Что такое избыточное давление. Давление. Виды и способы его измерения

Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих по нормали к поверхности тела и отнесенных к единице площади этой поверхности.

Различают следующие виды давлений:

• барометрическое (атмосферное)
• нормальное
• абсолютное
• манометрическое (избыточное)
• акууметрическое (разряжения)

Для измерения давления применяются различные единицы: Паскаль (Па), бар, техническая атмосфера или просто атмосфера, миллиметр ртутного или водяного столба, которые находятся в следующих соотношениях:

1 Па = 10^-5 бар = 1,02 * 10^-5 кгс/см2 = 7,5024 * 10^-2 мм рт. ст.

Барометрическое давление зависит от массы слоя воздуха. Самое большое барометрическое давление было зарегистрировано на уровне моря и составило 809 мм рт. ст., а самое низкое - 684 мм рт. ст. Барометрическое давление выражается высотой столба ртути в мм, приведенного к 0 °С.

Нормальное давление - это среднее значение давления воздуха за год на уровне моря, которое определяется ртутным барометром при температуре ртути 273 К. Оно равно примерно 101,3 кПа (750 мм рт. ст.). То есть нормальным давлением называется барометрическое давление, равное одной физической атмосфере и является частным случаем барометрического давления.

Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объемах. Оно не зависит от состояния окружающей среды.

Манометрическим давлением называется разность между абсолютным давлением и барометрическим давлением, если первое больше второго.

Манометр - прибор с помощью которого измеряют давление в закрытом сосуде, находясь вне этого сосуда, испытывает давление как со стороны окружающей среды, так и со стороны сосуда. Поэтому полное или абсолютное давление газа в сосуде равно сумме манометрического давления и барометрического.

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая (рис.2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением

абсолютным, избыточным и вакуумом

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление. Следовательно, абсолютное давление равно

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат :

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

Как видно, эти три шкалы давления различаются между собой либо началом, либо направлением отсчета, хотя сам отсчет может вестись при этом в одной и той же системе единиц. Если давление определяется в технических атмосферах, то к обозначению единицы давления (ат ) приписывается ещё одна буква, в зависимости от того, какое давление принято за «нулевое» и в каком направлении ведется положительный отсчет.

Например:

Абсолютное давление равно 1,5 кг/см 2 ;

Избыточное давление равно 0,5 кг/см 2 ;

Вакуум составляет 0,1 кг/см 2 .

Чаще всего инженера интересует не абсолютное давление, а его отличие от атмосферного, поскольку стенки конструкций (бака, трубопровода и т.п.) обычно испытывают действие разности этих давлений. Поэтому в большинстве случаев приборы для измерения давления (манометры, вакуумметры) показывают непосредственно избыточное (манометрическое) давление или вакуум.

Единицы давления. Как следует из самого определения давления, его размерность совпадает с размерностью напряжения, т.е. представляет собой размерность силы, отнесенную к размерности площади.

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль - давление, вызываемое силой, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью, т.е.. Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):

В технике в настоящее время в некоторых случаях продолжают применять также техническую МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда, а) и физическую СГС (сантиметр, грамм, секунда) системы единиц. Используются также внесистемные единицы - техническую атмосферу и бар:

Не следует также смешивать техническую атмосферу с физической, которая все ещё имеет некоторое распространение в качестве единицы давления:

2.1.3. Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами.

1-ое свойство. Силы гидростатического давления в покоящейся жидкости всегда направлены внутрь по нормали к площадке действия, т.е. являются сжимающими.

Это свойство доказывается от противного. Если предположить, что силы направлены по нормали наружу, то это равносильно появлению в жидкости растягивающих напряжений, которых она воспринимать не может (это вытекает из свойств жидкости).

2-ое свойство . Величина гидростатического давления в любой точке жидкости по всем на­правлениям одинаково, т.е. не зависит от ориентации в пространстве площадки, на которую оно действует

где - гидростатические давления по направлению координатных осей;

То же по произвольному направлению .

Для доказательства этого свойства выделим в неподвижной жидкости элементарный объем в форме тетраэдра с ребрами, параллельными координатным осям и соответственно равными , и (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема для доказательства свойства

о независимости гидростатического давления от направления

Введем обозначения: - гидростатическое давление, действующее на грань, нормальную к оси ;

Давление на грань, нормальную к оси ;

Давление на грань, нормальную к оси ;

Давление, действующее на наклонную грань;

Площадь этой грани;

Плотность жидкости.

