Какое давление принято за единицу давления в системе

Основные понятия и определения давления

ПОНЯТИЕ ДАВЛЕНИЯ:

Давление — это физическая величина, характеризующая интенсивность механического воздействия среды на поверхность тела в направлении, перпендикулярном к этой поверхности. Давление численно равно отношению усредненной перпендикулярной составляющей силы к величине поверхности:

где P — давление;

Fn — усредненная перпендикулярная составляющая силы;

S — площадь поверхности, где эта сила действует.

Физический смысл давления не сводится только к механической нагрузке, которую оказывает жидкость или газ на стенки трубопровода или резервуара. Давление является одной из ключевых теплотехнических величин и определяет:

• скорость и направление движения жидких и газообразных сред,

• плотность газов,

• агрегатное состояние вещества при заданной температуре,

• скорость и направление протекания многих химических реакций.

От той роли, которую играет давление в конкретном технологическом процессе, зависят требования к средствам измерения давления.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ:

Единицей давления в системе СИ является 1 Н/м² = 1 кг/(м·с²). Данная единица имеет специальное наименование «паскаль» и обозначение «Па» (международное обозначение — «Pa»). Согласно ГОСТ 8.417-2002, паскаль вместе со своими десятичными кратными и дольными единицами (кПа, МПа и т. д.) является единственной допущенной к применению в технике единицей давления.

Однако в силу традиций, а также соображений удобства (1 Па — слишком маленькая единица для большинства практических целей) на производстве до сих пор применяется ряд внесистемных единиц давления:

• «килограмм-сила на квадратный сантиметр», называемая также «технической атмосферой» (1 ат = 1 кгс/см² = 98,0665 кПа);

• «килограмм-сила на квадратный метр», численно равная «миллиметру водяного столба» (1 мм вод.ст. = 1 кгс/м² = 9,80665 Па);

• «миллиметр ртутного столба» или «торр» (1 мм рт. ст. = 1 торр = 133,322 Па);

• «бар» (1 бар = 100 кПа = 0,1 МПа);

• «физическая атмосфера» (1 атм = 760 мм рт. ст. = 101,325 кПа).

У контрольно-измерительных приборов производства США, Великобритании и других стран давление указывается в единицах системы мер, принятых в этих странах:

• «psi» — «фунт силы на квадратный дюйм» (1 psi = 6,894757 кПа),

• «inH2O» — «дюйм водяного столба» (1 inH2O = 249,089 Па) и т. д.

ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:

В зависимости от начала и направления отсчета различают следующие виды давления:

• абсолютное давление (Рабс.) соответствует определению давления, данному выше. Нулевое абсолютное давление имеет полный вакуум, который на практике недостижим. Отрицательных значений абсолютное давление принимать не может. Именно абсолютное давление используется во всех формулах молекулярной физики и термодинамики, в частности, при расчете плотности газов, при определении агрегатного состояния вещества и т. д.;

• атмосферное давление (Ратм.) — это абсолютное давление атмосферного воздуха у поверхности Земли. Атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря, ускорения свободного падения и метеоусловий и находится обычно в пределах 93…104 кПа (700…780 мм рт. ст.). Нормальное атмосферное давление принято равным 101,325 кПа (760 мм рт. ст., 1 атм).

• избыточное давление (Ризб. = Рабс. — Ратм.) — измеряется относительно атмосферного. Нулевое избыточное давление означает равенство абсолютного давления среды и атмосферного давления. Положительное избыточное давление имеют среды с абсолютным давлением, большим, чем атмосферное. Отрицательное избыточное давление соответствует разреженным средам и вакууму и часто обозначается термином «вакууметрическое давление» (Рв = Ратм. — Рабс. = — Ризб.) или «разрежение». При этом под «избыточным давлением» понимается только давление, большее атмосферного.

Необходимо отметить, что никаких принципиальных отличий между давлениями, большими атмосферного и меньшими атмосферного, не существует. Поэтому в дальнейшем под избыточным давлением будет пониматься также и разрежение, кроме случаев, когда необходимо учитывать знак давления (пределы измерений датчиков и т. д.).

• дифференциальное давление (∆Р = Р2 — Р1) — это разность давлений двух различных сред или одной среды в различных точках. В частности, избыточное давление (и разрежение) является дифференциальным давлением среды, измеренным относительно атмосферы. Поэтому любое средство измерения разности давлений может быть использовано для измерения избыточного давления и разрежения.

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ДАВЛЕНИЯ:

Источник

Давление для чайников: определение, объяснение простыми словами

Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле «Under pressure». Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы — в нашей статье про давление в физике и не только.

Давление в физике

Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей — ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?

По определению:

Давление — скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.

В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления — 1 Паскаль. Русское обозначение — Па, международное — Pa.

Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.

Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:

где g — ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h — высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» — плотность борща.

Одно из важнейших свойств жидкостей — изотропность. Это значит, что по закону Паскаля во всех направлениях жидкости производимое ею давление передается одинаково. Кстати, подробнее о жидкостях, их свойствах и движении читайте в нашем материале про уравнение Бернулли.

Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления — барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:

• атмосфера;
• миллиметр ртутного столба;
• миллиметр водяного столба;
• метр водяного столба;
• килограмм-сила.

В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.

Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба — это 133 Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля — около двух атмосфер.

Давление в шинах — это давление газа. Оно обусловлено столкновениями молекул воздуха с поверхностью шины

Атмосферное давление

Атмосфера — это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота — примерно 100 километров.

Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.

Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.

Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.

Эверест. На его вершине давление в 4 раза меньше, чем у подножия

Артериальное давление

Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни — это измерение кровяного давления.

Артериальное давление — это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае — артерий.

Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.

Артериальное давление — давление крови на стенки артерий

Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?

Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.

Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.

Но почему в измерении артериального давления две цифры?

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина — наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.

При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое — 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.

Физический вакуум

Вакуум — это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.

В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму — космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.

В космосе наблюдается почти полное отсутствие давления

Давление — основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.

Источник

Единицы измерения давления и разряжения. Приборы для измерения давления.

Давление. Единицы измерения давления и виды давлений.

Давлением называется величина, выражающая отношение силы приложенной к единице площади. В соответствии с международной системой СИ за единицу измерения давления принят Паскаль — (Ра), который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон (N), на площадь 1 м2.

Р=F/S. 1Па= 1Н/ м2. 1 МПа=1000 кПа=1 000 000 Па.

К внесистемным единицам измерения давления относят: кгс/см2, кгс/м2, мм рт. ст., мм вд. ст. В нашей газовой отрасли в основном применяют следующие единицы измерения давления: Па и кгс/см. кв. (техническая атмосфера) и мм.вод.ст.

Поэтому необходимо знать соотношения между этими величинами.

1 кгс/см2 = 98066,5 Ра @ 100 kPa@ 0,1 MPa;

1мм ртутного столба = 133,32 Па;

1мм вод. ст. = 10 Па;

1 кгс/ см2 = 98066,5 Па ≈ 100 кПа;

Различаются следующие виды давления:

· абсолютное (PА), полное давление, под которым находится вещество, за начало принимают абсолютный ноль давления:

PА = P + PБ;

Абсолютный ноль может существовать либо в замкнутом объеме, из которого удалены все молекулы, либо при полном прекращении движений молекул, т.е. при Т= 0 К.

· атмосферное или барометрическое (PБ), — давление окружающего воздуха

(переменная величина);

· избыточное давление (P), — разность между абсолютным давлением и барометрическим:

P = PА — PБ;

· разрежение (PР) — разность между барометрическим и абсолютным давлением (остаточное давление):

PР = PБ — PА , (при определенных значениях — вакуум).

Вакуум — глубокое разрежение — менее 66650 Па.

Приборы для измерения давления классифицируются по следующим признакам.

По роду измеряемой величины:

· для измерения атмосферного давления — барометры;

· для измерения избыточного давления — манометры, микроманометры, напоромеры;

· для измерения разряжения и вакуума — вакуумметры, тягомеры;

· для измерения избыточного давления и разряжения — тягонапоромер;

· для измерения разности 2-х давлений — дифференциальные манометры.

По принципу действия:

· жидкостные манометры (U — образные, колокольные, компрессионные и др.);

· грузопоршневые манометры;

· деформационные манометры (мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные, с вялой мембраной);

· унифицированные датчики давления;

Жидкостные манометры.

Принцип действия жидкостных манометров основан на том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости.

U-образный манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью, прямолинейной миллиметровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой отметкой по середине, поэтому необходимо считать 1 мм шкалы равным 2 мм вд. ст. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления вода в одном колене трубки понижается, а в другом — повышается.

При частых изменениях давления измеряемой среды уровень жидкости в трубках колеблется, в связи с чем трудно производить точный отсчет в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр. Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При изменении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую величину, в то время как в чаше большего сечения опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по изменению уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изменением уровня в чаше.

При отсчете показаний стеклянных жидкостных манометров невооруженным глазом для исключения явления параллакса необходимо следить за тем, чтобы глаз наблюдателя находился строго на уровне мениска столбика.

Жидкостные манометры ремонту не подвергаются. Для поддержания их в технически исправном состоянии осуществляют следующие мероприятия при техническом обслуживании:

· выявляют отсутствие разрывов столбика жидкости в манометрических трубках и следов испарения манометрической жидкости и в случае обнаружения устраняют;

· у манометров со вложенной шкалой проверяют смещение нуля шкалы относительно горизонтали (уровень в сообщающихся сосудах).

При выходе из строя трубок, подводящих давление к манометру, их заменяют новыми.

Грузопоршневые манометры.

Грузопоршневые манометры (ГМП)- образцовые приборы, которые могут создать и измерять высокое давление (до 250 Мпа) при помощи поршня с грузами, воздействующими на замкнутый объём жидкости.

В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки манометров.

