Абсолютное давление и избыточное единицы измерения

Абсолютное и избыточное давление

Давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называется абсолютным давлением и обозначается p_абс. Абсолютный нуль давления означает полное отсутствие сжимающих напряжений.

В открытых сосудах или водоемах давление на поверхности равно атмосферному p_атм. Разность между абсолютным давлением p_абс и атмосферным p_атм называется избыточным давлением

Когда давление в какой-либо точке, расположенной в объеме жидкости, больше атмосферного, т. е. , то избыточное давление положительно и его называют манометрическим.

Если давление в какой-либо точке оказывается ниже атмосферного, т. е. , то избыточное давление отрицательно. В этом случае его называют разрежениемили вакуумметрическим давлением. За величину разрежения или вакуума принимается недостаток до атмосферного давления:

Максимальный вакуум возможен, если абсолютное давление станет равным давлению насыщенного пара, т. е. p_абс = p_н.п. Тогда

В случае если давлением насыщенного пара можно пренебречь, имеем

Единицей измерения давления в СИ является паскаль (1 Па = 1 Н/м 2 ), в технической системе – техническая атмосфера (1 ат = 1 кГ/см 2 = 98,1 кПа). При решении технических задач атмосферное давление принимается равным 1 ат = 98,1 кПа.

Манометрическое (избыточное) и вакуумметрическое (разрежение) давление часто измеряются с помощью стеклянных, открытых сверху трубок – пьезометров, присоединяемых к месту измерения давления (рис. 2.5).

Пьезометры измеряют давление в единицах высоты подъема жидкости в трубке. Пусть трубка пьезометра присоединена к резервуару на глубине h₁. Высота подъема жидкости в трубке пьезометра определяется давлением жидкости в точке присоединения. Давление в резервуаре на глубине h₁ определится из основного закона гидростатики в форме (2.5)

где – абсолютное давление в точке присоединения пьезометра;

– абсолютное давление на свободной поверхности жидкости.

Давление в трубке пьезометра (открытой сверху) на глубине h равно

Из условия равенства давлений в точке присоединения со стороны резервуара и в пьезометрической трубке получаем

Если абсолютное давление на свободной поверхности жидкости больше атмосферного (p > p_атм) (рис. 2.5.а), то избыточное давление будет манометрическим, и высота подъема жидкости в трубке пьезометра h > h₁. В этом случае высоту подъема жидкости в трубке пьезометра называют манометрической или пьезометрической высотой.

Манометрическое давление в этом случае определится как

Если абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре будет меньше атмосферного (рис. 2.5.б), то в соответствии с формулой (2.6) высота подъема жидкости в трубке пьезометра h будет меньше глубины h₁. Величину, на которую опустится уровень жидкости в пьезометре относительно свободной поверхности жидкости в резервуаре, называют вакуумметрической высотой h_вак (рис. 2.5.б).

Рассмотрим еще один интересный опыт. К жидкости, находящейся в закрытом резервуаре, на одинаковой глубине присоединены две вертикальные стеклянные трубки: открытая сверху (пьезометр) и запаянная сверху (рис. 2.6). Будем считать, что в запаянной трубке создано полное разряжение, т. е. давление на поверхности жидкости в запаянной трубке равно нулю. (Строго говоря, давление над свободной поверхностью жидкости в запаянной трубке равно давлению насыщенных паров, но ввиду его малости при обычных температурах, этим давлением можно пренебречь).

В соответствии с формулой (2.6) жидкость в запаянной трубке поднимется на высоту, соответствующую абсолютному давлению на глубине h ₁:

А жидкость в пьезометре, как показано ранее, поднимется на высоту, соответствующую избыточному давлению на глубине h ₁.

Вернемся к основному уравнению гидростатики (2.4). Величина H, равная

где z – расстояние по вертикали от рассматриваемой точки до некоторой плоскости сравнения, называется гидростатическим напором в некоторой точке объема жидкости относительно плоскости сравнения.

Если в выражении (2.7) давление равно избыточному (p = p_изб), то величина

называется пьезометрическим напором.

Как следует из формул (2.7), (2.8), напор измеряется в метрах.

Согласно основному уравнению гидростатики (2.4) как гидростатический, так и пьезометрический напоры в покоящейся жидкости относительно произвольно выбранной плоскости сравнения являются постоянными величинами. Для всех точек объема покоящейся жидкости гидростатический напор одинаков. То же самое можно сказать и про пьезометрический напор.

