Как найти вакуумметрическое давление

Числовое
значение давления определяется не
только принятой системой единиц, но и
выбранным началом отсчета. Исторически
сложились три системы отсчета давления:
абсолютная, избыточная и вакуумметрическая
(рис.2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления.
Связь между давлением

абсолютным, избыточным
и вакуумом

Абсолютное
давление
отсчитывается от абсолютного нуля (рис.
2.2). В этой системе атмосферное давление.
Следовательно, абсолютное давление
равно

.

Абсолютное
давление всегда является величиной
положительной.

Избыточное
давление

отсчитывается от атмосферного давления,
т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от
абсолютного к избыточному давлению
необходимо вычесть из абсолютного
давления атмосферное, которое в
приближенных расчетах можно принять
равным 1ат:

.

Иногда
избыточное давление называют
манометрическим.

Вакуумметрическим
давлением или вакуумом
называется недостаток давления до
атмосферного

.

Избыточное
давление показывает либо избыток над
атмосферным, либо недостаток до
атмосферного. Ясно, что вакуум может
быть представлен как отрицательное
избыточное давление

.

Как
видно, эти три шкалы давления различаются
между собой либо началом, либо направлением
отсчета, хотя сам отсчет может вестись
при этом в одной и той же системе единиц.
Если давление определяется в технических
атмосферах, то к обозначению единицы
давления (ат)
приписывается ещё одна буква, в зависимости
от того, какое давление принято за
«нулевое» и в каком направлении ведется
положительный отсчет.

Например:

—
абсолютное давление равно 1,5 кг/см²;

—
избыточное давление равно 0,5 кг/см²;

—
вакуум составляет 0,1 кг/см².

Чаще
всего инженера интересует не абсолютное
давление, а его отличие от атмосферного,
поскольку стенки конструкций (бака,
трубопровода и т.п.) обычно испытывают
действие разности этих давлений. Поэтому
в большинстве случаев приборы для
измерения давления (манометры, вакуумметры)
показывают непосредственно избыточное
(манометрическое) давление или вакуум.

Единицы
давления.
Как следует из самого определения
давления, его размерность совпадает с
размерностью напряжения, т.е. представляет
собой размерность силы, отнесенную к
размерности площади.

За
единицу давления в Международной системе
единиц (СИ) принят паскаль
— давление, вызываемое силой,
равномерно распределенной по нормальной
к ней поверхности площадью,
т.е..
Наряду с этой единицей давления применяют
укрупненные единицы: килопаскаль (кПа)
и мегапаскаль (МПа):

; ;.

В
технике в настоящее время в некоторых
случаях продолжают применять также
техническую МКГСС (метр, килограмм-сила,
секунда, а) и физическую СГС (сантиметр,
грамм, секунда) системы единиц. Используются
также внесистемные единицы — техническую
атмосферу и бар:

Не
следует также смешивать техническую
атмосферу
с физической,
которая все ещё имеет некоторое
распространение в качестве единицы
давления:

2.1.3. Свойства гидростатического давления

Гидростатическое
давление обладает двумя основными
свойствами.

1-ое
свойство.
Силы гидростатического давления в
покоящейся жидкости всегда направлены
внутрь по нормали к площадке действия,
т.е. являются
сжимающими.

Это
свойство доказывается от противного.
Если предположить, что силы направлены
по нормали наружу, то это равносильно
появлению в жидкости растягивающих
напряжений, которых она воспринимать
не может (это вытекает из свойств
жидкости).

2-ое
свойство.
Величина гидростатического давления
в любой точке жидкости по всем на­правлениям
одинаково, т.е. не зависит от ориентации
в пространстве площадки, на которую оно
действует

,

где
— гидростатические давления по направлению
координатных осей;

—
то же по произвольному направлению
.

Для
доказательства этого свойства выделим
в неподвижной жидкости элементарный
объем в форме тетраэдра с ребрами,
параллельными координатным осям и
соответственно равными
,
и

(рис.
2.3).

Рис. 2.3. Схема для
доказательства свойства

о независимости
гидростатического давления от направления

Введем
обозначения:
—
гидростатическое
давление, действующее на грань, нормальную
к оси
;

—
давление на грань, нормальную к оси
;

—
давление на грань, нормальную к оси
;

—
давление, действующее на наклонную
грань;

—
площадь этой грани;

—
плотность жидкости.

Запишем
условия равновесия для тетраэдра (как
для твердого тела) в виде трех уравнений
проекций сил и трех уравнений моментов:

, ,;

, ,.

При
уменьшении в пределе объема тетраэдра
до нуля система действующих сил
преобразуется в систему сил проходящих
через одну точку, и, таким образом,
уравнения моментов теряют смысл.

Таким
образом, внутри выделенного объема на
жидкость действует единичная массовая
сила, проекции ускорений которой равны
,
,
и
.
В гидравлике принято массовые силы
относить к единице массы, а так как
,
то проекция единичной массовой силы
численно будет равна ускорению.

; ;,

где
,,— проекции единичной массовой силы на
оси координат;

—
масса жидкости;

—
ускорение.

Составим
уравнение равновесия выделенного объема
жидкости в направлении оси
,
учитывая
при этом, что все силы направлены по
нормалям к соответствующим площадкам
внутрь объема жидкости:

,
(2.4)

где
— проекция силы от гидростатического
давления;

—
проекция силы от давления
;

—
проекция массовой силы, действующей на
тетраэдр.

Разделив
уравнение (2.2) на площадь
,
которая
равна пло­щади проекции наклонной
грани

на
плоскость
,
т.
е.
,
получим

.

При
стремлении размеров тетраэдра к нулю
последний член уравнения, содержащий
множитель
,
также
стремится к нулю
,
а давленияи
остаются
величинами конечными.

Следовательно,
в пределе получим

или
.

Аналогично
составляя уравнения равновесия вдоль
осей

и
,
находим

, ,

или
.

Так
как размеры тетраэдра
,
и

и
наклон площадки

взяты
произвольно, то, следовательно, в пределе
при стягивании тетраэдра в точку давление
в этой точке по всем направлениям будет
одинаково. Что и требовалось доказать.

Рассмотренное
свойство давления в неподвижной жидкости
имеет место также при движении невязкой
(идеальной) жидкости. При движении же
реальной жидкости возникают касательные
напряжения, вследствие чего давление
в реальной жидкости указанным свойством,
строго говоря, не обладает.

В
общем случае
давление
в точке зависит от координат рассматриваемой
точки, а при неустановившемся движении
жидкости может изменяться в каждой
данной точке с течением времени: .

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

2017-04-01

Давление и силы действующие на жидкость

Массовые и поверхностные силы действующие на жидкость

Из-за легкоподвижности на жидкость не могут действовать сосредоточенные нагрузки, а возможно лишь действие сил непрерывно распределенных либо по массе либо по поверхности жидкости. Все многообразие сил делят на массовые и поверхностные.

Массовые силы распределены по массе жидкого тела, и при их непрерывном распределении пропорционально этой массе.

В гидравлических расчетах используют единичные массовые силы, приходящиеся на единицу массы твердого тела.

Поверхностные силы — непрерывно распределены по поверхности жидкого тела и при их непрерывном распределении пропорционально площади этой поверхности. Это силы с которыми данные тела взаимодействую с жидким телом, воздействуют на него через поверхность соприкосновения.

Поверхностная сила ΔR, с которой выше лежащие потоки действуют на нижележащие.

ΔFр направленная перпендикулярно площадке нормально сжимающая сила или сила давления

ΔFt — сила трения в плоскости площадки

В механике жидкости и газа используют единичные поверхностные силы, то есть напряжения. Единица измерения напряжения Н/м² = Па (Паскаль).

Средняя величина нормально вжимающего напряжения в площадке ΔA определяется по формуле:

Fср = ΔFр/ΔA

Истинное давление в данной точке жидкого тела.

Давление

При равновесии ньютоновской жидкости в ней возможен только один вид напряжений — нормальные сжимающие напряжения, которые называют гидростатическим давлением.

Измеряется давление в системе СИ Н/м² или Па (Паскалях), также существует множество других единиц измерения давления.

