17 Методы и средства измерения давления. Применяемые единицы
Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности:
где р – давление; N – нормальная сила, действующая на поверхность;
F – площадь поверхности.
Абсолютное давление – давление, значение к-рого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю. Абсолютное давление воздушной оболочки Земли на ее поверхность наз.атмосферным.
Избыточное давление – разность абсолютного давления окружающей среды и атмосферного.
Манометр – измерительный прибор или установка для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом их значения.
В соответствии с видами измеряемого давления применяют следующие виды СИ давления: манометр абсолютного давления; барометр (для измерения атмосферного давления); мановакуумметр (для измерения избыточного давления).
Давление может быть определено путем его непосредственного измерения и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением. В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, к-рый передаёт информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим её в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в техники измерения давления.
Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические св-ва измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, теплопроводность газа и т.д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника).
Существуют также методы абсолютного и относительного определения давления. Абсолютный метод основан на измерении силы и площади. Относительный – на предварительном изучении зависимости от давления физических свойств и параметров чувствительных элементов СИ. Например, деформационные манометры перед проведением измерений должны быть отградуированы по образцовым СИ соответствующей точности.
Важнейшим звеном любого СИ давления является его чувствительный элемент (ЧЭ), который воспринимает измеряемое давление и преобразует его в первичный сигнал, поступающий, в измерительную цепь прибора. С помощью промежуточных преобразователей сигнал ЧЭ преобразуется в показания манометра или регистрируются им, а в измерительных преобразователях (ИПД) – в унифицированный выходной сигнал, поступающий в системы измерения, контроля, регулирования и управления.
По принципу действия ЧЭ СИ давления можно разделить на следующие группы:
СИ давления, основанные на прямых абсолютных методах: поршневые манометры, манометры с нецилиндрическим неуплотнённым поршнем, колокольные, кольцевые и жидкостные манометры.
СИ давления, основанные на прямых относительных методах: деформационные манометры, полупроводниковые и т.д.
СИ давления, основанные на методах косвенных измерений: ультразвуковые манометры, термопарные вакуумметры и т.д.
Когерентной единицей Международной системы является Паскаль. Размер Па очень мал, его значение соответствует давлению столба воды высотой 0,1 мм. Поэтому на практике применяются кратные единицы: кПа(103), МПа(106), ГПа(109).
Наряду с единицами давления СИ во многих отраслях народного хозяйства применяются единицы давления, к-рые должны быть изъяты по мере перехода на СИ.
Наиболее близка к СИ единица давления бар, размер к-рой очень удобен для практики 1 бар = 105 Па.
В области измерения малых и средних значений давлений широкое распространение получили: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2). 1 кгс/см2 = 0,980665*105 Па.
В странах с метрическими системами мер получили распространение единицы давления миллиметр и метр водяного столба (мм.вод.ст. и м.вод.ст.) и миллиметр ртутного столба мм.рт.ст. 1мм.вод.ст. = 9,80665 Па; 1 мм.рт.ст. = 133,322 Па.