Запишем условия равновесия для тетраэдра (как для твердого тела) в виде трех уравнений проекций сил и трех уравнений моментов:

При уменьшении в пределе объема тетраэдра до нуля система действующих сил преобразуется в систему сил проходящих через одну точку, и, таким образом, уравнения моментов теряют смысл.

Таким образом, внутри выделенного объема на жидкость действует единичная массовая сила, проекции ускорений которой равны , , и . В гидравлике принято массовые силы относить к единице массы, а так как , то проекция единичной массовой силы численно будет равна ускорению.

где ,,- проекции единичной массовой силы на оси координат;

Масса жидкости;

Ускорение.

Составим уравнение равновесия выделенного объема жидкости в направлении оси , учитывая при этом, что все силы направлены по нормалям к соответствующим площадкам внутрь объема жидкости:

где - проекция силы от гидростатического давления;

Проекция силы от давления ;

Проекция массовой силы, действующей на тетраэдр.

Разделив уравнение (2.2) на площадь , которая равна пло­щади проекции наклонной грани на плоскость , т. е. , получим

При стремлении размеров тетраэдра к нулю последний член уравнения, содержащий множитель , также стремится к нулю , а давленияи остаются величинами конечными.

Следовательно, в пределе получим

Аналогично составляя уравнения равновесия вдоль осей и , находим

Так как размеры тетраэдра , и и наклон площадки взяты произвольно, то, следовательно, в пределе при стягивании тетраэдра в точку давление в этой точке по всем направлениям будет одинаково. Что и требовалось доказать.

Рассмотренное свойство давления в неподвижной жидкости имеет место также при движении невязкой (идеальной) жидкости. При движении же реальной жидкости возникают касательные напряжения, вследствие чего давление в реальной жидкости указанным свойством, строго говоря, не обладает.

В общем случае давление в точке зависит от координат рассматриваемой точки, а при неустановившемся движении жидкости может изменяться в каждой данной точке с течением времени: .

Cтраница 1

Вакуумметрическое давление (дефицит давления) - разность между атмосферным давлением и давлением жидкости, если первое больше второго.  

Вакуумметрическое давление показывает недостаток давления в данной точке до атмосферного.  

Вакуумметрическое давление (дефицит давления) - разность между атмосферным давлением и давлением в жидкости, если первое больше второго.  

Схема вакуумного щита и установки.

Вакуумметрическое давление замеряется с помощью пружинных вакуумметров ОБВ-1-100 (ГОСТ 8625 - 65), Вакуум-щиты изготавливаются в зависимости от размеров бетонной конструкции и принятой технологии.  

Вакуумметрическое давление при уваривании в аппарате должно быть не менее 0 079 МПа, а температура кипения сиропа - не более 60 - 70 С. В случае пенения сиропа в процессе сгущения допускается введение в вакуум-аппарат растительного масла в количестве 30 г на 1 т патоки. Для уменьшения цветности патоки в вакуум-аппарат добавляют гидросульфит натрия в количестве 150 г на 1 т патоки. Для повышения рН и снижения инверсионной способности патоки допускается добавление уксуснокислого натрия в количестве 800 г на 1т патоки.  

Вакуумметрическое давление принято выражать в мм рт. ст. при температуре 0 С.  

Вакуумметрическое давление рв среды характеризует давление (вакуум), недостающее до атмосферного давления.  

Несмотря на всю тривиальность и простоту вопроса, случается, что люди не вполне понимают суть понятий «абсолютное давление», «избыточное давление», «дифференциальное давление», (нормальное) «атмосферное давление» и др., путая их или не понимая их не только количественное, но и качественное отличие друг от друга. На этой странице мы решими написать несколько слов о понятии различных давлений. Мы не стремились представить ниже полную информацию по этому вопросу - ее можно без труда найти, например, в Википедии - а старались, наоборот, изложить основной смысл этих понятий кратко.

Абсолютное давление

Понятие «абсолютного давления» относится к способу указания давления относительно точки отсчета. Абсолютное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, абсолютный вакуум. Предполагается, что не может существовать давления, меньшего, чем абсолютный вакуум - следовательно, относительно него любое давление может быть обозначено положительным числом.

То абсолютное давление, которое находится между абсолютным вакуумом и давлением, которое принято считать имеющемся на уровне моря (нормальное атмосферное давление = 101325 Па ≈ 760 мм ртутного столба ≈ 1 абсолютный бар), является частичным вакуумом.

То абсолютное давление, значение которого выше уровня нормального атмосферного давления, может быть также обозначено как избыточное давление, с точкой отсчета, за которую принято стандартное атмосферное давление. Абсолютное давление равно избыточному давлению плюс атмосферному давлению.