Это значит, что если к резервуару с покоящейся жидкостью подключить на разной высоте пьезометры, то уровни жидкости во всех пьезометрах установятся на одинаковой высоте в одной горизонтальной плоскости, называемой пьезометрической.

Поверхности уровня

Во многих практических задачах бывает важно определить вид и уравнение поверхности уровня.

Поверхностью уровня или поверхностью равного давления называется такая поверхность в жидкости, давление во всех точках которой одно и то же, т. е. на такой поверхности dp = 0.

Так как давление является некоторой функцией координат, т. е. p = f(x,y,z), то уравнение поверхности равного давления будет:

Придавая константе C разные значения, будем получать различные поверхности уровня. Уравнение (2.9) есть уравнение семейства поверхностей уровня.

Читать еще: Аневризма головного мозга реабилитация после операции

Свободная поверхность – это поверхность раздела капельной жидкости с газом, в частности, с воздухом. Обычно про свободную поверхность говорят только для несжимаемых (капельных) жидкостей. Понятно, что свободная поверхность является и поверхностью равного давления, величина которого равна давлению в газе (на поверхности раздела).

По аналогии с поверхностью уровня вводят понятие поверхности равного потенциала илиэквипотенциальной поверхности – это поверхность, во всех точках которой силовая функция имеет одно и то же значение. Т. е. на такой поверхности

Тогда уравнение семейства эквипотенциальных поверхностей будет иметь вид

где постоянная C принимает различные значения для разных поверхностей.

Из интегральной формы уравнений Эйлера (уравнения (2.3)) следует, что

Из этого соотношения можно сделать вывод, что поверхности равного давления и поверхности равного потенциала совпадают, потому что при dp = 0и dU = 0.

Важнейшее свойство поверхностей равного давления и равного потенциала состоит в следующем: объемная сила, действующая на частицу жидкости, находящуюся в любой точке, направлена по нормали к поверхности уровня, проходящей через эту точку.

Докажем это свойство.

Пусть частица жидкости из точки с координатами переместилась по эквипотенциальной поверхности в точку с координатами . Работа объемных сил на этом перемещении будет равна

Но, поскольку частица жидкости перемещалась по эквипотенциаль-ной поверхности, dU = 0. Значит работа объемных сил, действующих на частицу, равна нулю. Силы не равны нулю, перемещение не равно нулю, тогда работа может быть равна нулю только при условии, что силы перпендикулярны перемещению. То есть объемные силы нормальны к поверхности уровня.

Обратим внимание на то, что в основном уравнении гидростатики, записанном для случая, когда на жидкость действует только один вид объемных сил – силы тяжести (см. уравнение (2.5))

величина p – не обязательно давление на поверхности жидкости. Это может быть давление в любой точке, в которой оно нам известно. Тогда h – это разность глубин (по направлению вертикально вниз) между точкой, в которой давление известно, и точкой, в которой мы хотим его определить. Таким образом, с помощью этого уравнения можно определить значение давления p в любой точке через известное давление в известной точке – p.

Заметим, что величина не зависит от p. Тогда из уравнения (2.5) следует вывод: насколько изменится давление p, настолько же изменится и давление в любой точке объема жидкости p. Поскольку точки, в которых фиксируем p и p, выбраны произвольно, это означает, что давление, создаваемое в любой точке покоящейся жидкости, передается ко всем точкам занимаемого объема жидкости без изменения величины.

Как известно, в этом и состоит закон Паскаля.

По уравнению (2.5) можно определить форму поверхностей уровня покоящейся жидкости. Для этого надо положить p = const. Из уравнения следует, что это выполнимо лишь при h = const. Значит, что при действии на жидкость из объемных сил только сил тяжести, поверхности уровня представляют собой горизонтальные плоскости.

Такой же горизонтальной плоскостью будет и свободная поверхность покоящейся жидкости.

Вопрос 21. Классификация приборов измерения давления. Устройство электроконтактного манометра, способы его поверки.

Во многих технологических процессах давление является одним из основных параметров, определяющих их протекание. К ним относятся: давление в автоклавах и пропарочных камерах, давление воздуха в технологических трубопроводах и т. п.

Определение величины давления

Давление – это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.

При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.

Абсолютное давление (р_а) – это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.

Атмосферное давление (р_в) создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.

Избыточное давление определяется разностью между абсолютным давлением (р_а) и атмосферным давлением (р_в):

Вакуум (разрежение) – это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:

При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.

Статическое давление (р_ст) – это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.

Динамическое давление (р_д) – это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.