Давление, приложенное к внешней поверхности жидкости передается вем точкам и во сех направлениях одинаково, это положение называют законом Паскаля.

В обычных условиях (медленное текущих) жидкость на растяжение не работает, а значит давление положительно.

Если жидкость очень чистая (дегазированная), а процесс проходит очень быстро, знакопеременно, то в жидкости возможны кратковременные растягивающие напряжения, то есть давление может быть отрицательным.

Давление в газе всегда положительно.

Абсолютное и избыточное давление

Давление может измеряться по избыточный или абсолютной шкалам.

В избыточной шкале за 0 принято давление атмосферы, давление ниже атмосферного записывается со знаком минус.

Истинное давление называют абсолютным.

Таким образом, можно записать зависимости:

• 1 атм. абс = 0 атм. изб
• P изб.= P абс. — 1 Атм.

Манометрическое и вакуумметрическое давление

Положительное избыточное давление называют манометрическим, его измеряют с помощью манометра.

Отрицательное избыточное давление называют вакуумметрическим, его измеряют с помощью вакуумметра.

1.1. Понятия давления

     Давлением р жидкости, газа или твердого тела, т. е. среды или вещества, называют силу, равномерно действующую на площадь поверхности.

В молекулярно-кинетической теории газа давление рассматривается как результат ударов молекул о стенки сосуда и связывает давление р со средней кинетической энергией поступательного движения молекул mv²/2 и их числом N в единице объема  u следующей известной формулой:

   р = Nmv²/(3u),                                 (1.1)

 где m – масса молекулы; v² – средний квадрат скорости молекулы.

В практике теплотехнических измерений наиболее часто используют понятия давления: абсолютного р_абс, избыточного р_изб и вакуумметрического р_в, различие которых состоит в отношении к атмосферному (барометрическому) давлению р_атм. Абсолютное давление, под которым подразумевают суммарное давление, воздействующее на вещество, определяется суммой атмосферного (барометрического) и избыточного давления: 

 р_абс = р_атм + р_изб.                                (1.2) 

Соответственно избыточное давление представляет разность между абсолютным и атмосферным 

 р_изб = р_абс – р_атм.                                (1.3) 

Приборы, измеряющие избыточное давление, как следует из (1.3), в действительности являются измерителями разностного (дифференциального) давления. На чувствительный элемент, например трубчатую пружину, точнее на ее внутреннюю полость, воздействует измеряемое давление. Это приводит к изменению ее положения. В это время снаружи такому сдвигу противодействует атмосферное давление. В результате на шкале прибора отображается разница между измеряемым – абсолютным давлением и давлением внешнего окружения – атмосферным.

Вакуумметрическое давление (вакуум)  — давление разряженного газа определяется как разность между атмосферным и абсолютным давлением, которое ниже атмосферного: 

 р_в = р_атм – р_абс.                                   (1.4) 

Соответственно численное значение вакумметрического давления указывается со знаком «минус».

Термин «давление» включает понятия «напора» и «тяги», принятые только в нашей стане, и для которых характерно измерение избыточного и вакуумметрического давлений низких значений, т.е. положительного и отрицательного его значения.

В самых разнообразных областях техники и науки, в самых разных технических приборах и сооружениях
требуется проводить измерения давления жидкостей или газов. В зависимости от назначения
инженеры должны иметь возможность проводить измерения давления и использовать
соответствующие единицы для точного отображения этих показаний, а также уметь правильно или
оперировать.

Единицы измерения давления

Гидростатическое
давление, как и
напряжение, в системе СГС измеряется в дин/см², в
системе МКГСС — кгс/м², в
системе СИ — Па. Кроме того, гидростатическое давление измеряется в кгс/см², высотой
столба жидкости (в м вод. ст., мм рт.ст. и т. д.) и, наконец, в атмосферах физических (атм) и
технических (ат) (в гидравлике пока еще
преимущественно пользуются последней единицей). Для перевода одних единиц измерения давления в
другие Вы можете воспользоваться
нашим конвертером
давлений.
В ней есть возможность перевести бар, Psi. ат в Па, МПа в м.вод. столба или ртутного столба и
т.д.

Абсолютное значение

Абсолютное давление ─ это истинное давление жидкостей, паров или газов, которое отсчитывается от
абсолютного
нуля давления (абсолютного вакуума).

Избыточное давление

Разность между абсолютным давлением p и атмосферным давлением p_а называется избыточным
давлением и обозначается р_изб:

р_изб = p — p_а

или

р_изб/γ = (p — p_а)/γ = h_п

h_п в этом случае называется пьезометрической высотой, которая является мерой
избыточного давления.

На рисунке показан закрытый резервуар с жидкостью, на поверхности которой давление p_0.
Подключенный к резервуару пьезометр П (см. рис. ниже) определяет избыточное
давление в точке А.

Абсолютное и избыточное давления, выраженные в атмосферах, обозначаются соответственно ата и
ати.

Вакууметрическое давление

Вакуумметрическое давление, или вакуум, — недостаток давления до атмосферного
(дефицит давления), т. е. разность между атмосферным или барометрическим и абсолютным давлением:

р_вак = p_а — p

или

р_вак/γ = (p_а — p)/γ =
h_вак

где h_вак — вакуумметрическая высота, т. е. показание вакуумметра В,
подключенного к резервуару, показанному на рисунке ниже. Вакуум выражается в тех же единицах,
что и давление, а также в долях или процентах атмосферы.

Из выражений последних двух выражений следует, что вакуум может изменяться от нуля до
атмосферного давления; максимальное значение h_вак при нормальном атмосферном давлении
(760 мм рт. ст.) равно 10,33 м вод. ст.

Виды давления

Давление — действующая сила, находящаяся на поверхности тела, деленная на площадь данной поверхности. В системе СИ измеряется в Па (Паскалях). Метрологи измеряют давление в единицах измерения – миллибар, которая равно 100 Па. Для обозначения типа в нашем каталоге в разделе датчики давления у каждого датчика существует специально поле «Тип измеряемого давления». Разберем какие бывают типы.

• Абсолютное давление (ДА)   

Абсолютное давление — величина измеренная относительно давления равного абсолютному нулю. Другими словами, давление относительно абсолютного вакуума. Если вам нужен прибор этого типа или просто интересно как он выглядит, то тут можно посмотреть датчик этого типа.

• Барометрическое давление (ДБ) 

Барометрическое давление — это абсолютное давление земной атмосферы. Свое название этот тип давления получил от измерительного прибора барометра, который как известно определяет атмосферное давление в определенный момент времени при определенно температуре и на определенной высоте над уровнем моря. Относительно этого давления определяются избыточное давление и вакуум.

• Давление избыточное (ДИ) 

Избыточное давление имеет место в том случае если имеется положительная разность между измеряемым давлением и барометрическим. То есть избыточное давление — это величина на которую измеряемое давлением больше барометрического. Для измерения этого вида давления используют манометр. В качестве примера датчика этого типа можете посмотреть прибор Агат-100М-ДИ.

• Вакуум (разряжение) в топке котла, печи и т. д. (ДВ) 

Вакуум или по-другому вакуумметрическое давление — это величина на которую измеряемое давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных. Например, датчик Агат-100М-ДВ, способный измерять вакуум. Приборы способные измерять этот тип давления называют вакуумметрами.

• Дифференциальное давление (ДД) 

Дифференциальное давление имеет место если сравнивается одно давление относительно другого, причем ни одно из них не равно барометрическому. Избыточное давление и вакуум меряется относительно барометрического давления. Если же измерить эти величины относительно любой другой величины, то мы получим уже дифференциальное. Мы могли бы привести пример и датчика дифференциального давления, но лучше дадим вам ссылку на поиск с помощью которого можно найти датчик любого типа из описанных в этой статье типа.

• Гидростатическое давление (ДГ) 

Гидростатическое давление —  давление столба воды над условным уровнем. Измеряется высотой столба воды в единицах длины или в атмосферах. Благодаря полной удобоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение Pw, т. е. давление р на поверхность равную единице, называется гидростатическим давлением.