В чем измеряется сила давления
Перейти к содержимому

В чем измеряется сила давления

  • автор:

Единицы измерения давления

Давлением P называется физическая величина силы F, действующая на единицу поверхности площади S, направленная перпендикулярно этой поверхности.
т.е. P = F / S.

В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в Паскалях:
Па — русское обозначение.
Pa — международное.
1 Па = 1 Ньютон / 1 кв. метр (1 Н/м²)

Для практических измерений в КИП и А, 1 Па часто оказывается слишком маленькой величиной давления, и для оперирования реальными данными применяются умножающие приставки — (кило, Мега), умножающие значения в 1тыс. и 1млн. раз соответственно.
1 МПа = 1000 кПа = 1000000 Па
Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть непосредственно градуированы в величинах Ньютон / метр, или их производных:
Килоньютон, Меганьютон / м², см², мм².

Тогда получаем следующее соответствие:
1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см² = 1000 кН/м² = 1000 кПа = 1000000 Н/м² = 1000000 Па

В России и Европе также широкое применение для измерения давления находят единицы бар (bar) и кгс/м² (kgf/m²), а также их производные (mbar, кгс/см²).
1 бар — это внесистемная единица, равная 100000 Па.
1 кгс/см² — это единица измерения давления в системе МКГСС, и широко применяется в промышленных измерениях давления.
1 кгс/см² = 10000 кгс/м² = 0.980665 бар = 98066.5 Па

Атмосфера

Атмосфера — это внесистемная единица измерения давления приблизительно равная атмосферному давлению Земли на уровне Мирового океана.
Существует два понятия атмосферы для измерения давления:

  • Физическая (атм) — равна давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° C. 1 атм = 101325 Па
  • Техническая (ат) — равна давлению, производимому силой в 1 кгс на площадь 1 см². 1 ат = 98066,5 Па = 1 кгс/см²

В России для использования в измерениях допущена только техническая атмосфера, и срок ее действия ограничен по некоторым данным 2016 годом.

Водяной столб

Метр водяного столба — внесистемная единица измерения давления, применяемая в ряде производств.
Физически он равен давлению столба воды высотой в 1 м при температуре около 4° C и стандартном для калибровки ускорении свободного падения — 9,80665 м/сек².
м вод. ст. — русское обозначение.
mH2O — международное.

Производными единицами являются см вод. ст. и мм вод. ст.
1 м вод. ст. = 100 см вод. ст. = 1000 мм вод. ст.
Соотносится к другим единицам измерения давления соответствующим образом:
1 м вод. ст. = 1000 кгс/м² = 0.0980665 бар = 9.80665 Па = 73.55592400691 мм рт. ст.

Ртутный столб

Миллиметр ртутного столба — внесистемная единица измерения давления, равная 133.3223684 Па. Синоним — Торр (Torr).
мм рт. ст. — русское обозначение.
mmHg. — международное.
Использование в России — не ограничено, но не рекомендовано. Применяется в ряде областей техники.
Соотношение к водному столбу: 1 мм рт. ст. = 13.595098063 мм вод. ст.

Единицы США и Британии

В США и Британии применяются также другие единицы измерения давления.

  • Дюйм водного столба
    Обозначение: inH2O = 249.08891 Па.
  • Фут водного столба
    Обозначение: ftH2O = 2989.006692 Па.
  • Дюйм ртутного столба
    Обозначение: inHg = 3386.38815789474 Па.
  • Фунт на квадратный дюйм
    Обозначение: psi = 6894.757293178 Па.
  • 1000 фунтов на квадратный дюйм
    Обозначение: ksi = 6894757.2931783 Па.
  • Фунт на квадратный фут
    Обозначение: psf = 47.8802589803 Па.
  • Американская (короткая) тонна на квадратный дюйм
    Обозначение: tsi = 13789514.58633672267344 Па.
  • Американская (короткая) тонна на квадратный фут
    Обозначение: tsf = 95760.51796067168523226 Па.
  • Британская (длинная) тонна на квадратный дюйм
    Обозначение: br.tsi = 15444256.3366971 Па.
  • Британская (длинная) тонна на квадратный фут
    Обозначение: br.tsf = 107251.780115952 Па.

