Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное

Какое давление показывает манометр абсолютное или избыточное

Ответы на вопросы об основах измерения давления, в том числе, почему измерение манометрического давления является прекрасным для большинства применений, но в некоторых случаях требуется измерение абсолютного давления.

Что такое давление?

Давление обычно определяется как сила, которая действует равномерно по определенной области. Например, когда вы нажимаете кнопку на дверном звонке, давление вашего пальца прикладывает физическую силу, которая приводит в действие электрический выключатель в дверном звонке, который затем посылает сигнал на динамик. В промышленных применениях сила, которая воздействует на область, обычно представляет собой газ или жидкость, но она также может быть твердой.

Почему мы измеряем давление?

Мониторинг давления является неотъемлемой частью современного общества. По всему миру бесчисленные датчики давления постоянно обеспечивают показания давления на нефтеперерабатывающих заводах, производственных объектах, домах и транспортных средствах. Это делается для обеспечения того, чтобы давление находилось в допустимых пределах и, если нет, чтобы предупредить операторов об исправлении ситуации.

Что такое абсолютное давление, и как это соотносится с избыточным давлением?

Чтобы понять абсолютное давление, нужно сначала определить несколько терминов:

  • Атмосферное давление. Все вокруг нас — воздух и вода — имеет вес и создает давление. На уровне моря среднее давление составляет 1 атм, или 1,01325 бар; давление изменяется в зависимости от погодных условий. По мере увеличения высоты воздух становится тоньше, равно атмосферное давление.
  • Манометрическое давление. Ноль в манометрическом давлении представляет собой атмосферное давление, что означает, что показание избыточного давления включает только дополнительное давление внутри системы.
  • Абсолютное давление. Ноль в абсолютном давлении является идеальным вакуумом, что означает, что абсолютное считывание давления включает в себя как атмосферное давление, так и манометрическое давление.

Важным отличием последних двух типов давления является нулевая ссылка. Ноль инструментов, измеряющих избыточное давление, представляет собой атмосферный воздух, который изменяется в зависимости от высоты и погодных условий. Ноль в приборах, измеряющих абсолютное давление, — это полное отсутствие давления или вакуум; поэтому этот ноль не меняется.

Каковы преимущества измерения абсолютного давления и избыточного давления?

Поскольку все объекты и процессы на заводе-изготовителе имеют одинаковую высоту и атмосферное давление, измерение избыточного давления является достаточно точным для большинства ситуаций. Тем не менее, измерения абсолютного давления требуются в специализированных ситуациях, например, когда вам требуется измерение давления, независимо от колебаний атмосферного давления, а также на промышленных предприятиях, где используются вакуумные насосы и машины вакуумной упаковки.

Абсолютные манометры и датчики присутствуют в многочисленных применениях, включая высотомеры для авиации, мониторы для давления жидкого пара, процессы перегонки, HVAC и производство полупроводников. Давление опасных арсиновых и фосфиновых газов, используемых в процессе производства полупроводников, должно тщательно контролироваться во время хранения и транспортировки. Поскольку атмосферные условия колеблются, важно следить за тем, чтобы опасные газы использовали контрольную точку, которая не изменяется.

Как работают абсолютные манометры?

Абсолютные манометры включают внутреннюю вакуумную камеру, которая используется в качестве эталона для проведения измерений давления. Манометрические датчики абсолютного давления на основе диафрагмы имеют прочную, но гибкую панель, которая разделяет камеру и вакуумную камеру. Локальное атмосферное давление заставляет диафрагму деформироваться в вакуумную камеру. Величина деформации преобразуется в значение давления. Это значение затем указывается на табло индикатора.

Узнайте больше о давлении и различных приложениях для измерения давления, обратившись к нашим консультантам по телефону +7 (831) 218-05-61.

Источник: metrology.su

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Манометр — абсолютное давление

Манометры абсолютного давления обычно применяют для измерения малых абсолютных давлений. [46]

Тепломеры выполнены на базе диф-манометров типа ДМКВ ( рис. 4 — 9) и установлены в 1969 г. на парогенераторах Ленинградской ТЭЦ-7. В качестве манометра абсолютного давления используется манометр типа МАС-Э1, вторичный прибор которого ( потенциометр типа ЭПСМ) включен на шунт в цепи токового выхода манометра. [47]

Деформационные приборы давления используют для измерения давления, разности давлений, разрежения ( вакуума) в очень широком диапазоне измерений — от 50 Па до 1000 МПа. Их изготовляют в виде манометров избыточного давления, манометров абсолютного давления , вакуумметров, мановакуумметров, дифмано-доетров. [48]

Абсолютное давление газа в жестком закрытом сосуде, естественно, не зависит от давления атмосферы или иной среды, окружающей сосуд. Для измерения абсолютного давления служат приборы, называемые манометрами абсолютного давления . Абсолютное давление атмосферы измеряется барометрами, поэтому атмосферное давление часто называют барометрическим. [49]

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называют барометром, отсюда атмосферное давление — барометрическим. Прибор, предназначенный для измерения абсолютного давления, называют манометром абсолютного давления . [50]

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами. Их разновидности, служащие для измерения полного ( абсолютного) давления, называются манометрами абсолютного давления ; для измерения давления ниже атмосферного ( вакуума) — вакуумметрами, для измерения избыточного давления и вакуума — мановакуумметрами, для измерения разности давлений ( перепада) — дифференциальными манометрами, или дифмано-метрами. [51]

Большинство технических приборов для измерения давления ( или разрежения) показывает избыточное давление. К таким приборам относятся: манометры, вакуумметры, мановакуумметры, микроманометры, дифференциальные манометры, барометры, манометры абсолютного давления . [52]

Если давление измеряемого вещества незначительное, то изменения атмосферного давления могут значительно исказить результаты измерения расхода вещества или тепла. В этом случае в решающую схему вычислительного прибора необходимо автоматически вводить действительные значения атмосферного давления или пользоваться данными манометра абсолютного давления . [53]

Возможен и третий случай, когда при измерении манометром разности давлений одно из давлений искусственно делается равным нулю путем вакуумирования соответствующей полости манометра. Такие манометры измеряют не избыточное, а абсолютное давление [ величина В в формуле (2.1) равна нулю ], и называют их поэтому манометрами абсолютного давления . [54]

Для оценки характеристик арматуры используют понятия условного, рабочего и пробного давления. На практике широко применяют понятие избыточного давления, измеряемого с помощью обычного манометра или мановакуумметра. При работе с манометром абсолютного давления избыточное давление находят как разность между абсолютным и атмосферным давлением. [55]

Для непрерывного преобразования абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления ( разряжения) жидкостей и газов в пневматический сигнал дистанционной передачи. Измерительные блоки таких датчиков давления унифицированы и практически отличаются только размерами или расположением чувствительного элемента. На рис. 12.37 приведены принципиальные схемы измерительных блоков сильфонных напоромеров, манометров и тягонапоромеров на схемах 1 и 2 рис. 12.37; на схеме 3 — манометр абсолютного давления ; на 4, 5 и 6 — сильфонных тягомеров, вакуумметров и мановакуумметров; на 7 и 9 — датчиков сверхвысокого давления и на 8 — пружинных манометров. [57]

Наличие паров ртути в рабочей части адсорбционных установок часто бывает недопустимо. Наибольшую трудность представляет замена ртутных манометров другими приборами для измерения давлений. Если контроль за степенью откачки адсорбента вполне удовлетворительно может быть осуществлен, например, ионизационно-термопарными вакуумметрами ВИТ-1, ВИТ-2 или ВИТ-3, работающими в пределах давлений от 10 — 8 до 1 мм, то для достаточно точного измерения давлений от 1 до 800 мм рт. ст. практически нет стандартных приборов, выпускаемых промышленностью. Имеющиеся безртутные заводские манометры абсолютного давления МАС-ЭЗ не обеспечивают измерение давления точнее, чем 0 5 мм рт. ст., и, кроме того, имеют большой мертвый объем. [58]

Для увеличения хода подвижного центра мембраны попарно соединяют ( сваркой или спайкой) в коробки, а коробки — в блоки. Различают мембранные коробки анеройдные ( см. фиг. Деформация анероидной коробки проявляется в изменении ее высоты и происходит под действием разности давления окружающей ее среды и давления в полости коробки. Так как давление в полости коробки очень мало, то можно считать, что ее деформация определяется абсолютным давлением окружающей среды. Анеройдные коробки применяются в манометрах абсолютного давления , в барометрах, барографах, барометрических высотомерах. [59]

Читать еще:  Электрические духовые шкафы встраиваемые какой фирмы лучше

Источник: www.ngpedia.ru

Абсолютное, избыточное и дифференциальное давление – нулевая отметка

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:

Типы давлений

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.

Источник: prompribor.com.ua

Что измеряет манометр и какое давление показывает

Ни одно современное здание не обходится без отопительной системы. А для ее стабильной и безопасной эксплуатации требуется точный контроль давления теплоносителя. Если давление в пределах гидравлического графика стабильное, то отопительная система работает нормально. Однако при ее повышении появляется риск разрыва трубопровода.

Понижение давления также может привести к таким негативным последствиям, как, например, образование кавитации, то есть в трубопроводе образуются пузырьки воздуха, которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию. Поэтому поддерживать нормальное давление крайне необходимо, и благодаря манометру это становиться возможным. Помимо отопительных систем такие приборы применяются в самых различных областях.

Описание и назначение манометра

Манометр представляет собой прибор, измеряющий уровень давления. Существуют такие виды манометров, которые применяются в самых разных отраслях, и, разумеется, для каждой из них предназначен свой манометр. Для примера можно взять барометр — прибор, предназначенный для измерения давления атмосферы. Они широко применяются в машиностроении, в сельском хозяйстве, в строительстве, в промышленности и в других сферах.

Эти приборы измеряют давление, и это понятие растяжимое, по крайней мере, и у этой величины также есть свои разновидности. Чтобы ответить на вопрос о том, какое давление показывает манометр, стоит рассмотреть этот показатель в целом. Это величина, определяющая отношение силы, действующей на единицу площади поверхности, перпендикулярно этой поверхности. Практически любой технологический процесс сопровождается этой величиной.

Виды давления:

  • атмосферное — давление атмосферы земли, которое создается массой воздушного столба;
  • абсолютное давление —это показатель, отсчет которого с учетом атмосферного, начинается с нуля;
  • избыточное — под избыточным подразумевают разность двух показателей атмосферного и абсолютного;
  • вакуум или, другими словами, разряженное — наоборот, представляет собой разницу абсолютного и атмосферной или барометрической величины;
  • дифференциальное — это разность между двумя измеряемыми показателями, которые не имеют отношения к природным показателям.

Для измерения каждого из перечисленных выше видов показателей существуют определенные типы манометров.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

  • приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
  • приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
  • вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
  • напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
  • тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
  • дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.

По принципу действия они делятся на:

  • жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
  • пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
  • мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
  • электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
  • дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

По назначению существуют такие виды манометров, как:

  • общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
  • кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
  • ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
  • эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
  • судовые применяются в судах и морском транспорте;
  • железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
  • самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Устройство и принцип действия

Устройство манометра может иметь различную конструкцию в зависимости от вида и предназначения. Так, например, устройство, измеряющее напор воды, имеет довольно простую и понятную конструкцию. Она состоит из корпуса и шкалы с циферблатом, которая отображает значение. В корпусе имеется встроенная пружина трубчатая либо мембрана с держателем, трипко-секторным механизмом и упругий элемент. Прибор функционирует по принципу уравнивания давления за счет силы изменения формы (деформации) мембраны либо пружины. А деформация, в свою очередь, приводит в движение чувствительный упругий элемент, действие которого отображается на шкале с помощью стрелки.

Жидкостные манометры состоят из длинной трубки, которую наполняют жидкостью. В трубке с жидкостью находится подвижная пробка, на которую влияет рабочая среда, измерять силу напора следует в зависимости от перемещения уровня жидкости. Манометры могут предназначаться для измерения разницы, такие устройства состоят из двух трубок.

Поршневые — состоят из цилиндра и поршня, расположенного внутри. Рабочая среда, в которой измеряется давление воздействует на поршень и уравновешивается грузом некоторой величины. Когда показатель изменяется, поршень перемешается и приводит в действие стрелку, которая показывает значение давления.

Термопроводные состоят из нити накаливания, которые нагреваются, когда через них пропускается электрический разряд. Принцип работы таких приборов основан на снижении теплопроводности газа с давлением.

Манометр Пирани назван так в честь Марчелло Пирани, который впервые сконструировал устройство. В отличие от термопроводных, состоит из металлической проводки, которая также нагревается во время прохождения через нее тока и охлаждается под воздействием рабочей среды, а именно газа. При уменьшении давления газа снижается и эффект охлаждения, а температура проводки возрастает. Величина измеряется посредством измерения напряжения в проводе во время прохождения через нее тока.

Ионизационные являются самыми чувствительными устройствами, которые используются для вычисления малых давлений. Как следует из названия устройства, его принцип работы основывается на измерении ионов, которые образуются под воздействием электронов на газ. Количество ионов зависит от плотности газа. Однако ионы имеют очень нестабильную природу, которая напрямую зависит от рабочей среды газа или пара. Поэтому для уточнения применяются другой вид манометра Мак Леода. Уточнение происходит за счет сравнения показателей ионизационного манометра, с показаниями прибора Мак Леода.

Существует два вида ионизационных устройств: с горячим и холодным катодом.

Первый вид был сконструирован Баярдом Аллертом, состоит из электродов, которые работают в режиме триода, а в качестве катода выступает нить накала. Самый распространённый вид горячего катода — ионный манометр, в конструкции которого помимо коллектора, нити и сетки встроен небольшой ионный коллектор. Такие приборы очень уязвимы, они могут легко потерять калибровку, в зависимости от условий работы. Поэтому показания этих приборов всегда логарифмичны.

Холодный катод также имеет свои разновидности: интегрированный магнетрон и манометр Пеннинга. Их главное отличие заключается в положении анода и катода. В конструкции этих приборов нет нити накалывания, поэтому им для работы им требуется напряжение до 0,4 кВт. Использовать такие устройства не эффективно при низком уровне давления. Поскольку они могут просто не заработать и не включиться. Принцип их работы основан на выработке тока, что невозможно при полном отсутствии газа, особенно для манометра Пеннинга. Так как устройство работает только в определенном магнитном поле. Оно необходимо для создания нужной траектории движения ионов.

Маркировка по цвету

Манометры, измеряющие давление газа, имеют цветные корпуса, их специально окрашивают в различные цвета. Существует несколько основных цветов, которые используются для окрашивания корпуса. Как, например, манометры, которые измеряют давление кислорода, имеют корпус голубого цвета с условным обозначением О2, аммиачные манометры имеют корпус, окрашенный в желтый цвет, ацетиленовые — белого цвета, водородные — темно-зеленого, хлорные — серого. Приборы, измеряющие давление горючих газов, окрашиваются в красный цвет, а негорючих —черный.

Преимущества использования

В первую очередь, стоит отметить универсальность манометра, который заключается в возможности контролировать давление и поддерживать ее на определенном уровне. Во-вторых, устройство позволяет получить точные показатели нормы, так и отклонение от них. В-третьих, доступность практически любо человек может себе позволить приобрести данный прибор. В-четвертых, устройство способно работать стабильно и бесперебойно на протяжении длительного времени, и не требует специальных условий или навыков.

Использование таких устройств в таких областях, как медицина, химическая промышленность, машино- и автомобилестроение, морской транспорт и других требующих точного контроля давления, значительно облегчает работу.

Класс точности прибора

Манометров очень много, и каждому виду присваивается определенный класс точности согласно предписаниям ГОСТ, под которым понимается допустимая погрешность, выражающаяся в процентном отношении к диапазону измерений.

Существует 6 классов точности: 0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4. У каждого типа манометра они также различаются. Приведенный выше список относится к рабочим манометрам. Для пружинных устройств, к примеру, соответствуют следующие показатели 0,16; 0,25 и 0,4. Для поршневых — 0,05 и 0,2 и так далее.

Класс точности имеет обратно пропорциональную зависимость от диаметра шкалы прибора и от типа прибора. То есть, если диаметр шкалы больше, то точность и погрешность манометра уменьшается. Класс точности условно принято обозначать следующими латинскими буквами KL также можно встретить и CL, которая указывается на шкале прибора.

Значение погрешности можно вычислить. Для этого используется два показателя: класс точности или KL и диапазон измерений. Если класс точности (KL) равен 4, то диапазон измерений составит 2,5 МПа (Мегапаскаль), а погрешность будет равна 0,1 МПа. Вычисляется по формуле произведение класса точности и диапазона измерений, деленное на 100. Поскольку погрешность выражается в процентах, результат нужно переводить в проценты путем деления на 100.

Помимо основного вида, существует и дополнительная погрешность. Если для вычисления первого вида используются идеальные условия или натуральные величины, влияющие на особенности конструкции прибора, то второй вид напрямую зависит от условий. Например, от температуры и вибрации или других условий.

Источник: tokar.guru

Абсолютное и избыточное давление

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

В открытых сосудах или водоемах давление на поверхности равно атмосферному pатм. Разность между абсолютным давлением pабс и атмосферным pатм 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. pабс = pн.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

. (2.6)

Если абсолютное давление на свободной поверхности жидкости больше атмосферного (p > pатм) (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 hвак (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

, (2.7)

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 = pизб), то величина

(2.8)

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:

p = f(x, y, z) = C = const. (2.9)

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

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 =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.

Источник: megaobuchalka.ru

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector