Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление - одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ. Давлением во многом определяется ход технологического процесса и режимы его функционирования. С задачей измерения давления приходится встречаться при измерении некоторых технологических параметров, таких как расход пара, воды или газа, при изменяющихся термодинамических параметрах, уровня жидкости и т.д.

В практике измерения различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разрежение).

Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.

Абсолютное давление – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

Вакуум (разрежение) – разность между барометрическим и абсолютным давлениями.

В Международной системе единиц СИ за единицу давления принят паскаль (Па) – давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м 2 и направленной нормально к ней.

Разнообразие видов измеряемых давлений, а также областей их применения в технологии и научных исследованиях обусловило использование наряду с системной единицей давления и внесистемных единиц. К их числу относятся бар, миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водяного столба (мм в.с.), килограмм-сила на сантиметр квадратный (кгс/см 2), килограмм-сила на метр квадратный (кгс/м 2). Соотношение единиц давления приведены в таблице 3.

Таблица 3. Соотношение единиц давления

Средства измерения давления классифицируются по виду измеряемого давления и принципу действия.

По виду измеряемого давления средства измерения подразделяются на:

- манометры избыточного давления – для измерения избыточного давления;

- манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитанного от абсолютного нуля;

- барометры – для измерения атмосферного давления;

- вакуумметры – для измерения вакуума (разрежения);

- мановакуумметры – для измерения избыточного давления и вакуума (разрежения);

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

- тягомеры – вакуумметры с верхним пределом измерения не более -40 кПа;

- тягонапоромеры – мановакуумметры с диапазоном измерения +20…-20 кПа;

- вакуумметры остаточного давления – вакуумметры, предназначенные для измерения глубокого вакуума или остаточного давления, т.е. абсолютного давления менее 200 Па;

- дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.

По принципу действия средства измерения давлений подразделяются на:

Жидкостные;

Поршневые;

Деформационные (пружинные);

Ионизационные;

Тепловые;

Электрические.

В настоящее время предприятия приборостроения выпускают большой парк средств измерений давлений, позволяющих измерять давление в диапазоне 10 -12 …10 11 Па.

Жидкостные средства измерения давления

с гидростатическим уравновешиванием

В приборах с гидростатическим уравновешиванием мерой измеряемого давления является высота столба рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости, называемой затворной или манометрической, применяют дистиллированную воду, этиловый спирт, ртуть, трансформаторное масло. Выбор рода рабочей жидкости определяется диапазоном измеряемого давления, условиями эксплуатации и требуемой точностью измерения.

В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерения давления существенно ограничена. В большинстве случаев они заменены более совершенными деформационными средствами измерений. К числу средств измерений, которые еще применяются, относятся поплавковые, колокольные и U-образные дифманометры.

Рис. 25 Схема поплавкового дифманометра

Поплавковые дифманометры представляют собой два сообщающихся сосуда (рис. 25). Площадь сечения F широкого сосуда 1 значительно больше площади сечения f узкого сосуда 7. Внутренняя полость сообщающихся сосудов заполняется рабочей жидкостью до нулевой отметки. О значении измеряемой величины судят по указателю 3. При подключении прибора большее давление подается в сосуд 1, а меньшее – в сосуд 7.

Подача давления осуществляется через вентили 5 и 6. Вентиль 4 служит для исключения возможного выброса рабочей жидкости при односторонней подаче давления. Для этого перед подключением прибора вентиль 4 открывают, а вентили 5 и 6 закрывают. После подключения сначала открывают вентиль 6 для подачи меньшего давления, затем вентиль 5. После стабилизации давления вентиль 4 закрывают и прибор готов к работе. При отключении прибора порядок обратный.

В процессе измерения жидкость в широком сосуде перемещается вниз, а вместе с ней перемещается поплавок 2, который через механическую передачу перемещает указатель 3 отсчетного устройства. Перемещение поплавка происходит до тех пор, пока измеряемая разность давлений Р 1 – Р 2 не уравняется давлением столба жидкости высотой h 1 + h 2 , т.е.

P 1 – P 2 = g(r ж - r с)(h 1 – h 2) (84)

где g – ускорение свободного падения;

h 1 , h 2 – перемещение уровня жидкости в сосудах 1 и 7;

r ж – плотность рабочей жидкости;

r с – плотность измеряемой среды.

Учитывая равенство объемов жидкости, перешедших из сосуда 1 в сосуд 7

Fh 2 = fh 1 (85)

Преобразуем уравнение (84):

(86)

Уравнение (86) представляет собой статическую характеристику поплавкового дифманометра, из которого следует, что для получения одинакового перемещения h 2 поплавка при измерении разности давлений в различных диапазонах, необходимо изменять отношение F/f . Практически это делают заменой узкого сосуда одного диаметра на сосуд другого диаметра.

Поплавковые дифманометры рассчитаны на номинальные перепады давления, верхние пределы которых ограничены значениями от 6,3 кПа до 0,10 МПа. Статическое давление измеряемой среды не более 25 МПа. Класс точности поплавковых дифманометров 1,0 и 1,5.

Колокольные дифманометры представляют собой колокол, погруженный в рабочую жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений (рис. 26). Противодействующая сила создается за счет утяжеления колокола при его подъеме и уменьшения тяжести колокола при его погружении. Достигается это за счет изменения гидростатической подъемной силы, действующей на колокол согласно закону Архимеда.

Рис. 26 Схема колокольного дифманометра

Если давления в измерительных камерах 2 и 3 равны между собой, то колокол 1 находится в среднем положении, соответствующему нулевому перепаду давления (рис.26 а). Если перепад давлений получает некоторое приращение d(Р 1 – Р 2), то колокол всплывает. Подъем продолжается до уравнивания подъемной силы от перепада давления и гидростатической подъемной силы.

Для состояния равновеcия, показанного на рис. 26 б, справедливы равенства:

d(P 1 – P 2)F = (dH + dy)Dfg(r ж - r с); (87)

dh = dy + dx (88)

d(P 1 – P 2) = dh(r ж - r с)g (89)

fdy = DfdH + (Ф – F)dx (90)

где F – площадь внешнего поперечного сечения колокола;

dH – перемещение колокола;

dy – перемещение жидкости под колоколом;

Df – площадь поперечного сечения стенок колокола;

r ж, r с – плотность рабочей жидкости и измеряемой среды;

dh – разность уровней жидкости снаружи и внутри колокола;

dx – перемещение жидкости в широком сосуде;

Ф – площадь поперечного сечения широкого сосуда;

f – внутренняя площадь поперечного сечения колокола.

Решив совместно уравнения (87) – (90), получим зависимость:

, (91)

которая после интегрирования от нуля до Р 1 – Р 2 преобразуется к виду

(92)

Уравнение (92) представляет собой статическую характеристику колокольного дифманометра с гидростатическим уравновешиванием. Для обеспечения измерения перепада давлений в широком диапазоне значение отношения f/Df необходимо по возможности уменьшить.

Колокольные дифманометры с гидростатическим уравновешиванием обладают высокой чувствительностью и могут использоваться для измерения малых давлений, перепадов давлений и разрежений.

Некоторые модификации колокольных дифманометров оснащаются преобразователем механического перемещения в токовый унифицированный сигнал для передачи информации на расстояние.

Самым простым по устройству среди жидкостных средств измерения давления является U-образный дифманометр. Дифманометр состоит из двух прямых стеклянных трубок, соединенных по способу сообщающихся сосудов (рис. 27).

Давление - физическая величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, перпендикулярно этой поверхности. Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности.

Паскаль

В международной системе единиц (системе СИ) давление измеряется в Паскалях (Па, Pa). Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.

1Па(Pa) = 1Н/кв. м

Производные от этой единицы: 1 кПа=1000 Па и 1 МПа=1000000 Па.

Система СИ, понятная всем в России, принята далеко не во всех странах. В некоторых государствах используются свои, традиционные единицы измерения. Например, в англоязычных странах популярностью пользуется фунт на квадратный дюйм (pounds per square inch или PSI). Для того, чтобы преобразовать эти единицы измерения в привычную для России систему СИ, к вашим услугам - сервис « ». Для измерения давления также используются следующие единицы:

Бар

Единица измерения давления, не входящая в систему СИ.

1 бар = 100000,0 паскаля.

Производные от этой единицы: 1 миллибар (мбар) = 0,001 бар - часто применяется в метеорологии, а также 1 микроба́р (мкбар), равный 10 в минус 6 степени бар - используется для измерения атмосферного давления на планетах с разреженной атмосферой.

Торр

Внесистемная единица измерения давления, названа в честь итальянского математика и физика Э. Торричелли. В России используется обозначение торр, в других странах - Torr.

1 торр = 133,322 паскаля.

В научной литературе на русском языке чаще применяется равная ей единица - миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Иногда используются миллиметры водяного столба (1 мм рт. ст. = 13,5951 мм вод. ст.). В США и Канаде также, используется единица измерения «дюйм ртутного столба» (обозначение - inHg). 1 inHg = 3,386389 кПа при 0°C.

Существуют две примерно равные друг другу единицы измерения давления:

Физическая атмосфера

Единица измерения давления, не входящая в систему СИ. В России используется сокращение - атм, в других странах - atm.

1 физическая атмосфера = 101 325 Па или 760 миллиметрам ртутного столба.

Техническая атмосфера

Внесистемная единица измерения давления. Сокращенное обознчание для России - ат, международное - at. В техническом жаргоне часто используют синоним «килограмм», подразумевая силу давления.

1 техническая атмосфера = давлению 1 кгс на 1 см².

Длина и расстояние Масса Меры объема сыпучих продуктов и продуктов питания Площадь Объем и единицы измерения в кулинарных рецептах Температура Давление, механическое напряжение, модуль Юнга Энергия и работа Мощность Сила Время Линейная скорость Плоский угол Тепловая эффективность и топливная экономичность Числа Единицы измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Угловая скорость и частота вращения Ускорение Угловое ускорение Плотность Удельный объем Момент инерции Момент силы Вращающий момент Удельная теплота сгорания (по массе) Плотность энергии и удельная теплота сгорания топлива (по объему) Разность температур Коэффициент теплового расширения Термическое сопротивление Удельная теплопроводность Удельная теплоёмкость Энергетическая экспозиция, мощность теплового излучения Плотность теплового потока Коэффициент теплоотдачи Объёмный расход Массовый расход Молярный расход Плотность потока массы Молярная концентрация Массовая концентрация в растворе Динамическая (абсолютная) вязкость Кинематическая вязкость Поверхностное натяжение Паропроницаемость Паропроницаемость, скорость переноса пара Уровень звука Чувствительность микрофонов Уровень звукового давления (SPL) Яркость Сила света Освещённость Разрешение в компьютерной графике Частота и длина волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Электрический заряд Линейная плотность заряда Поверхностная плотность заряда Объемная плотность заряда Электрический ток Линейная плотность тока Поверхностная плотность тока Напряжённость электрического поля Электростатический потенциал и напряжение Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Электрическая проводимость Удельная электрическая проводимость Электрическая емкость Индуктивность Американский калибр проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Магнитодвижущая сила Напряженность магнитного поля Магнитный поток Магнитная индукция Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Радиоактивный распад Радиация. Экспозиционная доза Радиация. Поглощённая доза Десятичные приставки Передача данных Типографика и обработка изображений Единицы измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 паскаль [Па] = 0,00750061682704 торр [торр]

Исходная величина

Преобразованная величина

паскаль эксапаскаль петапаскаль терапаскаль гигапаскаль мегапаскаль килопаскаль гектопаскаль декапаскаль деципаскаль сантипаскаль миллипаскаль микропаскаль нанопаскаль пикопаскаль фемтопаскаль аттопаскаль ньютон на кв. метр ньютон на кв. сантиметр ньютон на кв. миллиметр килоньютон на кв. метр бар миллибар микробар дина на кв. сантиметр килограмм-сила на кв. метр килограмм-сила на кв. сантиметр килограмм-сила на кв. миллиметр грамм-сила на кв. сантиметр тонна-сила (кор.) на кв. фут тонна-сила (кор.) на кв. дюйм тонна-сила (дл.) на кв. фут тонна-сила (дл.) на кв. дюйм килофунт-сила на кв. дюйм килофунт-сила на кв. дюйм фунт-сила на кв. фут фунт-сила на кв. дюйм psi паундаль на кв. фут торр сантиметр ртутного столба (0°C) миллиметр ртутного столба (0°C) дюйм ртутного столба (32°F) дюйм ртутного столба (60°F) сантиметр вод. столба (4°C) мм вод. столба (4°C) дюйм вод. столба (4°C) фут водяного столба (4°C) дюйм водяного столба (60°F) фут водяного столба (60°F) техническая атмосфера физическая атмосфера децибар стен на квадратный метр пьеза бария (барий) Планковское давление метр морской воды фут морской воды (при 15°С) метр вод. столба (4°C)

Подробнее о давлении

Общие сведения

В физике давление определяется как сила, действующая на единицу площади поверхности. Если две одинаковые силы действуют на одну большую и одну меньшую поверхность, то давление на меньшую поверхность будет больше. Согласитесь, гораздо страшнее, если вам на ногу наступит обладательница шпилек, чем хозяйка кроссовок. Например, если надавить лезвием острого ножа на помидор или морковь, овощ будет разрезан пополам. Площадь поверхности лезвия, соприкасающаяся с овощем, мала, поэтому давление достаточно велико, чтобы разрезать этот овощ. Если же надавить с той же силой на помидор или морковь тупым ножом, то, скорее всего, овощ не разрежется, так как площадь поверхности ножа теперь больше, а значит давление - меньше.

В системе СИ давление измеряется в паскалях, или ньютонах на квадратный метр.

Относительное давление

Иногда давление измеряется как разница абсолютного и атмосферного давления. Такое давление называется относительным или манометрическим и именно его измеряют, например, при проверке давления в автомобильных шинах. Измерительные приборы часто, хотя и не всегда, показывают именно относительное давление.

Атмосферное давление

Атмосферное давление - это давление воздуха в данном месте. Обычно оно обозначает давление столба воздуха на единицу площади поверхности. Изменение в атмосферном давлении влияет на погоду и температуру воздуха. Люди и животные страдают от сильных перепадов давления. Пониженное давление вызывает у людей и животных проблемы разной степени тяжести, от психического и физического дискомфорта до заболеваний с летальным исходом. По этой причине, в кабинах самолетов поддерживается давление выше атмосферного на данной высоте, потому что атмосферное давление на крейсерской высоте полета слишком низкое.

Атмосферное давление понижается с высотой. Люди и животные, живущие высоко в горах, например в Гималаях, адаптируются к таким условиям. Путешественники, напротив, должны принять необходимые меры предосторожности, чтобы не заболеть из-за того, что организм не привык к такому низкому давлению. Альпинисты, например, могут заболеть высотной болезнью, связанной с недостатком кислорода в крови и кислородным голоданием организма. Это заболевание особенно опасно, если находиться в горах длительное время. Обострение высотной болезни ведет к серьезным осложнениям, таким как острая горная болезнь, высокогорный отек легких, высокогорный отек головного мозга и острейшая форма горной болезни. Опасность высотной и горной болезней начинается на высоте 2400 метров над уровнем моря. Во избежание высотной болезни доктора советуют не употреблять депрессанты, такие как алкоголь и снотворное, пить много жидкости, и подниматься на высоту постепенно, например, пешком, а не на транспорте. Также полезно есть большое количество углеводов, и хорошо отдыхать, особенно если подъем в гору произошел быстро. Эти меры позволят организму привыкнуть к кислородной недостаточности, вызванной низким атмосферным давлением. Если следовать этим рекомендациям, то организму сможет вырабатывать больше красных кровяных телец для транспортировки кислорода к мозгу и внутренним органам. Для этого организм увеличат пульс и частоту дыхания.

Первая медицинская помощь в таких случаях оказывается немедленно. Важно переместить больного на более низкую высоту, где атмосферное давление выше, желательно на высоту ниже, чем 2400 метров над уровнем моря. Также используются лекарства и портативные гипербарические камеры. Это легкие переносные камеры, в которых можно повысить давление с помощью ножного насоса. Больного горной болезнью кладут в такую камеру, в которой поддерживается давление, соответствующее более низкой высоте над уровнем моря. Такая камера используется только для оказания первой медицинской помощи, после чего больного необходимо спустить ниже.

Некоторые спортсмены используют низкое давление, чтобы улучшить кровообращение. Обычно для этого тренировки проходят в нормальных условиях, а спят эти спортсмены в среде с низким давлением. Таким образом, их организм привыкает к высокогорным условиям и начинает вырабатывать больше красных кровяных телец, что, в свою очередь, повышает количество кислорода в крови, и позволяет достичь более высоких результатов в спорте. Для этого выпускаются специальные палатки, давление в которых регулируются. Некоторые спортсмены даже изменяют давление во всей спальне, но герметизация спальни - дорогостоящий процесс.

Скафандры

Пилотам и космонавтам приходится работать в среде с низким давлением, поэтому они работают в скафандрах, позволяющих компенсировать низкое давление окружающей среды. Космические скафандры полностью защищают человека от окружающей среды. Их используют в космосе. Высотно-компенсационные костюмы используют пилоты на больших высотах - они помогают пилоту дышать и противодействуют низкому барометрическому давлению.

Гидростатическое давление

Гидростатическое давление - это давление жидкости, вызванное силой тяжести. Это явление играет огромную роль не только в технике и физике, но также и в медицине. Например, кровяное давление - это гидростатическое давление крови на стенки кровеносных сосудов. Кровяное давление - это давление в артериях. Оно представлено двумя величинами: систолическим, или наибольшим давлением, и диастолическим, или наименьшим давлением во время сердцебиения. Приборы для измерения артериального давления называются сфигмоманометрами или тонометрами. За единицу артериального давления приняты миллиметры ртутного столба.

Кружка Пифагора - занимательный сосуд, использующий гидростатическое давление, а конкретно - принцип сифона. Согласно легенде, Пифагор изобрел эту чашку, чтобы контролировать количество выпитого вина. По другим источникам эта чашка должна была контролировать количество выпитой воды во время засухи. Внутри кружки находится изогнутая П-образная трубка, спрятанная под куполом. Один конец трубки длиннее, и заканчивается отверстием в ножке кружки. Другой, более короткий конец, соединен отверстием с внутренним дном кружки, чтобы вода в чашке наполняла трубку. Принцип работы кружки схож с работой современного туалетного бачка. Если уровень жидкости становится выше уровня трубки, жидкость перетекает во вторую половину трубки и вытекает наружу, благодаря гидростатическому давлению. Если уровень, наоборот, ниже, то кружкой можно спокойно пользоваться.

Давление в геологии

Давление - важное понятие в геологии. Без давления невозможно формирование драгоценных камней, как природных, так и искусственных. Высокое давление и высокая температура необходимы также и для образования нефти из остатков растений и животных. В отличие от драгоценных камней, в основном образующихся в горных породах, нефть формируется на дне рек, озер, или морей. Со временем над этими остатками собирается всё больше и больше песка. Вес воды и песка давит на остатки животных и растительных организмов. Со временем этот органический материал погружается глубже и глубже в землю, достигая нескольких километров под поверхностью земли. Температура увеличивается на 25 °C с погружением на каждый километр под земной поверхностью, поэтому на глубине нескольких километров температура достигает 50–80 °C. В зависимости от температуры и перепада температур в среде формирования, вместо нефти может образоваться природный газ.

Природные драгоценные камни

Образование драгоценных камней не всегда одинаково, но давление - это одна из главных составных частей этого процесса. К примеру, алмазы образуются в мантии Земли, в условиях высокого давления и высокой температуры. Во время вулканических извержений алмазы перемещаются в верхние слои поверхности Земли благодаря магме. Некоторые алмазы попадают на Землю с метеоритов, и ученые считают, что они образовались на планетах, похожих на Землю.

Синтетические драгоценные камни

Производство синтетических драгоценных камней началось в 1950-х годах, и набирает популярность в последнее время. Некоторые покупатели предпочитают природные драгоценные камни, но искусственные камни становятся все более и более популярными, благодаря низкой цене и отсутствию проблем, связанных с добычей натуральных драгоценных камней. Так, многие покупатели выбирают синтетические драгоценные камни потому, что их добыча и продажа не связана с нарушением прав человека, детским трудом и финансированием войн и вооруженных конфликтов.

Одна из технологий выращивания алмазов в лабораторных условиях - метод выращивания кристаллов при высоком давлении и высокой температуре. В специальных устройствах углерод нагревают до 1000 °C и подвергают давлению около 5 гигапаскалей. Обычно в качестве кристалла-затравки используют маленький алмаз, а для углеродной основы применяют графит. Из него и растет новый алмаз. Это самый распространенный метод выращивания алмазов, особенно в качестве драгоценных камней, благодаря низкой себестоимости. Свойства алмазов, выращенных таким способом, такие же или лучше, чем свойства натуральных камней. Качество синтетических алмазов зависит от метода их выращивания. По сравнению с натуральными алмазами, которые чаще всего прозрачны, большинство искусственных алмазов окрашено.

Благодаря их твердости, алмазы широко используются на производстве. Помимо этого ценятся их высокая теплопроводность, оптические свойства и стойкость к щелочам и кислотам. Режущие инструменты часто покрывают алмазной пылью, которую также используют в абразивных веществах и материалах. Большая часть алмазов в производстве - искусственного происхождения из-за низкой цены и потому, что спрос на такие алмазы превышает возможности добывать их в природе.

Некоторые компании предлагают услуги по созданию мемориальных алмазов из праха усопших. Для этого после кремации прах очищается, пока не получится углерод, и затем на его основе выращивают алмаз. Изготовители рекламируют эти алмазы как память об ушедших, и их услуги пользуются популярностью, особенно в странах с большим процентом материально обеспеченных граждан, например в США и Японии.

Метод выращивания кристаллов при высоком давлении и высокой температуре

Метод выращивания кристаллов при высоком давлении и высокой температуре в основном используется для синтеза алмазов, но с недавнего времени этот метод помогает усовершенствовать натуральные алмазы или изменить их цвет. Для искусственного выращивания алмазов используют разные прессы. Самый дорогой в обслуживании и самый сложный из них - это пресс кубического типа. Он используется в основном для улучшения или изменения цвета натуральных алмазов. Алмазы растут в прессе со скоростью примерно 0,5 карата в сутки.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.