Приборы для измерения давления

Для измерения давления применяются манометры, дифманометры (разность давлений), вакуумметры (измерение разряжения).

Давление. Физическая величина. Таблица соотношений единиц давления.

Давление, физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя на поршень и т. п.). Если силы распределены вдоль поверхности равномерно, то давление P на любую часть поверхности равно P = F / S , где S — площадь этой части, F — сумма приложенных перпендикулярно к ней сил. При неравномерном распределении сил это равенство определяет среднее давление на данную площадку, а в пределе, при стремлении величины S к нулю, — давление в данной точке. В случае равномерного распределения сил давление во всех точках поверхности одинаково, а в случае неравномерного — изменяется от точки к точке.

P = lim ΔF / ΔS = dF / dS

В СИ за единицу давления принят Паскаль (Па). Паскаль давление силы в один Ньютон на площадь в один квадратный метр (Па = 1 Н/м 2 ). Широко применяют кратные единицы кПа и МПа.

Таблица соотношений единиц давления

Па кПа МПа кгс/см 2 физ.атм. мм.рт.ст. мм.вод.ст. bar psi
Па 1 0.001 0.000001 0.0000102 0.00000987 0.0075006 0.101972 0.00001 0.00014504
кПа 1000 1 0.001 0.0101972 0.00986923 7.50062 101.9716 0.01 0.1450377
МПа 1000000 1000 1 10.19716 9.86923 7500.62 101971.6 10 145.0377
кгс/см 2 98066.5 98.0665 0.0980665 1 0.967841 735.559 10000 0.980665 14.223344
физ.атм. 101325 101.325 0.101325 1.033227 1 760 10332.27 1.01325 14.6959
мм.рт.ст. 133.322 0.133322 0.00011332 0.0013595 0.00131579 1 13.5951 0.00133322 0.019336
мм.вод.ст. 9.80665 0.00980665 0.00000981 0.0001 0.00009678 0.073556 1 0.00009807 0.00142233
bar 100000 100 0.1 1.019716 0.986923 750.064 10197.16 1 14.50377
psi 6894.75729 6.89475729 0.006894757 0.070307 0.068046 51.715217 703.07 0.068947573 1

Измеряют давление манометрами, барометрами, вакуумметрами, а также различными датчиками давления, например, датчиками давления Курант, которые предназначены для непрерывного преобразования измеряемого давления среды (газ, пар или жидкость) в унифицированный выходной сигнал тока (напряжения).

Основные понятия и определения 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 паскаль вместе со своими десятичными кратными и дольными единицами (кПа, МПа ) 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:
• « на квадратный сантиметр», называемая также «технической атмосферой» (1 ат = 1 кгс/см² = 98,0665 кПа);
• « 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 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)

ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:

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

абсолютное давление (Р абс .) 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

атмосферное давление (Р атм .) — 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 (Р изб . = Р абс . — Р атм .) — 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» (Р в = Р атм . — Р абс. = — Р изб .) 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 ).

дифференциальное давление (∆Р = Р 2 — Р 1 ) — 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:

Физические значения и различные типы давления

Физические значения и различные типы давления

Давление ― один из наиболее часто измеряемых параметров в промышленности. Однако существуют различные единицы измерения и разные формы самого давления. Рассмотрим основные условия. Давление (p) ― это сила (F), действующая на поверхность (A), представленная формулой: Согласно международной системе измерений (СИ), единица измерения давления называется Паскалем (Па). Термин происходит от имени французского математика Блеза Паскаля (1623-1662) и выводится следующим образом из единиц СИ в метрах и Ньютонах: 1 Па = 1 Н/м 2 . Паскаль ― очень маленькая единица давления. Поэтому в промышленности в качестве единицы измерения обычно используется бар. Вообще в разных сферах могут применять различные единицы измерения давления. Например, в паскалях (Па) выражают давление в «чистых комнатах», метеорология оперирует гектопаскалями (гПа). Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Соотношение этих единиц приведено в таблице:

Таблица перевода единиц измерения давления. Па; МПа; бар; атм; мм рт.ст.; мм в.ст.; м в.ст., кг/см 2; psf; psi; дюймы рт.ст.; дюймы в.ст. Соотношение единиц измерения давления.

