Избыточное давление манометрическое давление

Единица СИ для давления находится в Паскалях (Па). Другие единицы не SI — это PSI и бар. На самом деле существует множество единиц для выражения давления. Каждая область науки и дисциплины имеет разные предпочтения, и она одинакова с различными регионами и организациями.

Время от времени давление выражается как глубина конкретной жидкости. Наиболее часто используются ртуть (мм рт. Ст.), Основанная на ее высокой плотности и воде (мм H2O), в зависимости от ее доступности. Однако измерение давления в колонке с жидкостью неточно. Плотность жидкости и особенно, гравитация может варьироваться в любой заданной области. Существуют также другие типы единиц давления, например, ATM и торр.

Существует два типа ссылок для измерения давления «манометрическое давление и абсолютное давление». Абсолютное давление измеряется относительно абсолютного нулевого давления. Абсолютное давление — это давление, которое должно происходить в абсолютном вакууме, или в нулевом фунте на квадратный дюйм (PSI). Все расчеты, связанные с газовыми законами, требуют давления, а температура — в абсолютных единицах. Абсолютное давление также называют «общим давлением в системе». Чтобы отличить его от избыточного давления, термин «абс» обычно помещается после блока.

И наоборот, манометрическое давление является наиболее часто используемым эталоном давления. Все машины, такие как воздушные компрессоры, скважинные насосы и манометры, будут использовать избыточное давление. Это давление не учитывает атмосферное давление. Другими словами, манометрическое давление использует атмосферное давление (14,7 фунт / кв.дюйм), так как оно равно нулю. Иногда это называют «избыточным давлением». A ‘g’ часто помещается после единицы давления, чтобы обозначить, что конкретное измерение является манометрическим давлением.

Следует отметить, что атмосферное давление может меняться в зависимости от многих факторов, таких как местность. Высоты и температура являются важными факторами. Стандартное атмосферное давление (1 ATM) составляет около 14,7 PSI.

1. Абсолютное давление измеряется относительно вакуума, а манометрическое давление — это разница между абсолютным давлением и атмосферным давлением.

2. Абсолютное давление использует абсолютный ноль, поскольку это нулевая точка, а манометрическое давление использует атмосферное давление, поскольку оно равно нулю.

3. Обычно используется калибровочное давление, а абсолютное давление используется для научных экспериментов и расчетов.

4. Чтобы указать манометрическое давление, после блока устанавливается «g». Абсолютное давление, с другой стороны, использует термин «abs».

5. Из-за переменного атмосферного давления измерение избыточного давления не является точным, а абсолютное давление всегда определено.

6. Абсолютное давление иногда называют «полным давлением в системе», а избыточное давление иногда называют избыточным давлением.

Избыточное давление манометрическое давление

Если в данной точке жидкости абсолютное давление меньше барометрического, то разность между барометрическим и абсолютным давлениями называется вакуумметрическим давлением p_вак.

Пусть необходимо измерить давление на уровне 1-1. Если на этом уровне сделать отверстие и присоединить к нему стеклянную трубку П, то жидкость в этой трубе поднимется под действием давления на некоторую высоту h.

Рис. 19

По основному уравнению гидростатики

,

.

Этой высотой h поднятия жидкости в трубке П можно измерять манометрическое давление ( рис. 19 ). Трубка П называется пьезометром.

Hайдем соотношение между 1, 1 м вод. ст. и 1 мм рт. ст.

При высоте водного столба h=1 м давление

.

При высоте ртутного столба h = 1 мм давление

.

Для измерения вакуумметрического давления применяется вакуумметр. Допустим, что требуется измерить вакуумметрическое давление воздуха в сосуде S, т.е. величину , где p_a — абсолютное давление в сосуде.

Присоединим к сосуду изогнутую трубку, опущенную в жидкость.

Применяя основное уравнение гидростатики для точки, расположенной в трубке на уровне свободной поверхности жидкости в резервуаре ( рис. 20 ), получим

,

.

,

.

Вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема жидкости в изогнутой трубке над уровнем в резервуаре.

6.6. Сила давления жидкости на плоскую стенку

Гидростатическое давление представляет собой систему параллельных сил, действующих в одну сторону и перпендикулярных к плоскости стенок (рис. 21).

Такая система приводится к одной силе — равнодействующей, равной арифметической сумме всех сил и приложенной в центре параллельных сил. Для определения равнодействующей давлений, приложенных к площадке S, плоскость которой Q наклонена к горизонту под углом q,

возьмем начало координат в плоскости приведенного уровня на линии пересечения с плоскостью площадки, приняв линию пересечения за ось oy₁ и направив ось oz₁ вертикально вниз, кроме того в плоскости площадки возьмем вспомогательные оси oy и ox, совместив oy₁ и oy.

,

,

.

.

Последний интеграл равен площади площадки S, умноженной на координату центра тяжести z_1c

.

Произведение выражает объем цилиндрического столба с основанием S и высотой z_1c и мы приходим к выводу, что давление тяжелой жидкости на плоскую площадку измеряется весом цилиндрического столба этой жидкости, который был бы расположен над площадкой, если бы она лежала горизонтально на глубине своего центра тяжести.

Сосуды различной формы, но с одинаковой площадью дна, наполненные жидкостью на одну и ту же высоту H, имеют одинаковую силу давления на дно ( рис. 22 ).

Абсолютное и манометрическое давление. Вакуум. Приборы для измерения давления

Применив основное уравнение гидростатики для двух точек, одна из которых расположена на свободной поверхности, получим:

,

где р – давление на свободной поверхности;

z – z = h – глубина погружения точки А.

Отсюда следует, что давление в жидкости увеличивается с глубиной погружения, а формула абсолютного гидростатического давления в точке покоящейся жидкости имеет вид:

. (3.10)

Часто давление на свободной поверхности воды равно атмосферному давлению р = р_ат, в этом случае абсолютное давление определяется как:

, (3.10 * )

а называют избыточным давлением и обозначают р_изб.

Избыточное давление определяется как разность абсолютного и атмосферного давлений:

,

.

Абсолютное гидростатическое давление может быть меньше атмосферного, но всегда больше нуля. Избыточное давление может быть и больше, и меньше нуля.

Положительное избыточное давление называют манометрическим давлением р_ман:

.

Манометрическое давление показывает, на сколько абсолютное давление превышает атмосферное (рис. 3.7).

Отрицательное избыточное давление называют вакуумметрическим давлением р_вак:

.

Вакуумметрическое давление показывает насколько абсолютное давление ниже атмосферного.

Практически наибольший вакуум в жидкости ограничен значением давления насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Проиллюстрируем графически взаимосвязь между абсолютным, манометрическим и вакуумметрическим давлениями (см. рис. 3.7).

Представим плоскость, во всех точках которой абсолютное давление р_абс = 0 (линия 0-0 на рис. 3.7). Выше этой плоскости на расстоянии, соответствующем атмосферному давлению, расположена плоскость, во всех точках которой р_абс =р_ат (линия А-А). Таким образом, линия 0-0 является базой для отсчета абсолютного давления, а линия А-А – базой для отсчета манометрического давления и вакуума.

Если в точке С вжидкости абсолютное давление р_абс(С) больше атмосферного, то расстояние от точки С до линии А-А будет равно манометрическому давлению р_м(С) вточке С. Если в точке D вжидкости абсолютное давление p_абс(D) меньше атмосферного, то расстояние от точки D до линии А-А будет соответствовать вакуумметрическому давлению р_(вак)D в точке D.

Приборы для измерения гидростатического давления можно подразделить на две группы: жидкостные и механические. В основе жидкостных приборов для измерения давления лежит принцип сообщающихся сосудов.

Простейшим жидкостным прибором для измерения давления является пьезометр. Пьезометр представляет собой прозрачную трубку диаметром не менее 5 мм (для избежания капиллярности). Один ее конец присоединен к сосуду, в котором измеряется давление, а другой конец открыт. Схема установки пьезометра показана на рис. 3.8, а.

Абсолютное давление в сосуде в точке С присоединения пьезометра в соответствии с формулой (3.10 * ) составляет:

, (3.11)

где h_п – высота подъема жидкости в пьезометре (пьезометрическая высота).

Из уравнения (3.11) находим, что:

.

Рис. 3.8. Схема установки пьезометров: а – для измерения давления в точке
присоединения; б – для измерения давления в сосуде над свободной поверхностью

Таким образом, высота подъема жидкости в пьезометре определяется избыточным (манометрическим) давлением в точке С. Измерив высоту подъема жидкости в пьезометре, можно определить избыточное давление в точке его присоединения.

С помощью пьезометра можно определить давление р в сосуде над свободной поверхностью. Давление в точке С:

, (3.12)

где h_С – глубина погружения точки С относительно уровня жидкости в сосуде.

Из уравнений (3.11) и (3.12) находим:

.

В этом случае для удобства определения разности h_п – h_С схема установки пьезометра может быть такой, как на рис. 3.8, б.

Пьезометр является очень чувствительным и точным прибором, однако он удобен только для измерения небольших давлений;при больших давлениях трубка пьезометра получается, чрезмерно длинной, что осложняет измерения. В этих случаях применяют так называемые жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не той же жидкостью, что и жидкость, находящаяся в сосуде, как это имеет место в пьезометре, а жидкостью большего удельного веса; обычно такой жидкостью является ртуть. Так как удельный вес ртути больше удельного веса воды в 13,6 раза, то при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается более компактным.

Ртутный манометр (рис. 6.3) представляет собой обычно U-образную стеклянную трубку, изогнутое колено которой заполняется ртутью. Под действием давления р в сосуде уровень ртути в левом колене манометра понижается, а в правом – повышается. При этом гидростатическое давление в точке А, взятой на поверхности ртути в левом колене, по аналогии с предыдущим, определяется следующим образом:

,

где r_ж и r_рт – плотности соответственно жидкости в сосуде и ртути.

.

В тех случаях, когда необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или же в двух точках жидкости в одном и том же сосуде, применяют дифференциальные манометры. Дифференциальный манометр, присоединенный к двум сосудам А и В, представлен на рис. 3.10. Здесь для давления р на уровне поверхности ртути в левом колене имеем:

,

,

или, так как ,

.

Таким образом, разность давлений определяется разностью уровней в двух коленах дифференциального манометра.

Для повышения точности измерений, а также при измерении незначительных давлений применяются микроманометры.

Микроманометр состоит из резервуара А, присоединяемого к сосуду, в котором измеряется давление, и манометрической трубки В,угол наклона α к горизонту которой можно менять. Одна из конструкций микроманометра, так называемый наклонный микроманометр, изображена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Микроманометр

Давление у основания трубки, измеряемое микроманометром, определяется выражением:

.

Микроманометр обладает большей чувствительностью, так как он позволяет вместо малой высоты h отсчитывать длину l тем большую, чем меньше угол a.

Для измерения давления меньше атмосфер­ного (в сосуде имеется вакуум) служат приборы, называемые вакуумметрами. Однако вакуумметры обычно измеряют не непосредственно давление, а вакуум, то есть недостаток давления до атмосферного. Принципиально они ничем не отличаются от ртутных манометров и представляют собой заполненную ртутью изогнутую трубку (рис. 3.12), один конец которой А соединяется с сосудом В, где измеряется давление р, а другой конец С открыт. Пусть, например, измеряется давление газа в сосуде В, в этом случае получаем:

.

,

соответствующую вакууму в сосуде называют вакуумметрической высотой и обозначают h_вак.

Когда необходимо измерять большие давления, применяют приборы второго типа – механические. Наибольшим распространением пользуется на практике пружинный манометр (рис. 3.13, а). Он состоит из полой тонкостенной изогнутой латунной трубки (пружины) А, один конец которой запаян и соединен при помощи цепи В с зубчатым механизмом С; второй конец трубки – открытый – сообщается с сосудом, в котором замеряется давление. Через этот конец в трубку А поступает жидкость. Под действием давления пружина частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой судят о величине давления. Такие манометры обычно снабжаются градуированной шкалой, показывающей давление в атмосферах, а иногда оборудуются и самописцами.

Кроме того, существуют так называемые мембранные манометры (рис. 3.13, б), в которых жидкость воздействует на тонкую металлическую (или из прорезиненной материи) пластинку – мембрану. Получающаяся при этом деформация мембраны посредством системы рычагов передается стрелке, указывающей величину давления.

Рис. 3.13. Пружинный (а) и мембранный (б) манометры