Виды давления. Абсолютное, избыточное и вакууметрическое давление

Абсолютное давление = absolute pressure и приборное (избыточное) давление = gauge pessure. В частности — что такое psig и psia ? Единица давления psig и psia. Вариант для печати

В классической физике, например, в термодинамике, давление измеряется в единицах абсолютного давления (большой выбор от ) относительно абсолютного вакуума, но, говоря о давлении в технике, мы обычно имеем в виду т.н. приборное или избыточное давление (изредка его еще называют "действующим",  и совсем редко "манометрическим", у англосаксов "gauge").

Все эти понятия связаны следующим нехитрым равенством: Абсо­лютное  (давление на планете земля, это суммарное давле­ние, воздействующее на вещество, или другими словами это сумма атмо­сферного (барометрического) и избыточного давлений:

Р_абс =Р_атм +Р_изб

Разница между понятиями в том, что:

• приборное или избыточное ("действующее", "манометрическое", "gauge" ) давление измеряется относительно атмосферного, или:
  • ноль приборного (избыточного) давления равен атмосферному (барометрическому) давлению, или
• абсолютный вакуум равен "минус одной атмосфере" приборного (избыточного,манометрического) давления и, при этом, равен нулю абсолютного давления.

Имейте в виду, что в подавляющем большинстве случаев в инжнерной жизни говоря о давлении имеют в виду именно приборное (избыточное) давление. Но всегда можно и переспросить.

• Единица давления psig — приборное (избыточное над атмосферным) давление в psi (фунтах на квадратный дюйм) — единица англосаксов.
• Единица давления psia — абсолютное в psi (фунтах на квадратный дюйм) — единица англосаксов..

• Абсолютное давление — величина измеренная относительно давления равного абсолютному нулю. Другими словами — давление относительно абсолютного вакуума.
• Барометрическое давление, атмосферное дваление — это абсолютное давление земной атмосферы. Свое названиеэтот 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 — 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. Это, очевидно, положительное приборное давление.
• Вакуум или по другому вакуумметрическое давление это величина на которую измеряемое приборное давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных от -103 до 0 кПа. Приборы способные измерять этот тип давления называют вакуумметрами. Это, само-собой, отрицательное приборное давление.
• Дифференциальное давление возникает когда сравнивается одно давление относительно другого. В строгом смысле все виды двления, кроме абсолютного — диффренциальные 🙂

Таблицы перевода единиц измерения давления и вакуума

Избыточное давление

Понятие избыточного давления также, как и абсолютного давления, относится к точке отсчета для указания давления. Избыточное давление — это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, нормальное атмосферное давление.

Избыточное давление равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Например, давление на уровне моря, которое составляет 1 бар(а), может быть также указано как избыточное давление, составляющее 0 бар(и).

На письме указание на избыточное давление иногда подчеркивается литерой и в русском языке, g в английском (от слова gauge , то есть прибор[ное давление] — т.к. на манометрах обычно отображается именно избыточное давление), и литерой ü в немецком (от слова Überdruck , то есть «сверхдавление»).

Видео

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.

Понятие атмосферного давления

Окружающий нас воздух состоит из постоянно движущихся молекул, которые сталкиваются с земной поверхностью,находящимися на ней предметами и между собой. Из ударов крохотных частиц складывается итоговое давление. Данный параметр называется атмосферными, или барометрическим давлением.

Но, как показали измерения, Р_атм в значительной степени зависит от температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря. Поэтому для объяснения физических процессов и решения задач текущие параметры атмосферного давления сводят к нормальным условиям. Начальные параметры Р_атм определяются при показателе температуры 0⁰ С над нулевым уровнем моря.

Главные формулы

При изменении условия агрегатного состояния вещества наблюдаются отличные друг от друга свойства. С учётом этого принципа определяется способ вычисления Р. Для гидростатического состояния используется формула: Р = pgh, где:

• р — плотность;
• g — ускорение;
• h — высота.

Гидростатика применяется к газам. Исключение — вычисление АД. Это объясняется разностью высот и плотностей воздушных масс. От глубины погружения предмета либо объекта зависит значение Р вещества. Так как сила F вычисляется путём умножения m на g, а масса воды — p на V, идеальным вариантом для расчёта давления считается выражение: P = pVg / S. Формула применяется на онлайн-ресурсах, где можно решать задачи по физике и химии.

Если площадь записать в виде S= V/h, тогда Р= pgh. Давление в воде либо иной жидкости вычисляется с учётом изменения верхнего слоя. Это приводит к образованию другого Р. Чтобы найти абсолютную силу, используется формула:

Р = Р0 + 2QH, где:

• Р0 — давление неизменяемого слоя;
• Q — поверхность натяжения жидкого вещества;
• H — среднее значение.

Последний показатель должен сообщаться между первыми двумя, поэтому он считается усреднённым. Для определения значения используются радиусы кривизны: ½ (1/R1+ 1/R2). Каждый вид газа оказывает особенное парциальное давление. Для идеального состояния характерна сумма Р каждого отдельного компонента смеси. Частая ошибка, которую допускают школьники при вычислении давления воздуха — применение только кислорода. Но воздух представлен в виде различных газов:

• аргон;
• азот.

Для нахождения давления воздушных масс используется формула P=P1+P2+P3…

Атмосферное

Наконец самым жизненно необходимым рассматриваемым видом давления для человека является атмосферное. Его обозначение на латыни – Pamb (amb – ambienes) – окружающий. Оно в первую очередь разнится от ранее рассмотренных типов тем, что значение получается методом измерения, точек отсчета у него нет.

Атмосферная величина складывается из массы атмосфер, окружающих земной шар на высоте до пятисот километров. Несмотря на тот факт, что в пределах этой высоты атмосферное давление примерно одинаковое, оно, в зависимости от метеорологических условий может сильно меняться.

Среднее значение Pamb на уровне моря имеет цифру в 101 325 Паскалей. Производители оборудования в Европе условно принимают эту величину за так называемый 1 Бар. Измерение атмосферного показателя в быту принято считать в мм ртутного столба. Нормальным считается значение 760 мм рт.ст. при температуре ноль градусов по Цельсия. Атмосферные погодные явления, такие, как циклоны и антициклоны заставляют изменяться величину в пределах 5 %.

Решение задач

В задачах по физике формулы давления могут выглядеть по-разному. Задача первая: нужно найти Р, оказываемое телом на судно и грунт под водой, когда водолаз находится в движении. Человек весит со снаряжением на суше 180 кг. Площадь стопы равняется 360 кв. см. Сила, с которой человек воздействует на судно равно 180/360 = 0.5 (кгс/см). Используя таблицу, величину можно перевести в Па. Получится 49 кПа. На грунт под водой оказывается сила в 2,46 кПа.

Пример 2: нужно вычислить абсолютное Р воды, если глубина равна 150 м, сила — 765, а масса тела — 1,024 кгс/л. Решение: P = 765/735,6+1,024×150/10=16.4.

Пример 3: ёмкость баллона равна 40 л, давление в нём 150 кгс/см². Нужно найти V свободных воздушных масс. Решение: начальное Р вычисляется следующим образом: 150+1 = 151 кгс/кв.см. Начальное V равно 40 литров. Свободное V вычисляется p1xнач V/p2=6.04 куб. м. Аналогичным способом решаются задачи, где нужно найти Р любой жидкости, твёрдого объекта, газового вещества.

Пьезометрическая высота

Как это часто бывает, наряду с общепринятыми единицами измерения физических величин, используются и исторические. Пьезометрическая высота -это одна из таких величин. Она может быть измерена специальным прибором, представляющим собой стеклянную трубку, верхняя часть которой незапечатана и открыто сообщается с атмосферой, а нижняя присоединена к сосуду, в котором измеряется давление. Прибор, при помощи которого можно провести подобные измерения, представлен ниже:

Если к давлению, наблюдаемому в сосуде, применить законы гидростатики, можно получить такое выражение для абсолютного давления:

Здесь р_а – атмосферное давление, а выражение gρh_p представляет собой произведение высоты столба жидкости на ее плотность и на значение силы тяжести. Так можно измерить абсолютное значение газа в любом сосуде.

Теги