhjulmekanismen
• Visere
• Høydeskala
• Indikasjonsvindu(Kollsman window) med trykkskala
• Justeringsknott

En barometrisk høydemåler er koblet til flyets statisk system via et tilkoblingspunkt som finnes på baksiden av dennes beholder. Dette tilkoblingspunktet er ikke koblet til det sensitive elementet, men kun gjør jobben som en ventil for å tillate det statiske atmosfæreiske trykket komme inn i og ut av beholderen i det luftfartøyet stiger til værs eller stiger ned. Den barometriske høydemåleren benytter en stabel av aneroide kapsler som sensitiv element. En aneroid kapsel er en diskformet metallkapsel som utvider seg eller trekker seg sammen, avhengig av endringer i atmosfærisk trykk rundt denne. I det luftfartøyet stiger i høyden, kommer luften ut av beholderen grunnet det synkende ytre atmosfæreiske trykket. Dette gjør lufttett aneroid til å utvide seg, som resulterer viserens bevegelse oppover skalaen. Etter hvert som luftfartøy stiger ned, kommer luften inn i beholderen på grunn av det økende ytre atmosfæriske trykket. Dette medfører at det sensitive elementet trekker seg sammen som resulterer viserens bevegelse motsatt vei, i denne tilfelle nedover skalaen.

Avvik og målingsfeil

Hvor raskt atmosfærisk trykk synker ved økende høyde varierer fra tid til annen og fra plass til plass. Enkle barometriske høydemålere kan ikke henge i lag med dette fordi disse har blitt kalibrert etter standardatmosfære hvor den nøyeregnende høyden over havet alltid samsvarer med det bestemte trykket. Hvilken som helst variasjon i atmosfæren fra den standardatmosfæren forholdet vil forårsake feilindikasjon på flyets høydemåler.

Jordets atmosfære består av mange forskjellige gasser (eller luft som vi kaller det) som er bundet fast til Jorden ved hjelp av gravitasjon. Standardatmosfære er en abstrakt verdi som ikke eksisterer konstant, siden blanding av gasser som danner luft har kontinuerlig endret verdier av trykk, temperatur, massetetthet (densitet) og fuktighet.

Derfor er dette nødvendig å ha en standard, om den skulle eksistere bare i teori, som vi kunne sammenligne den aktuelle atmosfære i vår nærhet. Denne standarden er den Internasjonale standardatmosfære (eng. International Standard Atmosphere; int. forkortelse: ISA).

Innstilling av en barometrisk høydemåler

De fleste høydemålere som finnes i dag er utrustet med et indikasjonsvindu (Kollsman window) hvor man finner en trykkskala som gir piloten en mulighet til å justere flyets høydemåler mot variasjon i atmosfærisk trykk.

I Europa brukers det en trykkskala som er målt i hektopaskal (hPa), eller millibar (mbar), mens i USA bruker man å måle trykk i tommerkvikksølv (inHg).

Ved hjelp av å stille høydemåleren slik at den viser høyden som er lik 0 mens flyet står på bakken, kan man finne lokal atmosfærisk trykk.

QNH

Q-kode er navnet til høydemålerens trykkskalastilling som gir oss QNH-høyde (dvs. trykknivå over havet i en aktuell atmosfære). QNH er atmosfærisk trykk tilsvarende trykket ved havnivå på en aktuell tid og sted.

Den offisielle høyden til en enkel flyplass er den høyeste plass på landingsområde på denne flyplassen. Siden de fleste flyplassene har relativt jevnt nivå, piloten har en mulighet til å kontrollere sin høydemåler mens han takser før ”take-off”. Med QNH innstilling på trykkskalaen, høydemåler skal indikere flyplassens forhøyning i terrenget.

QFE

QFE er atmosfærisk trykk over flyplassnivå. Hvis piloten velger QFE innsetting, vil da høydemåleren indikere høyden over en aktuell flyplass. For eksempel hvis en høydemåler som har QFE innstilling viser oss 1000 fot, betyr dette at høyden mellom flyet og rullebanen til den aktuelle flyplassen er 1000 fot, uansett om flyplassens forhøyning over havnivå.

I luftfart brukes QFE i forbindelse med landingsrunder. Denne indikasjonen har veldig lite betydning når flyet med slik innsetting befinner seg langt i fra flyplassen hvor QFE innstillingen ble foretatt. På bakken skal høydemåleren med QFE innstilling vise 0 fot (± 50 fot).

Høydetyper som brukes i luftfart

Vanligvis er dette fem slags høyder som piloter er interessert i:

• Indikert høyde (eng. Indicated altitude)

Indikert høyde er høyden som vises på flyets høydemåler (ukorrigert for temperatur) over havnivå, mens høydemåleren er stilt inn for lokal atmosfærisk trykk.

• Lufttrykk i bestemt høydeskikt (eng. Pressure altitude)

Trykkhøyde er en høydedifferanse mellom indikert høyde og høyden som om høydemåleren skulle være stilt til standardatmosfære som er 1013 hPa eller 29.92 inHg. Denne differansen er brukt for beregning av sann flyhastighet (eng. True airspeed), høydetrykk, sann høyde, osv.

• Høydetrykk (eng. Density altitude)

Høydetrykk er lufttrykk i bestemt høydeskikt som er korrigert for unormale temperaturvariasjoner. En flymaskin vil ha samme ytelseskarakteristikk som om den ville befinne seg i standardatmosfære ved denne høyden. Høydetrykk er direkte relatert til flymaskinens yteevne, og data i mange tabelldiagrammer tar utgangspunkt i høydetrykk.

• Sann høyde (eng. True altitude)

Sann høyde er den eksakte distanse over havnivå. Alle faste objekter som fjell, radioantenner og tårn på en navigasjonskort er gitt i sann høyde.

• Absolutt høyde (eng. Absolute altitude)

Men den absolutte høyden menes det en høyde over terrenget til et luftfartøy, om terrenget skulle være et hav eller jordoverflate.