Давление, его виды и единицы измерения
ТЕМА!!!!
Титулка
Содержание
Введение
- Давление, его виды и единицы измерения
- Виды измеряемых давлений
2. Классификация средств измерения давления
3. Установка и использование измерительных преобразователей давления
4. Рекомендации по выбору оборудования для измерения давления
5. Устройство и
принцип работы преобразователей давления
ВВЕДЕНИЕ
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 и т. д. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па).
В большинстве
случаев первичные
Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.
В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.
Мир датчиков
чрезвычайно разнообразен: большое
число измеряемых физических величин
или параметров исследуемого объекта;
разнообразие физических зависимостей,
используемых для измерительных
преобразователей; разнообразие современных
объектов измерения, предопределяющих
специфику требований к датчикам
и измерениям в целом (ракетно-космическая
техника, авиация, судостроение, энергетика,
атомная техника и т.д. ракетно-космическая
техника. объектов измерения, предопределяющих
специфику требований к датчикамров
исследуемого объекта; разнообр).
- Давление, его виды и единицы измерения
Давление
является одним из важнейших физических
параметров, и его измерение необходимо
как в расчетных целях, например
для определения расхода, количества
и тепловой энергии среды, так
и в технологических целях, например
для контроля и прогнозирования
безопасных и эффективных гидравлических
режимов напорных трубопроводов, используемых
на предприятии. Рассмотрим основные понятия,
связанные с давлением и его
измерением.
Давлением
Р называют отношение Р=F/S абсолютной
величины нормального, то есть действующего
перпендикулярно к поверхности
тела, вектора силы F к площади S этой
поверхности. Если сила равномерно распределена
по площади, то указанное отношение
задает точное значение давления в
каждой ее точке, в противном же случае
- только его среднее значение (точное
значение меняется от точки к точке
и определяется пределом отношения
силы ΔF, приложенной на бесконечно
малом участке поверхности, к
его площади ΔS). В отличие от
силы, величина которой может зависеть
от размеров поверхности ее приложения,
давление позволяет при рассмотрении
взаимодействия физических тел исключить
фактор площади, поскольку оно является
удельной, то есть отнесенной к единице
площади, силой.
1.1Виды
измеряемых давлений
Жидкие
и газообразные среды характеризуются
свойствами упругости - обратимого изменения
объема, то есть уменьшения объема среды
при сжатии ее под давлением и
восстановления исходного объема при
снятии этого давления, и текучести
- обратимого изменения формы. В этих
средах различают давление внешнее
(поверхностное) - на границе (поверхности)
сред - и внутреннее - внутри, в объеме
или массе среды.
Внешнее
давление Р на поверхность S жидкой
или газообразной среды, равное отношению
нормальной составляющей суммы сил
F, приложенной извне, к площади
поверхности S, передается внутрь среды
(рис. 1.1) без изменений и равномерно
во все стороны. То есть порождаемое
внутреннее давление направлено перпендикулярно
к любой внутренней площадке среды
.S, независимо от ее формы и положения
в среде, а величина давления в
среде пропорциональна величине
выделенной площадки (закон Паскаля). Очевидно,
что Р=F/S= ΔF/ΔS для любой точки среды. Внутреннее
давление покоящихся жидких и газообразных
сред зависит не только от внешнего давления,
но и от веса самой среды. Эта зависимость
наиболее существенна для жидкостей, обладающих
большей плотностью, чем газы. Положение
точки измерения относительно горизонтальных
плоскостей - поверхностей равного давления
- определяет весовую составляющую внутреннего
давления - гидростатическое давление.
Закон Паскаля справедлив не только для
покоящихся, но и для движущихся сред,
если их можно считать идеальными (отсутствует
трение между слоями среды - вязкость).