Поршень ГПМ и внутренняя поверхность колонки пришлифовываются, в результате чего между ними образуется незначительный (3-5 мкм) кольцевой зазор, который препятствует поступлению масла наружу и способствует движению поршня с малым трением.

Давление масла при равновесном состоянии системы уравновешивается грузами и весом поршня с учетом рабочей площади поршня.

Достоинства ГПМ: — эти приборы обладают высокой чувствительностью и точностью, поэтому предназначены для градуировки и поверки различных видов деформационных манометров.

Недостатки ГПМ: — влияние на их чувствительность трения поршня в цилиндрической колонке. В связи с этим при применении ГПМ необходимо строго соблюдать вертикальность расположения прибора и проворачивать поршень вокруг оси от руки (90 об/мин).

Класс точности ГПМ 0,02 — 0,35.

Деформационные манометры.

Для измерения давления, разряжения и разности давлений в промышленных условиях наибольшее распространение получили деформационные манометры. Они охватывают диапазоны измерений от 0 -160 Ра до 0 -1000 MPa. Диапазон измерения манометров, вакуумметров и мановакуумметров определяется рядом 1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0 и 10n, где n — целое положительное или отрицательное число. Чувствительными элементами этих приборов могут быть:

· мембрана;

· сильфон.

· серповидная трубчатая пружина (трубка Бурдона), или многовитковая трубчатая пружина (геликс);

Мембранные манометры.

Упругие чувствительные элементы мембранных манометров мембраны и мембранные коробки.

Мембраны изготовляют из прорезиненной ткани, синтетических материалов, нержавеющей стали, фосфористой бронзы.

Мембраны представляют собой гибкую тонкую, обычно гофрированную пластину. Для увеличения рабочего тягового усилия мембраны в ее центральной части устанавливают металлический диск, называемый жестким центром.

Принцип работы: Измеряемое давление через штуцер воздействует на мембрану, которая деформируется и через передаточный механизм приводит в движение стрелку.

Мембранные манометры, как правило, бывают показывающими и имеют предел измерения 0.02 — 3 Мпа.

Класс точности 2.5.

Мембранные коробки состоят из двух мембран , которые спаяны или сварены по наружному контуру. Под действием измеряемого давления, подводимого к мембранной коробке, прогибаются обе мембраны. Результирующие перемещение центра верхней мембраны относительно нижней равно сумме прогибов обеих мембран.

Мембранные коробки применяют в мембранных напоромерах, тягомерах, тягонапоромерах.

Датчики — реле давления имеют плоские вялые мембраны. Эти приборы выпускаются с двух- и трехпозиционными контактными устройствами.

Сильфонные манометры

Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и разряжений в качестве показывающих и самопищущих приборов.

Чувствительным элементом в них является сильфон, который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава (латунь, нержавеющая сталь т т.д.).

Сильфон используется в качестве упругого чувствительного элемента, преобразующего измеряемое давление в перемещение или тяговое усилие.

В сильфонном манометре один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании, другой — герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание, при этом длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка прибора через систему рычагов движется по шкале. Для увеличения жесткости внутри сильфона может устанавливаться пружина.

Пределы измерений — до 2,5 МПа.

Эти приборы имеют класс точности 1 и 1.5.

Пружинные манометры

Чувствительным элементом в пружинных манометрах служат трубчатые одновитковые и многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе находятся в общем корпусе.

Пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание прибора. На этом основании смонтирован механизм передачи со стрелкой. Свободный конец пружины соединен через поводок (тягу) с зубчатым сектором, находящимся в зацеплении с трибкой (шестерней). На оси шестерни закреплена стрелка.

Общий принцип действия пружинных манометров состоит в том, что под действием измеряемого давления чувствительный элемент деформируется и посредством передаточного механизма деформация преобразуется в круговое движение стрелки вдоль шкалы. При этом перемещение стрелки будет пропорционально деформации чувствительного элемента, а следовательно, и измеряемому давлению.

Манометры в свою очередь подразделяются на образцовые, контрольные и технические. Основное различие между ними — качество материала из которого изготовлена трубчатая пружина, диаметр корпуса, пределы шкалы, отделка деталей прибора в целом.

1. Образцовые манометры ( типа МО) применяют для поверки и калибровке рабочих манометров, а также для точных измерений в лабораторных условиях. Dкор=160 и 250 мм, предельные значения измерения давления 0.1-60 МПа. Шкалы разбиты на 100, 250 делений . Класс точности 0.16, 0.25.

2. Контрольные манометры Dкор=160 мм, Класс точности 0.4, 0.6.

3. Технические манометры Dкор= 60-250 мм, Класс точности 0.6, 1, 1.5, 2.5 и 4.

Дифференциальные манометры

Дифференциальные манометры это приборы, предназначенные для измерения разности давлений (перепада на сужающем устройстве, на пылеуловителях и т.д.).

Классификация по принципу действия: жидкостные и деформационные

· к жидкостным относятся дифманометры с видимым мениском — поплавковые, колокольные и кольцевые (типа ДП-730);

· к деформационным — сильфонные (типа ДСС-712) и мембранные (типа

Источник