В единицы:
Па (Н/м 2 ) МПа bar atmosphere мм рт. ст. мм в.ст. м в.ст. кгс/см 2
Следует умножить на:
Па (Н/м 2 ) — паскаль, единица давления СИ 1 1*10 -6 10 -5 9.87*10 -6 0.0075 0.1 10 -4 1.02*10 -5
МПа, мегапаскаль 1*10 6 1 10 9.87 7.5*10 3 10 5 10 2 10.2
бар 10 5 10 -1 1 0.987 750 1.0197*10 4 10.197 1.0197
атм, атмосфера 1.01*10 5 1.01* 10 -1 1.013 1 759.9 10332 10.332 1.03
мм рт. ст., мм ртутного столба 133.3 133.3*10 -6 1.33*10 -3 1.32*10 -3 1 13.3 0.013 1.36*10 -3
мм в.ст., мм водяного столба 10 10 -5 0.000097 9.87*10 -5 0.075 1 0.001 1.02*10 -4
м в.ст., метр водяного столба 10 4 10 -2 0.097 9.87*10 -2 75 1000 1 0.102
кгс/см 2 , килограмм-сила на квадратный сантиметр 9.8*10 4 9.8*10 -2 0.98 0.97 735 10000 10 1
фунтов на кв. фут / pound square feet (psf) 47.8 4.78*10 -5 4.78*10 -4 4.72*10 -4 0.36 4.78 4.78 10 -3 4.88*10 -4
фунтов на кв. дюйм / pound square inches (psi) 6894.76 6.89476*10 -3 0.069 0.068 51.7 689.7 0.690 0.07
Дюймов рт.ст. / inches Hg 3377 3.377*10 -3 0.0338 0.033 25.33 337.7 0.337 0.034
Дюймов в.ст. / inches H2O 248.8 2.488*10 -2 2.49*10 -3 2.46*10 -3 1.87 24.88 0.0249 0.0025

Таблица 1: соотношение единиц измерения давления

Типы давления

Для пользователей важно уметь различать типы давления, чтобы выбрать наиболее подходящий датчик давления. Обычно выделяют следующие типы: абсолютное, дифференциальное и относительное давление.

Абсолютное давление

Датчики абсолютного давления часто используются в метеорологии, а также в упаковочной промышленности (например, при производстве вакуумной упаковки).

Абсолютное давление ссылается на нулевое (эталонное), которое возможно в безвоздушном пространстве, например, в космосе или в идеальном вакууме. Любое давление относительного данного известно как абсолютное. Измеренное давление всегда больше эталонного. Для лучшей дифференциации от других форм абсолютное давление выражают с помощью индекса abs : P abs . В качестве эталонного давления в датчиках абсолютного давления используется вакуум, заключенный в сенсорном элементе, на вторичной стороне мембраны. Датчики абсолютного давления часто используются в метеорологии, а также в упаковочной промышленности (например, при производстве вакуумной упаковки). Рисунок 2: различные типы давления

Относительное давление (манометрическое давление)

Относительное давление связано с атмосферным, которое обозначается индексом amb. Это давление, которое действует через слой воздуха. Оно непрерывно снижается до высоты около 500 км над уровнем моря (выше превалирует абсолютное давление). Атмосферное давление на уровне моря соответствует примерно 1013 мбар и колеблется примерно на 5% в условиях высокого и низкого давления. Вторичная сторона датчика относительного давления (в отличие от датчиков абсолютного давления) остается открытой, чтобы обеспечить выравнивание с атмосферным давлением. Помимо «относительного давления» распространен термин «избыточное давление». Мы говорим о положительном избыточном давлении, когда абсолютное давление выше атмосферного. Если это не так, то используется определение «отрицательное избыточное давление» (а также «вакуум»). Практическим примером измерения относительного давления являются автомобильные шины. Если в шину подается 2 бар относительного давления при давлении воздуха 1 бар, то это соответствует 3 барам абсолютного давления.

Дифференциальное давление

В случае с дифференциальным давлением указывается разница между двумя любыми давлениями. По этой причине датчики дифференциального давления имеют два напорных соединения. Один из примеров использования датчика дифференциального давления ― измерение гидростатического давления в закрытых емкостях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *