Давление виды. Виды давления: полный обзор и классификация — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое давление в физике. Какие бывают виды давления. Как измеряется давление. Для чего нужно знать о разных видах давления.

Содержание

Что такое давление и какие бывают его виды

Давление — это физическая величина, характеризующая интенсивность силы, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. Математически давление выражается формулой P = F/S, где P — давление, F — сила, S — площадь поверхности.

Существует несколько основных видов давления:

Абсолютное давление
Атмосферное (барометрическое) давление
Избыточное (манометрическое) давление
Вакуумметрическое давление
Дифференциальное давление
Гидростатическое давление

Рассмотрим каждый вид давления подробнее.

Абсолютное давление — отсчет от абсолютного нуля

Абсолютное давление — это давление, отсчитываемое от абсолютного нуля. Абсолютный нуль давления соответствует идеальному вакууму. Таким образом, абсолютное давление всегда положительно.

Как измеряется абсолютное давление? Для его измерения используются специальные датчики абсолютного давления, в которых одна сторона чувствительного элемента соединена с вакуумной камерой.

Формула абсолютного давления:

P_абс = P_изб + P_атм

где P_абс — абсолютное давление, P_изб — избыточное давление, P_атм — атмосферное давление.

Атмосферное давление — давление воздушного столба

Атмосферное давление — это давление атмосферы Земли на находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. Оно создается весом воздушного столба от поверхности Земли до верхней границы атмосферы.

Как измеряется атмосферное давление? Для его измерения используются барометры различных конструкций — ртутные, анероидные, электронные.

Нормальное атмосферное давление на уровне моря составляет:

760 мм рт. ст.
101325 Па

1013,25 гПа
1,013 бар

Атмосферное давление меняется в зависимости от высоты над уровнем моря и погодных условий.

Избыточное давление — превышение над атмосферным

Избыточное (манометрическое) давление — это разность между абсолютным и атмосферным давлением. Оно показывает, насколько давление в системе превышает атмосферное.

Как измеряется избыточное давление? Для его измерения используются манометры различных типов — механические, электронные, цифровые.

Формула избыточного давления:

P_изб = P_абс — P_атм

где P_изб — избыточное давление, P_абс — абсолютное давление, P_атм — атмосферное давление.

Вакуумметрическое давление — разрежение относительно атмосферы

Вакуумметрическое давление — это разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением в системе, когда оно ниже атмосферного. Характеризует степень разрежения.

Как измеряется вакуумметрическое давление? Для его измерения используются вакуумметры различных конструкций.

Формула вакуумметрического давления:

P_вак = P_атм — P_абс

где P_вак — вакуумметрическое давление, P_атм — атмосферное давление, P_абс — абсолютное давление в системе.

Дифференциальное давление — разность двух давлений

Дифференциальное давление — это разность между двумя давлениями в разных точках системы или между двумя средами. Характеризует перепад давления.

Как измеряется дифференциальное давление? Для его измерения используются дифманометры и датчики дифференциального давления.

Формула дифференциального давления:

ΔP = P₁ — P₂

где ΔP — дифференциальное давление, P₁ и P₂ — давления в двух точках системы.

Гидростатическое давление — давление столба жидкости

Гидростатическое давление — это давление, создаваемое весом столба жидкости. Оно зависит от высоты столба жидкости и ее плотности.

Как рассчитывается гидростатическое давление? Для его расчета используется формула:

P = ρgh

где P — гидростатическое давление, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба жидкости.

Практическое применение знаний о видах давления

Понимание различных видов давления и способов их измерения критически важно во многих областях науки и техники:

В метеорологии для прогнозирования погоды
В авиации для определения высоты полета
В гидравлике и пневматике для расчета систем
В медицине для измерения кровяного давления
В промышленности для контроля технологических процессов

Корректный выбор типа измеряемого давления и соответствующих приборов позволяет получать точные данные и эффективно управлять различными системами.

Приборы для измерения давления

Для измерения различных видов давления используются специализированные приборы:

Барометры — для измерения атмосферного давления

Манометры — для измерения избыточного давления
Вакуумметры — для измерения вакуумметрического давления
Дифманометры — для измерения перепада давления
Датчики абсолютного давления — для измерения абсолютного давления

Выбор конкретного прибора зависит от диапазона измеряемых давлений, требуемой точности, условий эксплуатации и других факторов.

Единицы измерения давления

Давление может выражаться в различных единицах измерения. Наиболее распространенные из них:

Паскаль (Па) — основная единица СИ
Бар (бар)
Атмосфера физическая (атм)
Миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.)
Фунт-сила на квадратный дюйм (psi)

Важно уметь переводить значения давления из одних единиц в другие для корректного сравнения и использования данных.

Виды измеряемого давления | Измеркон

Давление – одна из ключевых теплотехнических величин, важнейший параметр многих технологических процессов.

Преобразователи давления предназначены для измерений и непрерывного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока или напряжения.

Используются преобразователи в регуляторах и других устройствах автоматики в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в системах водообработки, отопления, вентиляции и кондиционирования; гидравлических системах, холодильной технике, расходомерах и счетчиках; дизельных двигателях; тормозных системах; уровнемерах, в испытательных стендах и т.д.

Индустриальные измерения и контрольно-измерительная аппаратура применяются во всех областях промышленности — от атомной до пищевой и фармакологической; соответственно, везде нужны и преобразователи давления.

Принцип действия датчиков основан на упругой деформации чувствительного элемента (сенсора), на который нанесены полупроводниковые тензорезисторы, включенные по схеме моста Уинстона.

Измеряемое давление подводится через штуцер в рабочую полость датчика и вызывает деформацию диафрагмы. Это приводит к изменению геометрии резисторов, находящихся с ней в тесной механической связи и изменению их сопротивления. Происходит преобразование приложенного давления (механический вход) в изменение сопротивления (электрический выход).

Преобразователи давления измеряют разность двух давлений, воздействующих на измерительную мембрану (чувствительный элемент) датчика. Одно из этих давлений — измеряемое, второе — опорное, то есть то давление, относительно которого происходит отсчет измеряемого. В зависимости от вида опорного давления все преобразователи разделяются на следующие виды.

Преобразователи абсолютного давления
Предназначены для измерения величины абсолютного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — вакуум. Воздух из внутренней полости чувствительного элемента датчика откачан. Например, барометр –частный случай датчика абсолютного давления.

Преобразователи избыточного давления
Предназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.

Преобразователи дифференциального (разности, перепада) давления
Предназначены для измерения разности давления среды и используются для измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости. Давление подается на обе стороны мембраны, а выходной сигнал зависит от разности давлений.

Преобразователи гидростатического давления
Предназначены для преобразования гидростатического давления контролируемой среды в сигнал постоянного тока. Измеряют давление столба жидкости, зависящее только от его высоты и от плотности самой жидкости.

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)
Предназначены для измерения величины вакуумметрического давления жидких и газообразных сред. Опорное давление в этих датчиках также атмосферное. Однако, в отличие от датчиков избыточного давления, измеряемое давление меньше атмосферного, т.е. существует разрежение относительно атмосферы.

Преобразователи избыточного давления-разряжения
Представляют собой сочетание датчиков избыточного и вакуумметрического давлений, т.е. измеряют как давление, так и разрежение.

Для надежной работы датчиков необходимо выбирать материалы элементов, контактирующих с измеряемой средой (мембран, фланцев и уплотнительных колец) химически стойкими к этим средам. Например, для различных сред эксплуатации материалом мембран сенсоров может быть нержавеющая сталь, титан, титановый сплав, керамика и др.

Преобразователи давления также отличаются по климатическому исполнению. Следует обращать внимание на климатические условия (температура окружающей среды, влажность, прямое попадание воды и солнечных лучей) в месте установки датчика. Они должны соответствовать тем, на которые он рассчитан.

Преобразователи давления имеют различные метрологические характеристики (классы точности) – обычно от 0,05% до 0,5%. Особо точные преобразователи используются на важных объектах в различных отраслях промышленности.

Некоторые виды датчиков давления имеют взрывозащищенное исполнение. Эти модели могут успешно использоваться для определения давления на взрывоопасных объектах с присутствием взрывчатых и легко воспламеняющихся газов и жидкостей.

Преобразователи давления относятся к измерительной технике и должны проходить обязательные сертификационные испытания. После этого они утверждаются и вносятся в Госреестр средств измерений.

6. Виды давления

Различают следующие виды давления: барометрическое, абсолютное, манометрическое и вакуумметрическое.

Барометрическое давление

Барометрическое (атмосферное) давление р_б зависит от высоты места над уровнем моря и от состояния погоды, За нормальное барометрическое давление принимают давление, равное 760 мм ртутного столба, что соответствует 101325 Н/м². На уровне моря барометрическое давление наблюдалось в пределах от 90 000 Н/м²до 110000 Н/м². С высотой барометрическое давление убывает. Наоборот, в глубоких шахтах барометрическое давление значительно больше, чем на уровне моря.

Абсолютное и манометрическое давление

Давление р_а вычисленное по уравнению (6), называется абсолютным. Рассмотрим наиболее распространенный в практике случай (рис.7), когда к свободной поверхности приложено барометрическое давление р_б, т. е. р₀ = р₆. Для этого случая основное уравнение гидростатики перепишется так:

(15)

Рис.7.

Давление

(16)

носит название манометрического, или избыточного. Таким образом, манометрическим давлением называется разность между абсолютным давлением р_аи барометрическим давлением р_б, если р_а > р_б.

Вакуумметрическое давление

Если в какой-нибудь точке жидкости абсолютное давление меньше барометрического, то разность между барометрическим и абсолютным давлениями называется вакуумметрическим давлением. Вакуумметрическое давление обозначается р_вак. Итак, если р_а < р_б

(17)

Абсолютное давление р_а отрицательным быть не может, поэтому вакуумметрическое давление не может быть больше барометрического.

Для измерения барометрического давления применяются барометры различных конструкций. Прибором для измерения манометрического давления может служить манометр. Кроме манометра, манометрическое давление можно измерять высотой столба жидкости (рис. 8). Сосуд А наполнен жидкостью с плотностью ρ и давлением на свободной поверхности р₀ >> р_б. Допустим, что требуется измерить давление на уровне 1-1. Если на этом уровне сделать отверстие и присоединить к нему стеклянную, трубку П, то жидкость в этой трубке поднимется под действием давления на некоторую высоту h.

Рис.8.

По основному уравнению гидростатики (6) для точек на уровне 1-1 (если вести расчет со стороны, трубки) абсолютное давление

Откуда:

(18)

Этой высотой h поднятия жидкости в трубке П можно измерять манометрическое давление. Трубка П называется пьезометром («пьезо» — давлю по гречески).

Вычислим давление в н/м², соответствующее 1 м вод. ст. и 1 мм рт. ст. При высоте водяного столба h = 1 м давление р = ρgh = 9810 н/м². При высоте ртутного столба h= 1 мм давление р = ρgh = 133 н/м².

Для измерения вакуумметрического давления применяется вакуумметр (рис. 9).

Рис.9.

Допустим, что требуется определить вакуумметрическое давление в сосуде S, т. е. величину р_б — р_а, где р_а — абсолютное давление в этом сосуде. Присоединяем к сосуду изогнутую трубку Т, опущенную в жидкость. Применяя основное уравнение гидростатики для точки, расположенной в трубке Т на уровне свободной поверхности жидкости в резервуаре, получим

Откуда

(19)

Таким образом, вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема h_вак жидкости в изогнутой трубке над уровнем в резервуаре.

Для измерения вакуумметрического давления применяются также приборы, действие которых подобно действию манометров. Прибор, предназначенный для измерения как манометрического, так и вакуумметрического давления, называется мановакуумметром.

ГЛАВА ВТОРАЯ

Что такое давление? Объяснение определений и типов давления

Интуитивно не очевидно, что мы живем в мире, где каждый дюйм нашего тела подвергается давлению (около 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря). Эванджелиста Торричелли признал этот факт в 17 веке. Он сказал: «Мы живем на дне океана элемента воздуха». Давление, оказываемое атмосферой в нашем гравитационном поле, также называется барометрическим давлением, абсолютным давлением, которое колеблется в зависимости от различных погодных систем. Причина, по которой мы не чувствуем этого огромного давления, заключается в том, что существует равное и противоположное давление, оказываемое несколько несжимаемыми жидкостями нашего тела.

Давление — это сила, приложенная перпендикулярно поверхности объекта на единицу площади. Математически это P = F/A, где P — давление, F — сила, а A — площадь. Давление является скалярной величиной, которая имеет только величину и не имеет характеристик вектора направления. В практическом смысле мы можем думать о ней как о силе, действующей одинаково на все поверхности, которым она подвергается, и являющейся результатом объединенной энергии газа или жидкости, касающейся этой поверхности. Существует два основных типа давления — абсолютное и манометрическое, отличающиеся тем, с каким давлением они сравниваются, что называется эталонным давлением.

Стандартная терминология, используемая для описания физических характеристик системы под давлением, может немного сбить с толку новичка в измерении давления. Знание стандартной терминологии обеспечивает общий язык, который гарантирует, что вы получите то, что хотите, при покупке манометра, регулятора давления или калибратора и преобразователя давления, преобразователя или сенсора. Это также устранит несоответствие между калибруемым и калибратором.

Эталоном манометрического давления является окружающее атмосферное давление. Эталоном абсолютного давления является абсолютный вакуум. Таким образом, оба, в некотором смысле, считывают разницу между эталонным давлением и приложенным давлением. Однако при манометрическом давлении эталонное давление может меняться в зависимости от текущего атмосферного давления.

В ситуациях, когда сосуд подвергается воздействию атмосферного давления, мы можем захотеть убедиться, что сосуд не взорвется или не взорвется. В этом случае мы можем измерить разницу между атмосферным давлением и внутренним давлением в резервуаре с помощью датчика избыточного давления с эталоном, подверженным воздействию атмосферного давления.

Дифференциальное давление сравнивает два произвольных давления. По сути, все измерения давления являются дифференциальными, поскольку они сравнивают одно давление с другим. Дифференциальное давление обычно измеряется при повышенном давлении в трубопроводе и используется для измерения расхода в трубопроводе, уровня, плотности и даже температуры.

Вакуумное давление, как и манометрическое давление, относится к атмосферному давлению, но является мерой давления ниже атмосферного и выражается положительным числом.

Двунаправленное давление, также как манометрическое давление, относится к атмосферному давлению, но измеряет давление выше атмосферного как положительное давление и ниже атмосферного как отрицательное давление.

Эта стандартная терминология имеет большое значение при передаче именно того, что необходимо для конкретного приложения.

Для наглядного пояснения ознакомьтесь с разделом Mensor «Что такое режимы давления?» видео.

Связанные материалы:

Эффекты давления: Зефирный эксперимент
Что такое воздушные данные?

Типы давления: абсолютное, относительное, дифференциальное

Измерительные приборы WIKA для измерения давления

Наряду с температурой давление является одной из наиболее важных переменных физического состояния. Давление определяется как сила (F _N ), который действует равномерно на определенной площади (A). Различные типы давления различаются только эталонным давлением.

Будь то абсолютное давление, манометрическое давление или дифференциальное давление. В WIKA вы найдете подходящий прибор для измерения давления для любого типа давления:

Что такое атмосферное давление?

Вероятно, самым важным давлением для жизни на Земле является атмосферное давление, p _am (amb = ambiens = окружающее). Он создается весом атмосферы, которая окружает землю до высоты ок. 500 км. До этой высоты, на которой абсолютное давление p _абс = ноль, его величина постоянно уменьшается. Кроме того, атмосферное давление подвержено колебаниям в зависимости от погоды, о чем слишком хорошо известно из ежедневных сводок погоды. На уровне моря p _амб в среднем составляет 1013,25 гПа (гПа), что соответствует 1013,25 миллибар (мбар). У «циклонов» и «антициклонов» это давление различается примерно на 5 %.

Что такое абсолютное давление?

Наиболее четким эталоном давления является нулевое давление (вакуум), существующее в безвоздушном пространстве Вселенной. Давление, связанное с этим эталонным давлением, называется абсолютным давлением. Таким образом, при абсолютном давлении всегда измеряется разница с идеальным вакуумом. Это означает, что давление окружающей среды и, следовательно, внешние факторы, такие как погода или высота над уровнем моря, не влияют на измерение давления. Для необходимой дифференциации от других видов давления его обозначают индексом «abs», происходящим от латинского «absolutus», что означает обособленный, независимый.

Для формулы абсолютного давления необходимы параметры манометрического давления (p _g ) и атмосферного давления (p _атм ). Формула абсолютного давления такова: p _абс = p _g + p _атм .

Что такое манометрическое давление (относительное давление)?

Наиболее часто измеряемым давлением в технологической сфере является перепад атмосферного давления, P _e (e = excedens = превышение). Это разница между абсолютным давлением, p _абс и соответствующее (абсолютное) атмосферное давление (p _e = p _абс — p _абс ) и известен, короче говоря, как манометрическое давление . Поскольку манометрическое давление измеряет разницу не с вакуумом, а с текущим давлением окружающей среды (атмосферным давлением), измерения давления изменяются из-за внешних воздействий, таких как погода или высота над уровнем моря. При ошибочном использовании датчика избыточного давления в приложении, где фактически измеряется абсолютное давление, необходимо учитывать дополнительные погрешности +/- 30 мбар из-за изменений погоды и погрешности измерения до 200 мбар в случае изменения местоположения. , например от уровня моря до 2000 м.

На положительное давление ссылаются, когда абсолютное давление превышает атмосферное давление. В противном случае говорят о отрицательном давлении .

Индексы символов формулы «abs», «amb» и «e» четко определяют точку отсчета соответствующего давления. Они присоединяются только к букве p формулы, а не к символам единиц.

Что такое дифференциальное давление?

Разность двух давлений, стр. ₁ и p ₂, известен как перепад давления , Δp = p ₁ — p ₂. В тех случаях, когда разница между двумя давлениями сама представляет собой измеряемую переменную, один относится к перепаду давления , p _1.2
Соответственно, чтобы измерить перепад давления, сначала в измерительном приборе регистрируются два разных давления ( например, дифференциальный манометр или датчик дифференциального давления). Дифференциальное давление будет отображаться только в том случае, если измеренные значения отличаются друг от друга. Случаи, когда необходимо измерять перепад давления, это, например, контроль фильтров и измерение уровня в закрытых сосудах.
Часто задаваемые вопросы
Что делать, если температура среды с заполненными манометрами превышает 212°F (100°C)?
Вы можете использовать сифон манометра, разделительную диафрагму или капиллярную линию в качестве дополнительного охлаждающего элемента для снижения температуры среды.