Единицы измерения давления и краткий обзор

Единицы измерения давления и краткий обзор
приборов измерения давления
Давлением называется величина, измеряемая отношением силы, действующей на
поверхность, к площади этой поверхности. Сила давления, как и всякая другая сила, есть
результат взаимодействия тел. Силы давления могут быть распределены по площади как
равномерно, так и неравномерно. При их равномерном распределении давление на всех
участках поверхности одинаково. В этом случае давление определяется формулой:
F
P
,
S
где Р – давление; F – сила давления и S – площадь.
Размерность единиц давления зависит от выбранной системы. В системе СИ за единицу
давления принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно
распределенной по поверхности площадью 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2).
В настоящее время в технике применяется внесистемная единица – техническая атмосфера: 1
ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2. К внесистемным единицам давления, также допускаемым к
применению, относятся:
o миллиметр ртутного столба (мм рт. ст. или мм Hg), характеризующий давление,
оказываемое на горизонтальную плоскость столбом ртути высотой 1 мм при 0 °С и
ускорении силы тяжести 980,665 см/сек2;
o миллиметр водяного столба (мм вод. ст. или мм H2O), характеризующий давление,
оказываемое на горизонтальную плоскость столбом воды высотой 1 мм при + 4 оС и
ускорении силы тяжести 980,665 см/сек2.
Между названными выше единицами давления существуют следующие соотношения:
1 кгс/см2 = 98066,5 Па = 98066,5 Н/м2 = 735,56 мм рт. ст. = 10 000 мм вод. ст.
Единица давления Н/м2 очень мала, поэтому в технологических измерениях для выражения
больших значений давления применяют килоньютоны на квадратный метр (кН/м 2) или
меганьютоны на квадратный метр (МН/м2).
В технологических расчетах применяется также внесистемная единица давления – 1 бар,
равная 105 Па:
- 1 бар = 105 Па = 1,02 кгс/см2 = 100 кПа = 14,5 psig (1 фунт/1 квадратный дюйм)
- 1 мм рт.ст. = 133,332 Па
- 1 кгс/см2 = 98,0665 кПа
- 1 мм вод. ст = 9,80665 Па
- 1 ат = 736 torr, 1 бар = 750 torr, 760 мм. рт. ст = 1 ат
При измерении давления различают абсолютное, избыточное, и
(барометрическое) давление, а также вакуум или вакууметрическое давление.
атмосфеное
Абсолютным (полным) называется давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, т. е.
истинное давление. Оно может быть как выше, так и ниже атмосферного.
Избыточным (манометрическим) называют давление, отсчитываемое от условного нуля, за
который принимают атмосферное давление. Разность между атмосферным и остаточным
давлением называют вакуумом, вакууметрическим давлением.
Р
РА
РИ
РВ
РБ
График различных видов давления
РА – абсолютное давление;
РИ – избыточное в давление;
РБ – барометрическое давление;
РВ – вакууметрическое давление.
На графике изображены различные виды давления, жирной линией указано атмосферное или
барометрическое давление, которое не является постоянным. Пунктирными линиями
показаны отклонения атмосферного давления от среднего значения. Соотношения между
абсолютным (Ра), избыточным (Ри) и атмосферным (РБ) давлениями записываются
следующим образом:
РА = РБ + РИ
или
РИ = РА – РБ.
Если абсолютное давление ниже атмосферного (остаточное давление), то РА = РБ – РВ или РВ
= РБ – РА, где РВ – вакуум. Термин «вакуум» часто заменяют термином «разрежение».
В технике в большинстве случаев измеряют избыточное давление, так как большинство
приборов по своей конструкции могут показывать (или записывать) только избыточное
давление, если они не изолированы от атмосферного давления. Абсолютным давлением
пользуются главным образом в физике при изучении термодинамического состояния
различных веществ (температуры кипения, давления паров и других параметров)
Обзор приборов для измерения давления
Приборы для измерения давления обычно носят общее название – манометры.
Большой диапазон измеряемых давлений, а также специфические условия измерения их в
разных технологических процессах определяют разнообразие систем манометров,
отличающихся как по принципу действия, так и по устройству.
В зависимости от вида и величины
подразделяются на следующие типы:
измеряемого
давления
манометры
условно
1. манометры – приборы для измерения давления или разности давлений (общее
наименование);
2. барометры – приборы для измерения барометрического давления атмосферного воздуха;
3. манометры избыточного давления – приборы для измерения избыточного давления
(выше барометрического), равного разности между абсолютным и барометрическим
(атмосферным) давлениями;
4. вакуумметры – приборы для измерения вакуумметрического давления (ниже
атмосферного), равного разности между барометрическим и абсолютным давлениями, или
для измерения абсолютного давления ниже 100 кгс/м2;
5. мановакуумметры – приборы для измерения избыточного и вакуумметрического
давлений;
6. дифференциальные манометры – приборы для измерения разности двух давлений (в
пределах до 0,63 МПа или до 6,3 кгс/см2), ни одно из которых не является давлением
окружающей среды.
По принципу действия приборы для измерения давления подразделяются на следующие
группы:
1. жидкостные манометры – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается
давлением столба жидкости соответствующей высоты. Значение измеряемого давления в
таких приборах определяется по высоте столба уравновешивающей жидкости. Жидкостные
манометры являются самыми простыми и точными приборами для измерения давления. Они
выполняются из стекла. Верхний предел измеряемого давления составляет примерно
200 кПа (2 кгс/см2). Эта величина определяется прочностью стеклянных трубок,
герметичностью в соединениях стекла с металлом или резиной (соединительными трубками),
а также удобством визуального отсчета показаний.
2. деформационные манометры – приборы, в которых измеряемое давление определяется
по величине деформации различных упругих чувствительных элементов или по развиваемой
ими силе, они широко применяются при автоматическом управлении технологическими
процессами для измерения давления в широком диапазоне - от нескольких Па до 1000 МПа
(до 10 000 кгс/см2). Они просты по устройству, удобны и безопасны в работе.
Деформационные манометры характеризуются наличием того или иного упругого элемента
(пружины), который подвергается действию измеряемого давления. При этом давление
преобразуется в силу или момент, вызывающие соответствующие перемещения стрелок или
других устройств, обеспечивающих отсчет результата измерения (перьев в регистрирующих
приборах, устройств сигнализации и т.п.) Различают мембранные манометры, сильфонные
мннометры, манометры с трубчатыми пружинами
3. грузопоршневые манометры – приборы, в которых измеряемое или воспроизводимое
давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня и грузов;
грузопоршневые манометры являются наиболее точными и стабильными приборами, дающие
наилучшую повторяемость результатов измерений, часто предназначаются для поверки и
калибровки измерителей давления, а также для непосредственного измерения избыточного
давления в замкнутых системах.
4. электрические манометры – приборы, действие которых основано на зависимости
электрических параметров (сопротивление, емкость и др.) манометрического
преобразователя от измеряемого давления. В электрических манометрах изменение
измеряемого давления приводит к изменению некоторых электрических свойств, различают
манометры сопротивления, емкостные манометры, пьезоэлектрические и др. Электрический
параметр манометра и его изменение при изменении давления измеряются соответствующим
прибором.