Читать еще: Воздух объемом 2 л имеет давление 10

Полное давление (р_п) движущейся среды слагается из статического (р_ст) и динамического (р_д) давлений:

Единицы измерения давления

В системе единиц СИ за единицу давления принято считать действие силы в 1 H (ньютон) на площадь 1 м², т. е. 1 Па (Паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа = 10 3 Па) или мегапаскаль (МПа=10 6 Па).

Кроме того, на практике применяют такие единицы давления:

миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);

миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.);

килограмм силы на квадратный сантиметр (кг·с/см²);

При этом соотношение между этими величинами следующее:

1 кг·с/см² = 0,0981 МПа = 1 атм

1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10 -4 кг·с/см² = 10 -4 атм

1 мм рт. ст. = 133,332 Па

1 бар = 100 000 Па = 750 мм рт. ст.

Физическое объяснение некоторых единиц измерения:

1 кг·с/см² – это давление столба воды высотой 10м;

1 мм рт. ст. – это величина уменьшения давления при подъеме на каждые 10м высоты.

Методы измерения давления

Широкое использование давления, его перепада и разрежения в технологических процессах вызывает необходимость применять разнообразные методы и средства измерения и контроля давления.

Методы измерения давления основаны на сравнении сил измеряемого давления с силами:

давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты;

развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических коробок, сильфонов и манометрических трубок);

упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты.

Классификация приборов измерения давления

Классификация по принципу действия

В соответствии с указанными методами, приборы измерения давления можно разделить, по принципу действия на:

Наибольшее распространение в промышленности получили деформационные средства измерения. Остальные, в большинстве своем, нашли применение в лабораторных условиях в качестве образцовых или исследовательских.

Классификация в зависимости от измеряемой величины

В зависимости от измеряемой величины средства измерения давления подразделяются на:

манометры – для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного);

микроманометры (напоромеры) – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);

барометры – для измерения атмосферного давления;

микровакуумметры (тягомеры) – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);

вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;

мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;

напоротягомеры – для измерения избыточного (до 40 кПа) и вакуумметрического давления (до -40 кПа);

манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;

дифференциальные манометры – для измерения разности (перепада) давлений.

Понятие об абсолютном, атмосферном и избыточном давлении. Единицы измерения. Расчетное, разрешенное, пробное, рабочее давление.

Ответ: Давление

p = ; в системе СИ единицей измерения давления является 1 = 1 Па.

1МПа = 10 6 Па; 1КПа = 10 3 Па.

При решении прикладных задач чаще используется избыточное давление.

Гидростатическое давление¾ P_изб = ρgH;

Простейший прибор для измерения этого давления – пьезометр. Измерение по пьезометру проводят в единицах высоты столба жидкости.

Атмосферное давление равное 760 мм. рт. ст. соответствует высоте ртути в пьезометре 760 мм.

Подставив ρ_рт = 13600 кг/м 3 получим Р = 13600·9,8·0,76 = 1,013·10 5 Па.

Эта величина называется физической атмосферой.

Давление 736 мм. рт. ст. соответствует технической атмосфере.

P = 13600·9,8·0,736 = 98094 Па = 0,981·10 5 Па.

Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. Атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с площадью основания, равной единице.

На земной поверхности оно изменяется в зависимости от места. Измеряется барометром.

Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па).

Избыточное давление
Избыточное давление — это разница между абсолютным и атмосферным (барометрическим) давлением: Р_изб = P – P_атм

где Р_изб – избыточное давление; Р – абсолютное давление; Р_атм – атмосферное давление.
Величину избыточного давления измеряют при помощи манометров.

Для абсолютного давления нулем является отметка при переходе вакуума в давление, таким образом, его значение можно получить – измерив, избыточное давление плюс атмосферное давление.
Для избыточного давления нулем является давление атмосферного воздуха, таким образом, его значение равно абсолютному давлению минус атмосферное давление.

Давление пробное — давление, при котором производится испытание сосуда.

Давление рабочее — максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.

Давление расчетное — давление, на которое производится расчет на прочность.

Разрешенное давление — это максимально допустимое избыточное давление сосуда, установленное по результатом технического освидетельствования или диагностирования.

2. Аварийная остановка сосуда. Средства пожаротушения.

Ответ: Сосуд должен быть немедленно остановлен в случаях предусмотренных инструкцией по режиму работы и безопасному обслуживанию в частности:

Читать еще: Глицин от давления повышенного отзывы

А) Если давление в сосуде поднялось выше разрешенного и не снижается, несмотря на меры принятые персоналом.