В вязких же движущихся средах величина
внутреннего давления зависит от направления,
и поэтому под внутренним давлением среды
понимают его усредненное значение по
трем взаимно перпендикулярным направлениям
в точке измерения. Полное внутреннее
давление в движущейся среде, например,
горизонтального напорного трубопровода
определяется суммой внешнего, гидростатического
и гидродинамического давления - скоростного
напорного давления, а также потерями
давления на трение по всей длине трубы
и вихревыми потерями при изменениях величины
и направления потока в гидравлических
сопротивлениях - коленах, задвижках, диафрагмах.
В напорных трубопроводах с энергоносителями
измеряется, как правило, статическое
давление, которое является разностью
полного и динамического давлений; при
этом скоростные характеристики потока
учитываются в расходомерах и счетчиках
при измерениях расхода и количества среды.
Условные
обозначения: F - внешняя сила, S - свободная
поверхность (площадь) среды, ΔF - сила давления
на внутреннюю площадку .S.
Рисунок
1.1 - Силы давления в
жидкой и газообразной
средах
На практике давления газообразных и жидких сред могут измеряться относительно двух различных уровней (рис. 1.2):
1)
уровня абсолютного вакуума,
2)
уровня атмосферного, или барометрического,
давления (ГОСТ 8.271_77). Давление, измеряемое
относительно вакуума,
Условные
обозначения: Р - давление, ДБ - давление
барометрическое, ДА - давление абсолютное,
ДИ - давление избыточное, ДВ - давление
вакуумметрическое, ДД - давление дифференциальное.
Рисунок
1.2 - Виды измеряемых
давлений в точках 1, 2, 3
физического процесса
- Системные и внесистемные единицы измерения давления
Единицы
измерения давления (СТ СЭВ 1052_89) определяются
одним из двух способов: 1) через высоту
столба жидкости, уравновешивающей измеряемое
давление в конкретном физическом процессе:
в единицах водяного столба при 4°С
(мм вод. ст. или м вод. ст.) или ртутного
столба при 0°С (мм рт. ст., или Торр) и
нормальном ускорении свободного падения
(в англоязычных странах используются
соответствующие единицы in H2O, ft H2O- дюйм
вод. ст., фут вод. ст. и in Hg - дюйм рт. ст.;
1 дюйм=25,4 мм, 1 фут=30,48 см); 2) через единицы
силы и площади.
В Международной системе единиц
(СИ), принятой в 1960 году, единицей
силы является Н (ньютон), а
единицей площади - м2. Отсюда определяется
единица давления паскаль Па=1
Н/м2 и ее производные,
В технической системе единиц
МКГСС (метр, килограммсила, секунда)
сила измеряется в килограммах
силы (1 кгс.9,8 Н). Единицы давления
в МГКСС - кгс/м2 и кгс/см2; единица
кгс/см2 получила название технической,
В физической системе единиц
СГС (сантиметр, грамм,
Изредка находит применение
В таблице 1.1 указаны коэффициенты
перевода одних системных или
внесистемных единиц давления
в другие: например, одной технической
атмосфере соответствует
1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2 = 0,97 атм = 0, 98×103
мбар = 0,98 бар = 104 мм вод.ст. = 10 м
вод.ст = 735 мм рт.ст. = =0,98×105 Па = 98 кПа=
0,098 МПа
С ошибкой в 2% можно пренебречь
разницей между технической
Диапазон давлений, измеряемых в
технике, достигает 17 порядков: от
10-8 Па в электровакуумном
Таблица 1.1 - Таблица соответствия единиц давления
- Классификация средств измерения давления
Для прямого
измерения давления жидкой или газообразной
среды с отображением его значения
непосредственно на шкале, табло
или индикаторе первичного измерительного
прибора применяются манометры (ГОСТ
8.271-77). Если отображение значения давления
на самом первичном приборе не
производится, но он позволяет получать
и дистанционно передавать соответствующий
измеряемому параметру сигнал, то
такой прибор называют измерительным
преобразователем давления (ИПД), или
датчиком давления. Возможно объединение
этих двух свойств в одном приборе
(манометр-датчик).
Манометры
классифицируют по принципу действия
и конструкции, по виду измеряемого
давления, по применению и назначению,
по типу отображения данных и другим
признакам (рис. 1.3). По принципу действия
манометры можно подразделить на
жидкостные (измеряемое давление уравновешивается
гидростатически столбом
Рисунок 1.3 - Классификация манометров
По виду
измеряемого давления манометры
подразделяют на приборы измерения
избыточного и абсолютного
По области
применения манометры подразделяют
на общепромышленные, или технические,
работающие в промышленных условиях
(при перепадах температур и влажности
окружающей среды, вибрациях, загрязнении
внешней среды и т.п.), лабораторные
(приборы повышенной точности для
использования в комфортных и
стабильных условиях лабораторий), специальные
(применяются в экстремальных
условиях: на железнодорожном транспорте,
судах, котельных установках, при
работе с кислотными и другими
агрессивными средами), образцовые (для
поверки рабочих манометров) и эталонные
(хранители единиц давления с целью передачи
их образцовым приборам).
По типу
отображения значений измеряемого
давления манометры подразделяют на
прямопоказывающие - с визуальным считыванием
данных непосредственно по аналоговой
(стрелочной) или цифровой шкале
прибора, на сигнализирующие (электроконтактные)
- с выдачей управляющего электрического
сигнала путем замыкания или
размыкания контактов при достижении
измеряемым давлением заранее
Рисунок 1.4 - Классификация измерительных преобразователей давления
По
способу обработки и
На сегодняшний день самыми популярными
в СНГ являются тензорезисторные
ИПД. Тензорезисторные чувствительные
элементы ТРЧЭ (в переводной литературе
их иногда называют пьезорезисторными,
не надо путать с пьезоэлектрическими)
представляют собой металлическую
и/или диэлектрическую
Рисунок 1.5 - Структурная схема первичного тензорезисторного ИПД
Тензорезисторы
(ТР) выполняются как из металла (проволочные,
фольговые или пленочные), так
и из полупроводника (поликристаллические
из порошкообразного полупроводника и
монокристаллические из кристалла
кремния). Поскольку чувствительность
полупроводниковых ТР в десятки
раз выше, чем у металлических,
и, кроме того, интегральная технология
позволяет в одном кристалле
кремния формировать
По
выходному сигналу ИПД
ИПД различаются, кроме того, по видам измеряемого давления, используемым единицам измерения и ряду основных технических параметров (ГОСТ 22520-85): диапазону измеряемого давления (выбирается для каждой модели из стандартного ряда давлений), пределу основной допускаемой погрешности (определяется при нормальной температуре +25°С от верхнего предела диапазона измерения и включает в себя, как правило, погрешности от гистерезиса ЧЭ, его линейности и воспроизводимости результатов измерения), пределу дополнительной температурной погрешности (этот предел задается от изменения температуры относительно нормальной на каждые 10 или 28°С или на весь температурный диапазон работы), допустимому рабочему диапазону температур окружающей среды (иногда дополнительно указывают допустимый диапазон температур технологического процесса или измеряемой среды и корпуса прибора), динамическому диапазону измерения давлений (отношению максимального значения измеряемого давления к минимальному), стабильности метрологических характеристик во времени (как процент от верхнего предела диапазона измерения в течение 6 или 12 месяцев), устойчивости к вибрациям, защите от высокочастотных помех, климатическим и взрывозащищенным исполнениям (ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 14254-96), требованиям к источнику питания и по другим параметрам.
Таблица 1.2 Характеристики наиболее распространённых моделей общепромышленных ИПД
- Установка и использование измерительных преобразователей давления
Установка
конкретного ИПД для измерения
давления в напорном трубопроводе должна
производиться таким образом, чтобы
исключить или свести к минимуму
влияние на процесс измерения
и эксплуатации прибора таких
дестабилизирующих и опасных
факторов, как а) высокие температуры
среды энергоносителя и внешней
окружающей среды, б) вибрации трубопровода,
в) химическая агрессивность среды
энергоносителя, г) взрывоопасность
среды энергоносителя и внешней
среды, д) электромагнитные помехи и
радиация. С учетом предельных характеристик
ИПД и конкретных условий окружающей
среды преобразователи
При
измерении давления химически агрессивных
сред необходимо либо использовать ИПД
с соответствующими защитными характеристиками
(например, с защитным фторопластовым
слоем наружной стороны измерительной
мембраны или со встроенной внутренней
защитно-разделительной мембраной
из коррозионно-стойкого материала
типа, например, титана или тантала),
либо применять внешние выносные
РМ, которые могут соединяться
с ИПД непосредственно через
штуцер прямым монтажом или капиллярным
монтажом через соединительную трубку.
Использование внешних РМ позволяет
применять обычные ИПД в
На
практике часто вместо РМ используются
устаревшие безмембранные разделительные
сосуды, в которых часть сосуда
заполняется измеряемой средой, а
другая часть со стороны ИПД и соединительной
трубки - передаточной, или разделительной
жидкостью. Такое решение при измерении
жидких сред может со временем привести
к смешиванию в результате диффузии измеряемой
и разделительной сред, то есть утрате
самой разделительной функции с соответствующими
последствиями, а при измерении газовых
сред - к диффузии газа в разделительную
среду с переводом ее в двухфазное состояние
с потерей функции несжимаемости, что
ведет к росту погрешности измерения давления.
Соединительные
трубки (металлические) используются прежде
всего с целью снижения температуры
измерительной или передаточной
среды до допустимого температурного
диапазона работы конкретного ИПД.
Для этого трубки выполняются
без тепловой изоляции, а их длина
выбирается таким образом, чтобы
в месте установки прибора
температура среды не превышала
допустимого значения. При длинной
соединительной трубке (обычно ее длина
не превышает нескольких десятков метров)
у места ее присоединения к
трубопроводу устанавливается дополнительный
запорный вентиль для отключения
трубки в случае аварии. Трубки не должны
вносить дополнительные погрешности
в измерение давления, и с этой
целью их надлежит заполнять однофазной
несжимаемой передаточной средой, а
также присоединять к трубопроводу
и прокладывать так, чтобы исключить
образование в них двухфазных
сред - газовоздушных пузырей («газовых
мешков») при измерении давления
жидких сред или конденсата при измерении
давления газовых сред (рис. 1.7, 1.8). Это
достигается подключением трубок к
горизонтальному трубопроводу с
середины его профиля при измерении
давления жидких сред и сверху - при
измерении газовых сред, а также
прокладкой соединительных трубок с
уклоном в сторону, обеспечивающую
удаление газов (уклон вниз) или конденсата
(уклон вверх) в измеряемую среду
трубопровода. В этих же целях необходимо
размещать ИПД для жидких сред
ниже уровня отбора давления, а для
газовых сред - выше этого уровня.
Если такие условия трудновыполнимы,
то в соединительных линиях предусматривают
газосборники со спусковыми клапанами
(их функцию в ряде случаев могут
выполнять уравнительные

- Давление жидкости на плоские и цилиндрические стенки
- Давление и температура в газовых месторождениях и методы их определения
- Давление крови
- Давление на окружающую среду
- Давление насыщенного пара
- Давление света
- Давление среды: наркотики, алкоголь, сигареты, энергетики
- Давід Рікардо-економіст промислового перевороту в ХVII ст
- Давлат бюджетининг Ғазначилик ижросида касса ижросини тартиби
- Давлати Темуриён
- Давление в жидкости и газе
- Давление в переговорах и способы противостояния
- Давление газа
- Давление газа и жидкостей