На письме, то, что указывается именно абсолютное давление, иногда подчеркивают литерой а как в русском, так и в английском и немецком языках, например: бар(а). Например, давление на уровне моря примерно составляет 1 бар(а).

Избыточное давление

Понятие избыточного давления также, как и абсолютного давления, относится к точке отсчета для указания давления. Избыточное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, нормальное атмосферное давление.

Избыточное давление равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Например, давление на уровне моря, которое составляет 1 бар(а), может быть также указано как избыточное давление, составляющее 0 бар(и).

На письме указание на избыточное давление иногда подчеркивается литерой и в русском языке, g в английском (от слова gauge , то есть прибор[ное давление] - т.к. на манометрах обычно отображается именно избыточное давление), и литерой ü в немецком (от слова Überdruck , то есть «сверхдавление»).

Атмосферное давление, нормальное атмосферное давление

Понятие атмосферного давления качественно отличается от понятий избыточного и абсолютного давления, и относится не к точке отсчета, а к месту измерения. Атмосферное давление - это давление, имеющееся в какой-либо точке измерения на Земле. Атмосферное давление может сильно варьироваться в зависимости от высоты и погодных условий. Что касается точки отсчета, то атмосферное давление - всегда абсолютное.

В качестве нормального атмосферного давления приняты, в рамках разных стандартов, разработанных разными организациями, разные значения - наиболее распространенным, однако, является принятие за нормальное атмосферного давления 101325 Па. Среди европейских производителей оборудования принято также условно считать это давление соответствующим 1 бару.

Дифференциальное давление

Дифференциальное давление - это разница между давлением в двух точках измерения. Оно не является ни абсолютным, ни избыточным, и используется обычно как показатель падения давления на каком-либо оборудовании или его составляющем компоненте (чаще всего - на фильтрах для очистки сжатого возудха и газов).

Повседневные измерения давления, например, что касается давления воздуха в шине, обычно делаются относительно давления атмосферного воздуха. В других случаях измерения сделаны относительно вакуума или к некоторой другой специальной отметке. Различая эти нулевые отметки, можно использовать следующие термины:

Для абсолютного давления нолем является отметка при переходе вакуума в давление, таким образом, его значение можно получить - измерив, давление плюс атмосферное давление.
Для избыточного давления нолем является давление атмосферного воздуха, таким образом, его значение равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Отрицательные знаки обычно опускаются.
Дифференциальное давление - различие в давлении между двумя пунктами. Нулевая отметка в использовании обычно подразумевается контекстом, и эти слова добавляются только тогда, когда разъяснение необходимо. Давление воздуха в шине и кровяное давление - давления значения в соответствии с соглашением, в то время как атмосферные давления и давление высотомера должны быть абсолютными. Дифференциальное давление обычно используется в системах производственного процесса. У значений дифференциального давления есть два входных порта, каждый связанный с одним из объемов, давление которых должно быть проверено. В действительности такое значение выполняет математическую операцию вычитания через механические средства, устраняя потребность в операторе или системе управления, чтобы наблюдать два отдельных значения и определить различие в их работе. Умеренные вакуумные давления часто неоднозначны, поскольку они могут представлять абсолютное давление или давление без отрицательного знака. Таким образом, значение вакуума на 26 дюймов рт. ст. эквивалентное абсолютному давлению 30 дюймов рт. ст.

Атмосферное давление , как правило, приблизительно 100 кПа на уровне моря,
но переменное с высотой и погодой. Если абсолютное давление жидкости останется постоянным, то значение давления той же самой жидкости изменится, так как атмосферное давление изменяется. Например, когда автомобиль заезжает на гору (атмосферное давление воздуха уменьшается), давление воздуха в шине повышается. Были определены некоторые стандартные значения атмосферного давления, такие как 101,325 кПа или 100 кПа, и некоторые инструменты используют одну из этих стандартных значений как постоянную нулевую отметку вместо фактического переменного давления атмосферного воздуха. Это ослабляет точность этих инструментов, особенно когда используется на больших высотах.
Использование атмосферной отметки обычно показывается после единицы давления, например, 30 фунтов на квадратный дюйм, что означает, что измеренное давление является полным давлением минус атмосферное давление. Есть два типа справочных значений давления: выраженные значения и запечатанные значения.
Датчик выраженных значений давления, например, позволяет внешнему давлению воздуха быть выставленным на отрицательной стороне диафрагмы ощущения давления, через выраженный кабель или отверстие на стороне устройства, так, чтобы это всегда измеряло атмосферное давление окружающей среды. Таким образом, датчик выраженных значений давления должен всегда учитывать нулевое давление, когда связь процесса давления считается открытой для воздуха.
Запечатанная отметка значений подобна за исключением того, что атмосферное давление запечатано на отрицательной стороне диафрагмы. Это обычно принимается в диапазонах высокого давления, таких как гидравлика, где атмосферные изменения давления будут иметь незначительный эффект на точность. Это также позволяет некоторым изготовителям обеспечивать вторичное сдерживание давления как дополнительную предосторожность для безопасности оборудования давления, если давление разрыва основной диафрагмы ощущения давления превышено.
Есть другой способ создать запечатанную отметку значений, и это должно запечатать высокий вакуум на обратной стороне диафрагмы ощущения. Тогда выходной сигнал возмещен так, что датчик давления учитывает близко к нолю, измеряя атмосферное давление. Запечатанный справочный преобразователь давления значений никогда не будет считаться точно нулевым, потому что атмосферное давление всегда изменяется и отметка в этом случае установлена на 1 баре.
Абсолютное измерение давления - давление, которое отнесено в абсолютный вакуум. Лучший пример абсолютного давления - атмосферное давление.

2 Определение понятия «давление», точное измерение давления и соотношение между ними

Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует.
Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 2). Официально признанной системой единиц измерения давления является СИ (SI). Паскаль,1Па(Pa) = 1Н/м2. Производные от этой единицы 1 кПа=1000 Па и 1 МПа=1000000 Па.
В англоязычных странах популярностью пользуется фунт на квадратный дюйм
(pounds per square inch или PSI). Соотношения между этими единицами см. в таблице.
Значение давления может отсчитываться от 0 (абсолютное давление) или от атмосферного (избыточное давление). Если давление измеряется в технических атмосферах, то абсолютное давление обозначается как ата, а избыточное - как ати, например, 9 ата, 8 ати.

				кгс/см2		мм рт.ст.	мм вод.ст.
1 МПа
1 бар
1 атм
1 кгс/см2
1 мм рт. ст.
1 мм вод. ст.

Табл. 2 Соотношение между единицами давления

3 Классификация ПРИБОРов ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ, ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

Что касается компрессорной техники то измерения избыточного давления воды, пара, масла, эмульсий и различных газов величиной до нескольких десятков и даже сотен атмосфер используется механические устройства - .
Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление Pа — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление ри представляет собой разность между абсолютным давлением Pа и барометрическим давлением Рб (т. е. давлением окружающей среды):
Ри = Ра — Рб.
Если абсолютное давление ниже барометрического, то
РВ = Рб — Ра,
где Pв — разрежение.
Единицы измерения давления: Па (Н/м2); кгс/см2; мм вод. ст.; мм рт.ст.

Предназначено для коммутации электрических цепей (их замыкания или размыкания) при достижении заданного давления рабочей среды (кислород, водород, азот, углекислый газ, смесь водорода и углекислого газа, вода, компрессорные масла) заданного значения (установки), так и при понижении давления рабочей среды до значения фиксированной установки. реле давления на чувствительный элемент (мембрану) с одной стороны воздействует давление среды, с другой стороны на нее давит пружина. Усилие, с которым пружина давит на мембрану можно изменять, тем самым регулируя порог срабатывания. Мембрана, перемещаясь под воздействием приложенного давления среды и преодолевая сопротивление пружины, замыкает встроенную контактную группу - реле давления срабатывает.

Устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). Датчики абсолютного давления измеряют внешнее давление относительно вакуума (нулевого давления), который запечатывается в эталонную камеру при производстве датчика.
Датчики дифференциального давления измеряют разницу между давлениями, одновременно приложенными к противоположным сторонам диафрагмы.

Параметрический резистивный преобразователь, который преобразует деформацию твердого тела, вызванную приложенным к нему механическим напряжением, в электрический сигнал.

Резистивный тензодатчик представляет собой основание с закрепленным на нем чувствительным элементом. Принцип измерения деформаций с помощью тензометрического преобразователя состоит в том, что при деформации изменяется активное сопротивление тензорезистора. В современном виде тензометрический измерительный преобразователь конструктивно представляет собой тензорезистор, Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь в тензорезисторе имеются выводные проводники.

Прибор предназначенный для работы в системах автоматического управления, контроля и регулирования производственных процессов с целью выдачи информации об измеряемом давлении или заряжении газа или жидкости в виде унифицированного аналогового выходного сигнала.

Прибор, предназначен для измерения вакуумметрического и избыточного давлений воздуха, природных и других газов, неагрессивных к контактируемым материалам, и для коммутации внешних электрических цепей в системах общепромышленной (в том числе котельной) автоматики при достижении предельного (порогового) значения измеряемого давления.