Б) При выявлении неисправности предохранительных устройств от повышения давления.

В) При обнаружении в сосуде и его элементах не плотности (выпучен, разрыв прокладок).

Г) При неисправности манометра и невозможности определить давление по другим приборам.

Д) При снижении уровня жидкости ниже допустимого в сосудах с огневым обогревом.

Е) При выходе из строя всех указателей уровня жидкости.

Ж) При неисправности предохранительных блокировочных устройств.

З) При возникновении пожара непосредственно угрожающего сосуду.

Абсолютное давление = absolute pressure и приборное (избыточное) давление = gauge pessure. В частности — что такое psig и psia?

Абсолютное давление = absolute pressure и приборное (избыточное) давление = gauge pessure. В частности — что такое psig и psia ? Вариант для печати.

В классической физике, например, в термодинамике, давление измеряется в единицах абсолютного давления (большой выбор от dpva.ru) относительно абсолютного вакуума, но, говоря о давлении в технике, мы обычно имеем в виду т.н. приборное или избыточное давление (изредка его еще называют «действующим», и совсем редко «манометрическим»).

Все эти понятия связаны следующим нехитрым равенством: Абсолютное давление на планете земля, это суммарное давление, воздействующее на вещество, или другими словами это сумма атмосферного (барометрического) и избыточного давлений:

Разница между понятиями в том, что:

приборное или избыточное («действующее», «манометрическое») давление измеряется относительно атмосферного, или:
ноль приборного (избыточного) давления равен атмосферному (барометрическому) давлению, или
абсолютный вакуум равен «минус одной атмосфере» приборного (избыточного,манометрического) давления и, при этом, равен нулю абсолютного давления.

Имейте в виду, что в подавляющем большинстве случаев в инжнерной жизни говоря о давлении имеют в виду именно приборное (избыточное) давление. Но всегда можно и переспросить.

Единица давления psig — приборное (избыточное над атмосферным) давление в psi (фунтах на квадратный дюйм) — единица англосаксов. Единица давления psia — абсолютное в psi (фунтах на квадратный дюйм).

Абсолютное давление — величина измеренная относительно давления равного абсолютному нулю. Другими словами — давление относительно абсолютного вакуума.
Барометрическое давление, атмосферное дваление — это абсолютное давление земной атмосферы. Свое названиеэтот тип давления получил от измерительного прибора барометра, который как известно определяет атмосферное давление в определенный момент времени при определенно температуре и на определенной высоте над уровнем моря. Относительно этого давления определяются избыточное давление и вакуум.
Давление избыточное — имеет место в том случае если имеется положительная разность между измеряемым давлением и барометрическим. То есть избыточное давление это величина на которую измеряемое давлением больше барометрического. Для измерения этого вида давления используют манометр. Это, очевидно, положительное приборное давление.
Вакуум или по другому вакуумметрическое давлениеэто величина на которую измеряемое приборное давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных от -103 до 0 кПа. Приборы способные измерять этот тип давления называют вакуумметрами. Это, само-собой, отрицательное приборное давление.
Дифференциальное давление возникает когда сравнивается одно давление относительно другого. В строгом смысле все виды двления, кроме абсолютного — диффренциальные 🙂

Абсолютное давление и избыточное единицы измерения

Физические величины. Давление

Атмосферное давление Р_О

Атмосферное давление является давлением окружающего воздуха следствие его веса. Оно зависит от высоты и на уровне моря нормальное атмосферное давление составляет: 1 атм = 1,01325 бар = 760 мм ртутного столба = 10,332 м.водного столба = 101325 Па = 1,033 кгс/см 2 .

Чем выше точка измерения, тем меньше атмосферное давление, так на высоте1000 матмосферное давление равно 89860 Па, а на высоте2000 м– 79720 Па.

Избыточное давление Р_изб

Избыточное давление Р_изб – это давление над атмосферным. Уточняющий индекс «изб» часто опускается.

Абсолютное давление Р_абс

Абсолютное давление Р_абс – это сумма атмосферного давления Р_О и избыточного давления Р_изб. В полном вакууме, абсолютное давление равно 0. В атмосфере на уровне моря, абсолютное давление составляет 1 атм.

Для измерения давления сжатого воздуха используется понятие «техническая атмосфера» (1ат = 1 кгс/см 2 ). Если давление измеряется в технических атмосферах, то абсолютное давление обозначается как «ата», а избыточное – как «ати».

В соответствии с международной системой единиц СИ, давление надлежит указывать в паскалях (Па).