Типы давления: абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление

Наравне с температурой давление является одним из наиболее важных параметров, описывающих физическое состояние среды. Давление определяется как сила (F_N), постоянно действующая на заданную площадь поверхности (A). Типы давления отличаются друг от друга только по отношению к выбранному эталонному давлению.

Абсолютное давление

Наиболее приемлемым эталонным давлением является нулевое, которое существует в безвоздушном космическом пространстве. Любое давление относительно данного известно как абсолютное давление. Абсолютное давление обозначается как “ abs”, что является сокращением от латинского слова “absolutus”, означающего отдельный, независимый.

Атмосферное давление

Наверное наиболее важным типом давления для жизни на земле является атмосферное давление, p_amb (amb = ambiens = окружающий).

Это давление образовано массой атмосферы, окружающей землю на высоте примерно до 500 км. До этой высоты, на которой абсолютное давление p_abs = 0, его величина постоянно уменьшается. Тем не менее, атмосферное давление подвержено погодным колебаниям, что хорошо нам известно из ежедневного прогноза погоды. На уровне моря p_amb в среднем составляет 1013,25 гектопаскаля (ГПа), что соответствует 1013,25 миллибара (мбар). Благодаря “циклонам” и “антициклонам” атмосферное давление может колебаться в пределах, примерно, 5 %.

Дифференциальное давление

Разница между двумя величинами давления p₁ и p₂ известна как перепад давления Δp = p₁ — p₂. В случаях, когда разница между двумя значениями представляет собой измеренное значение переменной процесса, говорят о дифференциальном давлении p_1,2.

Избыточное (манометрическое) давление

К наиболее часто встречающемуся типу измеряемого давления на технологических объектах относится перепад атмосферного давления, P

e (e = excedens = превышение). Оно представляет собой разницу между абсолютным давлением P_abs и относительным (абсолютным) атмосферным давлением (p_e = p_abs – p_amb), более известное как избыточное или манометрическое давление.

Понятие положительного избыточного давления используют, когда абсолютное давление превышает атмосферное. В противном случае говорят об отрицательном избыточном давлении.

Сокращения в формулах “abs”, “amb” и “e” однозначно указывают на тип измеряемого давления. Эти сокращения относятся в формулах к букве Р, но не к единицам измерения.

---

Неважно какое давление — абсолютное, избыточное или дифференциальное. С помощью WIKA вы подберете необходимый измерительный прибор для любого типа давления:

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Виды давления. Максимальное избыточное давление воздуха

Каждый человек в своей жизни так или иначе сталкивается с атмосферным давлением, однако все ли знают, что это значит? Ниже рассмотрим не только понятие атмосферы, но и определение абсолютного, дифференциального и максимального избыточного давления воздуха.

Данные понятия иногда упоминаются, когда речь заходит об отоплении частного дома — это давление теплоносителя в самой системе отопления или же газа в газовом трубопроводе при центральном газоснабжении. Конечно, знать этого совсем не обязательно, но для общего развития ознакомиться с основными понятиями полезно.

Абсолютное

Абсолютное давление газа — это независимая величина, существующая в безвоздушном пространстве. С латыни «absolutus» переводится как отдельный, независимый. По другому можно сказать, что это измеряемый параметр относительно абсолютного нуля или вакуума.

Если данная величина находится между абсолютным «0» (вакуумом) и атмосферой (значение по уровню моря, равное 101325 Паскаль или ≈ 760 мм.рт.ст. или в барах — единица), то оно приравнивается к частичному «0» вакууму.

Если показатели абсолютной величины выше, чем показатель атмосферы воздуха, в данном моменте оно классифицируется избыточным. Точкой отсчета является показатель давления в атмосфере. Абсолютное значение вычисляется суммой величин избыточного и атмосферного показателя. Измеряется оно в системе СИ в Па (Паскалях).

Формула для вычисления абсолютного показателя выглядит следующим образом:

P_abs = P_amb + P_e,

где P_amb – атмосферное,

P_e – избыточное.

Избыточное

Избыточное (второе название манометрическое) представляется как разность (в положительном значении) между измеряемой величиной и нормальным атмосферным показателем.

В данном случае точкой отсчета показателя является давление в атмосфере. Понятие данного вида используют, когда возникает превышение абсолютного значения над атмосферным. Иначе существует такой показатель, как отрицательное избыточное давление газа.

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 %.

Дифференциальное

 

Разницей между двумя замеренными показателями называют дифференциальным давлением (pressure differentialis) – перепад или разность. Его используют для определения падения давления при использовании какого-либо оборудования. Как правило на фильтрах очистки сжатого газа или воздуха. К абсолютному значению или избыточному данный вид отношения не имеет.

Все вышеперечисленные виды измеряемых величин применяются при эксплуатации и проектировании газопроводов и трубопроводов промышленных и частных объектов, автомобильных систем газобалонного оборудования, снабженных датчиками абсолютного показателя (ДАД). Поэтому для общего развития не помешает знать данные понятия, но вдаваться в подробности не имеет смысла, если конечно не захочется понять физику процессов.

Мне нравитсяНе нравится

Определение падения давления газа в газопроводе

 

При движении газа по трубопроводам имеют место потери давления линейные и местные , Па – суммарные потери давления,

где — линейные потери давления на прямолинейных участках, которые обусловлены трением газа о стенки труб и внутренним трением молекул газа. Они зависят от шероховатости стенок труб и режима движения газа (ламинарный, турбулентный), т.е. от критерия Рейнольдса,

— местные потери давления, т.е. в местных сопротивлениях, каковыми являются повороты, тройники, кресты, сужения, расширения, запорная и регулирующая арматура, дроссельные диафрагмы, счётчики и т.д.

Так как потери давления в местных сопротивлениях, ввиду их разнообразия, достаточно сложно определить, то влияние местных сопротивлений учитывается методом эквивалентных длин.

Эквивалентной длиной местного сопротивления называется такая длина прямолинейного участка газопровода такого же диаметра, на котором падение давления равно падению давления в данном местном сопротивлении. Все местные сопротивления на газопроводе условно заменяются линейными, при этом расчётная длина газопровода увеличивается на величину эквивалентной длины.

Тогда расчётная длина газопровода будет определяться по формуле

, м

где , м – действительная длина участка газопровода;

, м – эквивалентная длина местных сопротивлений на участке при

— сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке газопровода.

Коэффициенты местных сопротивлений зависят от вида устройства, например:

— для полностью открытой задвижки и отвода

— для пробкового крана

— для ПЗК

Коэффициенты приводятся в справочниках.

Эквивалентная длина местных сопротивлений при определяется по формуле: , м

где d – внутренний диаметр трубы, см

λ – коэффициент гидравлического трения, который зависит от режима движения газа.

Эквивалентную длину при можно определить по номограммам или таблицам, которые приводятся в справочниках. Для этого необходимо знать расход газа и внутренний диаметр газопровода.

Расчётная длина газопровода с учётом местных сопротивлений будет равна:

, м

В приближённых расчётах потери давления в местных сопротивлениях допускается учитывать путём увеличения фактической длины газопровода на 5…10%, т.е. ℓ = (1,05…1,1)ℓ′, м.

Падение давления на участке газовой сети можно определять по формулам: для сетей низкого давления:

, Па

где Р_н и Р_к – давления в начале и конце участка газопровода, Па;

для сетей среднего и высокого давления:

, МПа²

где Р_н – абсолютное давление газа в начале участка, МПа;

Р_к – абсолютное давление газа в конце участка, МПа;

Р₀ = 0,101325 МПа – нормальное атмосферное давление;

λ – коэффициент гидравлического трения;

ℓ — расчётная длина участка газопровода, м;

d – внутренний диаметр газопровода, см;

ρ₀ – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

В – расход газа при нормальных условиях м³/ч.

Давление газа в конце или в начале участка газопровода определяются по формулам:

— для газопроводов низкого давления:

, Па – давление в конце участка;

, Па – давление в начале участка;

— для газопроводов среднего и высокого давления:

, МПа – давление в конце участка;

, МПа – давление в начале участка.

Узнать еще:

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов.

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с подробной информацией о Канзасе

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «.

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент, оставивший отзыв на курсе

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил много удовольствия «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курса.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания.

По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика. «

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

.

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

и онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P. E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

.

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P. E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены путешествовать «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время. Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теории.

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П. Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

пониженная цена

на 40%.

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P. E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P. E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую . «

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими.

хорошо подготовлены. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Тщательно

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Luan Mane, P. E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернись, чтобы пройти викторину.

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях .

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог сделать

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за создание

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал . «

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

.

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

приходится путешествовать. «

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Манометрическое давление, абсолютное давление и измерение давления

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите избыточное и абсолютное давление.
• Понимание работы анероидных барометров и барометров с открытой трубкой.

Если вы прихрамываете на заправочной станции с почти спущенной шиной, вы заметите, что манометр на авиалинии показывает почти ноль, когда вы начинаете заправлять ее.Фактически, если бы в вашей шине было зияющее отверстие, датчик показывал бы ноль, даже если в шине существует атмосферное давление. Почему датчик показывает ноль? Здесь нет никакой загадки. Манометры просто предназначены для считывания нуля при атмосферном давлении и положительного значения, когда давление выше атмосферного.

Точно так же атмосферное давление увеличивает кровяное давление во всех частях кровеносной системы. (Как отмечалось в Принципе Паскаля, полное давление в жидкости — это сумма давлений из разных источников, в данном случае сердца и атмосферы. ) Но атмосферное давление не оказывает общего влияния на кровоток, поскольку оно увеличивает давление, исходящее из сердца и возвращающееся в него. Важно то, насколько артериальное давление на больше атмосферного. Таким образом, измерения артериального давления, как и давления в шинах, производятся относительно атмосферного давления.

Короче говоря, манометры очень часто игнорируют атмосферное давление, то есть считывают ноль при атмосферном давлении. Поэтому мы определяем манометрическое давление как давление относительно атмосферного давления.Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

Манометрическое давление

Манометрическое давление — это давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

Фактически, атмосферное давление действительно увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер. Это происходит из-за принципа Паскаля. Общее давление, или абсолютного давления , представляет собой сумму манометрического давления и атмосферного давления: P _абс. = P _г + P _атм , где P _абс. абс. давление, P _г — манометрическое давление, P _атм — атмосферное давление.Например, если ваш манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм ( P _атм фунтов на квадратный дюйм) или 48,7 фунта на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

Абсолютное давление

Абсолютное давление — это сумма манометрического и атмосферного давления.

По причинам, которые мы рассмотрим позже, в большинстве случаев абсолютное давление в жидкости не может быть отрицательным. Жидкости толкают, а не тянут, поэтому наименьшее абсолютное давление равно нулю. (Отрицательное абсолютное давление — это притяжение.) Таким образом, минимально возможное манометрическое давление составляет P _g = — P _атм (это составляет P _abs ноль). Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Существует множество устройств для измерения давления, от шинных манометров до манжет для измерения кровяного давления. Принцип Паскаля имеет большое значение в этих устройствах. Непрерывная передача давления через жидкость обеспечивает точное дистанционное измерение давления.Дистанционное зондирование часто удобнее, чем установка измерительного прибора в систему, например, в артерию человека. На рис. 1 показан один из многих типов механических манометров, используемых сегодня. Во всех механических манометрах давление представляет собой силу, которая преобразуется (или преобразуется) в некоторый тип считывания.

Рис. 1. В этом анероидном манометре используется гибкий сильфон, соединенный с механическим индикатором для измерения давления.

Весь класс манометров использует свойство, согласно которому давление, обусловленное весом жидкости, определяется как P = hρg .Рассмотрим, например, U-образную трубку, показанную на рисунке 2. Эта простая трубка называется манометром . На рисунке 2 (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы. Таким образом, атмосферное давление одинаково снижается с каждой стороны, поэтому его эффект нивелируется. Если жидкость глубже с одной стороны, давление на более глубокой стороне больше, и жидкость течет от этой стороны до тех пор, пока глубины не сравняются.

Давайте посмотрим, как манометр используется для измерения давления. Предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления P _abs , например, игрушечному воздушному шарику на рисунке 2 (b) или вакуумной банке с арахисом, показанной на рисунке 2 (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. На рисунке 2 (b) P _abs больше атмосферного давления, тогда как на рисунке 2 (c) P _abs меньше атмосферного давления. В обоих случаях P _abs отличается от атмосферного давления на величину hρg , где ρ — плотность жидкости в манометре. На рисунке 2 (b), P _abs может поддерживать столб жидкости высотой h , и поэтому он должен оказывать давление на hρg больше атмосферного (манометрическое давление P _g равно положительный).На рисунке 2 (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой h , поэтому P _abs меньше атмосферного давления на величину hρg (манометрическое давление P _g отрицательный). Манометр с одной стороной, открытой в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление составляет P _g = hρg и определяется путем измерения h .

Рисунок 2.Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и поток будет идти с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление P _g = hρg, передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления P _g на величину hρg. Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Манометры

Mercury часто используются для измерения артериального давления. Надувная манжета надевается на плечо, как показано на рисунке 3. Сжимая грушу, человек, производящий измерение, оказывает давление, которое передается в неизменном виде как на главную артерию руки, так и на манометр. Когда это приложенное давление превышает кровяное давление, кровоток под манжетой прекращается. Затем человек, производящий измерение, медленно снижает приложенное давление и ожидает возобновления кровотока.Артериальное давление пульсирует из-за перекачивающего действия сердца, достигая максимума, называемого систолическим давлением , и минимума, называемого диастолическим давлением , с каждым ударом сердца. Систолическое давление измеряется путем учета значения ч , когда кровоток впервые начинается при понижении давления в манжете. Диастолическое давление измеряется по отметке ч , когда кровь течет без перебоев. Типичное артериальное давление молодого взрослого человека поднимает ртуть до высоты 120 мм при систолическом и 80 мм при диастолическом.Обычно это 120 на 80 или 120/80. Первое давление соответствует максимальной мощности сердца; второй — из-за эластичности артерий в поддержании давления между ударами. Плотность ртутной жидкости в манометре в 13,6 раз больше, чем у воды, поэтому высота жидкости будет 1 / 13,6 от высоты водяного манометра. Эта уменьшенная высота может затруднить измерения, поэтому ртутные манометры используются для измерения более высоких давлений, например артериального давления.Плотность ртути такова, что 1,0 мм рт. Ст. = 133 Па.

Систолическое давление

Систолическое давление — это максимальное артериальное давление.

Диастолическое давление

Диастолическое давление — это минимальное кровяное давление.

Рис. 3. При обычных измерениях артериального давления надувная манжета надевается на плечо на том же уровне, что и сердце. Кровоток определяется сразу под манжетой, и соответствующие значения давления передаются на манометр, заполненный ртутью.(Источник: фотография армии США специалиста Мики Э. Клэра, 4-й этаж BCT)

Пример 1. Расчет высоты мешка для внутривенного вливания: артериальное давление и внутривенные инфузии

Внутривенные инфузии обычно производятся с помощью силы тяжести. Предполагая, что плотность вводимой жидкости составляет 1,00 г / мл, на какой высоте следует поместить мешок для внутривенного вливания над точкой входа, чтобы жидкость просто попадала в вену, если артериальное давление в вене на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного. ? Предположим, что мешок для внутривенных вливаний складной.

Стратегия для (а)

Для того, чтобы жидкость просто попала в вену, ее давление на входе должно превышать артериальное давление в вене (на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного давления). Поэтому нам нужно найти высоту жидкости, которая соответствует этому манометрическому давлению.

Решение

Сначала нам нужно преобразовать давление в единицы СИ. Поскольку 1,0 мм рт. Ст. = 133 Па,

[латекс] P = \ text {18 мм рт. Ст.} \ Times \ frac {\ text {133 Па}} {1.0 \ text {мм рт. Ст.}} = \ Text {2400 Па} \\ [/ latex]

Перестановка P _g = hρg для h дает [latex] h = \ frac {{P} _ {\ text {g}}} {\ mathrm {\ rho g}} \\ [/ латекс]. {2} \ right)} \\ & = & \ text {0,24 м.} \ End {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Мешок для внутривенных вливаний должен быть размещен на высоте 0,24 м над точкой входа в руку, чтобы жидкость просто попала в руку. Как правило, мешки для внутривенных вливаний размещаются выше. Возможно, вы заметили, что мешки, используемые для сбора крови, размещаются под донором, чтобы кровь могла легко течь от руки к сумке, что является противоположным направлением потока, чем требуется в представленном здесь примере.

Барометр — прибор для измерения атмосферного давления.Ртутный барометр показан на рисунке 4. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что hρg = P _атм . Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает, давая важные подсказки синоптикам. Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.В таблице 1 приведены коэффициенты пересчета для некоторых наиболее часто используемых единиц давления.

Рис. 4. Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, hρg , равно атмосферному давлению. Атмосфера способна вытеснить ртуть в трубке на высоту х , потому что давление над ртутью равно нулю.

Таблица 1. Коэффициенты пересчета для различных единиц давления

Преобразование в Н / м 2 (Па)	Конверсия из банкомата
1.0 атм = 1.013 × 10 5 Н / м 2	1,0 атм = 1,013 × 10 5 Н / м 2
1,0 дин / см 2 = 0,10 Н / м 2	1,0 атм = 1,013 × 10 6 дин / см 2
1,0 кг / см 2 = 9,8 × 10 4 Н / м 2	1. 0 атм = 1.013 кг / см 2
1,0 фунт / дюйм. 2 = 6,90 × 10 3 Н / м 2	1.0 атм = 14,7 фунт / дюйм. 2
1,0 мм рт. Ст. = 133 Н / м 2	1.0 атм = 760 мм рт. Ст.
1,0 см рт. Ст. = 1,33 × 10 3 Н / м 2	1.0 атм = 76.0 см рт. Ст.
1,0 см воды = 98,1 Н / м 2	1.0 атм = 1.03 × 10 3 см воды
1,0 бар = 1.000 × 10 5 Н / м 2	1,0 атм = 1,013 бар
1.0 миллибар = 1.000 × 10 2 Н / м 2	1,0 атм = 1013 миллибар

Сводка раздела

• Манометрическое давление — это давление относительно атмосферного давления.
• Абсолютное давление — это сумма манометрического и атмосферного давления.
• Анероидный манометр измеряет давление с помощью сильфона и пружины, соединенного со стрелкой калиброванной шкалы.
• Манометры с открытой трубкой имеют U-образную форму трубки, один конец которой всегда открыт.Он используется для измерения давления.
• Ртутный барометр — это прибор, измеряющий атмосферное давление.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, почему жидкость достигает одинаковых уровней с обеих сторон манометра, если обе стороны открыты для атмосферы, даже если трубки имеют разный диаметр.

2. На рис. 3 показано, как выполняется обычное измерение артериального давления. Влияет ли опускание манометра на измеряемое давление? Каков эффект от поднятия руки над плечом? Каков эффект наложения манжеты на верхнюю часть ноги, когда человек стоит? Объясните свои ответы с точки зрения давления, создаваемого весом жидкости.

3. Учитывая величину типичного артериального давления, почему для этих измерений используются ртутные, а не водяные манометры?

Задачи и упражнения

1. Найдите манометрическое и абсолютное давление в баллоне и банке с арахисом, показанных на рисунке 2, при условии, что манометр, подключенный к баллону, использует воду, а манометр, подключенный к банке, содержит ртуть. Выразите в сантиметрах воды для баллона и миллиметрах ртутного столба для сосуда, взяв ч = 0.0500 м на каждую.

Рис. 2. Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и поток будет идти с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление P _g = hρg , передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления P _g на величину hρg .Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

2. (a) Преобразуйте нормальные показания артериального давления 120 на 80 мм рт. Ст. В ньютоны на метр в квадрате, используя соотношение для давления из-за веса жидкости [латекс] \ left (P = {h \ rho g} \ right ) \\ [/ latex], а не коэффициент преобразования. (б) Обсудите, почему артериальное давление у младенца может быть ниже, чем у взрослого. В частности, учитывайте меньшую высоту, на которую необходимо перекачивать кровь.

3. Какой высоты должен быть манометр, заполненный водой, для измерения артериального давления до 300 мм рт. Ст.?

4. Скороварки существуют уже более 300 лет, хотя в последние годы их использование сильно сократилось (ранние модели имели неприятную привычку взрываться). Какое усилие должны выдерживать защелки, удерживающие крышку на скороварке, если круглая крышка имеет диаметр 25,0 см, а манометрическое давление внутри составляет 300 атм? Не обращайте внимания на вес крышки.

5. Предположим, вы измеряете кровяное давление стоящего человека, поместив манжету на его ногу на 0,500 м ниже сердца. Вычислите давление, которое вы бы наблюдали (в мм рт. Ст.), Если бы давление в сердце было 120 на 80 мм рт. Ст. Предположим, что нет потери давления из-за сопротивления в системе кровообращения (разумное предположение, поскольку основные артерии большие).

6. Подводная лодка оказалась на дне океана с люком на глубине 25,0 м.Рассчитайте усилие, необходимое для открытия люка изнутри, учитывая, что он круглый и имеет диаметр 0,450 м. Давление воздуха внутри подлодки — 1,00 атм.

7. Предполагая, что велосипедные шины идеально гибкие и выдерживают вес велосипеда и водителя только за счет давления, вычислите общую площадь контакта шин с землей. Велосипед плюс райдер имеет массу 80,0 кг, а манометрическое давление в шинах составляет 3,50 × 10 ⁵ Па.

Глоссарий

абсолютное давление:

сумма манометрического давления и атмосферного давления

диастолическое давление:

минимальное артериальное давление в артерии

избыточное давление:

давление относительно атмосферного

систолическое давление:

максимальное артериальное давление в артерии

Избранные решения проблем и упражнения

1. Воздушный шар:

P _г = 5,00 см H ₂ O,

P _абс = 1.035 × 10 ³ см H ₂ O

Банка:

P _г = -50,0 мм рт. Ст.,

P _абс = 710 мм рт.

3. 4.08 м

5. [латекс] \ begin {array} {} \ Delta P = \ text {38,7 мм рт. Ст.,} \\ \ text {Кровяное давление в ноге} = \ frac {\ text {159}} {\ text {119} } \ end {array} \\ [/ latex]

7.22,4 см ²

Давление

Давление в жидкости определяется как

«нормальная сила на единицу площади, действующая на воображаемую или реальную плоскую поверхность в жидкости или газе»

Уравнение для давления может быть выражено как :

p = F / A (1)

где

p = давление (фунт / дюйм ² (psi), фунт / фут ² (psf), Н / м ² , кг / мс ² (Па))

F = сила (Н) ¹⁾

A = площадь (в ² , ft ² , m ² )

¹⁾ В Имперско-английской инженерной системе особое внимание следует уделять силовой единице. Базовая единица измерения массы — снаряд, а единица измерения силы — фунт ( фунтов ) или фунт силы ( фунтов _f ).

Абсолютное давление

Абсолютное давление — p _abs — измеряется относительно абсолютного давления нулевого давления — давления, которое будет иметь место при абсолютном вакууме. Все расчеты, связанные с газовым законом, требуют, чтобы давление (и температура) были в абсолютных единицах.

Манометрическое давление

Манометр часто используется для измерения разности давлений между системой и окружающей атмосферой.Это давление часто называют манометрическим давлением и может быть выражено как

p _g = p _s — p _атм (2)

где

p 914 = манометрическое давление (Па, фунт / кв. Дюйм)

p _с = давление в системе (Па, фунт / кв. Дюйм)

p _атм = атмосферное давление (Па)

Атмосферное давление

Атмосферное давление — это давление в окружающем воздухе на поверхности земли или «близко» к ней.Атмосферное давление зависит от температуры и высоты над уровнем моря.

Стандартное атмосферное давление

Стандартное атмосферное давление ( атм ) обычно используется в качестве эталона при перечислении плотностей и объемов газа. Стандартное атмосферное давление определяется на уровне моря при 273 ^o K (0 ^o C) и составляет 1,01325 бар или 101325 Па (абсолютное) . Иногда используется температура 293 ^o K (20 ^o C) .

В британских единицах стандартное атмосферное давление составляет 14,696 фунтов на квадратный дюйм.

• 1 атм = 1,01325 бар = 101,3 кПа = 1,013 10 ⁵ Па = 14,696 фунтов на кв. Дюйм ( _{фунт на} / дюйм ² ) = 760 мм рт. Ст. = 10,33 м вод. Ст. ₂ O = 760 торр. = 1013 мбар = 1,0332 кг _f / см ² = 33,90 футов вод. в метеорологии.Единица килопаскаль (кПа) обычно используется при проектировании технических приложений, таких как системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, трубопроводные системы и т. Д.
  • 1 гектопаскаль = 100 Паскаль = 1 миллибар
  • 1 килопаскаль = 1000 Паскаль

  Некоторые уровни давления

  • 10 Па — давление ниже 1 мм вод. приблизительно давление, оказываемое массой 10 г на 1 см ² область
  • 10 кПа — давление ниже 1 м водяного столба или падение давления воздуха при движении с уровня моря до 1000 высота м
  • 10 МПа — давление на сопле в шайбе «высокого давления»
  • 10 ГПа — давление, достаточное для образования алмазов

  Некоторые альтернативные единицы давления

  • 1 бар — 100000 Па
  • 1 миллибар — 100 Па
  • 1 атмосфера — 101325 Па
  • 1 мм рт. Ст. — 133 Па
  • 1 дюйм рт. Ст. — 3386 Па

  торр (часто используется в вакуумных приложениях) назван в честь Торричелли и представляет собой давление, создаваемое столбиком ртути высотой 1 мм , равным 1/760 ^{th атмосферы.}

  • 1 атм = 760 торр = 14,696 psi = 1,013 бар
    

  фунтов на квадратный дюйм (psi) обычно использовалось в Великобритании, но теперь заменяется почти во всех странах, кроме США, на Единицы СИ. Поскольку атмосферное давление составляет 14,696 фунтов на квадратный дюйм — столб воздуха на площади в один квадратный дюйм от поверхности Земли до космоса — весит 14,696 фунтов .

  Бар (бар) обычно используется в промышленности.Один бар составляет 100000 Па , и для большинства практических целей может быть приблизительно равен одна атмосфера , даже если

  1 бар = 0,9869 атм = 14,5 фунтов на кв. Дюйм
  

  Есть 1000 миллибар (мбар) в одна полоса , единица измерения, распространенная в метеорологии и погодных приложениях.

  1 миллибар = 0,001 бар = 0,750 торр = 100 Па

  Загрузить диаграмму кПа в бар, фунт / кв.дюйм, мм вод. мобильные устройства.

  Общие сведения об избыточном и абсолютном давлениях при работе насосов

  Насосы и связанные с ними системы предназначены для создания и поддержания давления. Специалистам, занимающимся созданием, обслуживанием и ремонтом таких систем, необходимо хорошо понимать, как работает давление. Два метода измерения давления — манометрическое и абсолютное — являются основополагающими концепциями для производителей и пользователей насосов.

  Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

  Давление — это сила, действующая в определенной области.В Соединенных Штатах давление часто выражается в фунтах на квадратный дюйм или PSI. Но PSI — это лишь самая распространенная единица измерения давления. Чтобы точно контролировать давление в жидкостной системе, необходимо также знать абсолютное давление и манометрическое давление.

  Абсолютное давление (PSIA)

  Абсолютное давление (PSIA) измеряется относительно абсолютного вакуума (0 PSIA). Измерение абсолютного давления 5 фунтов на квадратный дюйм просто означает, что система работает на 5 фунтов на квадратный дюйм выше давления абсолютного вакуума.Поскольку это относится к абсолютному нулевому давлению, PSIA всегда выражается как положительное значение.

  Манометрическое давление (PSIG)

  Манометрическое давление (PSIG) измеряется относительно местного атмосферного давления окружающей среды. PSIG обычно выше, чем местное атмосферное давление (например, 100 PSIG означает давление в системе, которое на 100 PSI выше окружающего). Но он также может быть ниже (например, -10 PSIG).

  Давление в системе можно измерить, используя манометрическое или абсолютное давление, и при необходимости одно можно легко преобразовать в другое. Значение PSIG можно преобразовать в PSIA, добавив к значению PSIG местное атмосферное давление. Например, на уровне моря (14,7 фунтов на квадратный дюйм) давление может быть прочитано как 100 фунтов на квадратный дюйм или 114,7 фунтов на квадратный дюйм.

  Абсолютный и манометрический также используются с метрическими единицами измерения, такими как бар (0,1 Н / мм ² ), который выражает их как BarA или BarG соответственно. Для справки: 1 бар = 14,504 фунтов на квадратный дюйм.

  Ниже приведен эскиз, показывающий примеры значений давления, где пунктирная красная линия — это измеренное давление.На этом рисунке предполагается, что измеряемое давление находится на уровне моря.

  Как преобразовать давление в напор

  Вы можете использовать значения давления для расчета доступной чистой положительной высоты всасывания (NPSHa) насоса.

  Значение NPSHa насоса критически важно для понимания того, подходит ли насос для выполняемой работы. NPSHa, или имеющийся чистый положительный напор на всасывании, имеет решающее значение для предотвращения кавитации и других недостатков. Он определяется путем вычитания давления пара жидкости из давления всасывания:

  NPSHa = Давление всасывания — Давление водяного пара

  Иногда случается, что давление компонентов при расчете NPSHa измеряется в разных единицах.В таких случаях значения необходимо преобразовать в общую единицу. Вот пример:

  Бригада технического обслуживания хочет измерить NPSHa насоса, расположенного на предприятии, находящемся на высоте 1500 футов над уровнем моря. На этой высоте атмосферное давление составляет 13,91 фунтов на квадратный дюйм. Приборы системы показывают давление всасывания 74 фунта на квадратный дюйм и давление пара жидкости 72 фунта на квадратный дюйм. Команда решает преобразовать давление всасывания в PSIA:

  .

  Манометрическое давление + Атмосферное давление = Абсолютное давление

  74 фунта на квадратный дюйм + 13. 91 фунт / кв. Дюйм = 87,91 фунт / кв. Дюйм

  Теперь, когда команда имеет давление всасывания насоса в PSIA, они могут легко вычислить NPSHa:

  NPSHa = Давление всасывания — Давление пара

  NPSHa = 87,91 фунтов на квадратный дюйм — 72 фунтов на квадратный дюйм = 15,91 фунтов на квадратный дюйм

  NPSHa всегда выражается в головных устройствах. Значение PSI может быть преобразовано в голову-фут по следующей формуле:

  Напор = PSI x 2,31 / SG

  Команда знает, что перекачиваемые жидкости имеют удельный вес (SG) 0.8. Следовательно:

  Напор = 15,91 фунтов на квадратный дюйм x 2,31 / 0,8 = 45,9 футов

  PumpWorks помогает клиентам понять давление

  В PumpWorks мы с энтузиазмом помогаем клиентам подбирать выбранные ими насосы для конкретных условий их систем. Мы можем помочь вашему бизнесу с анализом давления, техническим обслуживанием и обучением.

  Позвоните в PumpWorks по телефону 855. 979.9139 или , свяжитесь с нами онлайн сегодня , чтобы узнать больше.

  Абсолютное давление — обзор

  2.4 Датчики давления жидкости

  Многие устройства, используемые для контроля давления жидкости в промышленных процессах, включают контроль упругой деформации диафрагм, сильфонов и труб. Ниже приведены некоторые распространенные примеры таких датчиков.

  Термин абсолютное давление используется для давления, измеренного относительно вакуума, дифференциального давления , когда измеряется разница между двумя давлениями, и манометрического давления для давления, измеренного относительно некоторого фиксированного давления, обычно атмосферного давления .

  2.4.1 Мембранный датчик

  Движение центра круглой диафрагмы в результате разницы давлений между двумя ее сторонами лежит в основе манометра (рисунок 2.20 (а)). Для измерения абсолютного давления противоположная сторона диафрагмы представляет собой вакуум, для измерения разности давлений давления подключаются к каждой стороне диафрагмы, для манометрического давления, то есть давления относительно атмосферного давления, противоположная сторона диафрагмы открыта в атмосферу. Количество движений с плоской диафрагмой довольно ограничено; Однако большее движение может быть произведено с помощью диафрагмы с гофрами (рис. 2.20 (b)).

  Рисунок 2.20. Датчики диафрагмы

  Движение центра диафрагмы можно контролировать с помощью датчика перемещения некоторой формы. На рис. 2.21 показана форма, которая может быть принята, когда тензодатчики используются для контроля смещения, тензодатчики прилипают к диафрагме и изменяют сопротивление в результате движения диафрагмы.Обычно такие датчики используются для давлений в диапазоне от 100 кПа до 100 МПа с точностью до ± 0,1%.

  Рисунок 2.21. Мембранный манометр с тензодатчиками

  В одной из форм диафрагменных манометров используются тензодатчики, встроенные в кремниевую диафрагму и поставляемые вместе с резистивной цепью для обработки сигналов на одном кремниевом кристалле в качестве датчика давления Motorola MPX (рисунок 2.22). . Когда к датчику подключен источник напряжения, он дает выходное напряжение, прямо пропорциональное давлению. В одном варианте он имеет встроенный вакуум на одной стороне диафрагмы, и поэтому отклонение диафрагмы дает меру абсолютного давления, приложенного к другой стороне диафрагмы. Выходное напряжение — это напряжение, пропорциональное приложенному давлению с чувствительностью 0,6 мВ / кПа. Доступны другие версии, у которых одна сторона мембраны открыта в атмосферу и поэтому может использоваться для измерения манометрического давления, другие позволяют применять давление к обеим сторонам мембраны и поэтому могут использоваться для измерения дифференциального давления.Такие датчики доступны для использования для измерения абсолютного давления, перепада давления или манометрического давления, например MPX2100 имеет диапазон давления 100 кПа и напряжение питания 16 В постоянного тока. дает выходное напряжение во всем диапазоне 40 мВ.

  Рисунок 2.22. MPX100AP

  На рис. 2.23 показан вид емкостного мембранного манометра. Диафрагма образует одну обкладку конденсатора, при этом другая обкладывается неподвижно. Смещение диафрагмы приводит к изменению емкости.Диапазон таких манометров составляет от 1 кПа до 200 кПа с точностью около ± 0,1%.

  Рисунок 2.23. Диафрагменные датчики: с использованием емкости

  В другом варианте мембранного датчика используется LVDT для контроля смещения диафрагмы. Такое устройство обычно используется для измерения низкого давления, когда требуется высокая стабильность. Суммарная погрешность из-за нелинейности, гистерезиса и повторяемости может составлять порядка ± 0,5% от полной шкалы.

  Приложение

  Спецификация датчика давления MPX обычно включает:

  Диапазон давления от 0 до 100 кПа

  Напряжение питания 10 В

  Чувствительность 0.4 мВ / кПа

  Линейность ± 0,25% от полной шкалы

  Гистерезис давления ± 0,1% от полной шкалы

  Время отклика (от 10% до 90%) 1,0 мс

  2.4.2 Пьезоэлектрический датчик

  Когда определенные кристаллы при растяжении или сжатии на их поверхности появляются заряды. Этот эффект называется пьезоэлектричество . Примерами таких кристаллов являются кварц, турмалин и цирконат-титанат.

  Пьезоэлектрический манометр состоит из диафрагмы, которая прижимается к пьезоэлектрическому кристаллу (Рисунок 2.24). Движение диафрагмы вызывает сжатие кристалла и образование зарядов на его поверхности. Кристалл можно рассматривать как конденсатор, который заряжается в результате движения диафрагмы, поэтому на нем появляется разность потенциалов. Количество произведенного заряда и, следовательно, разность потенциалов зависит от степени сжатия кристалла и, следовательно, является мерой смещения диафрагмы и, следовательно, разницы давлений между двумя сторонами диафрагмы.Если давление удерживает диафрагму при определенном смещении, результирующий электрический заряд не сохраняется, а утекает. Таким образом, датчик не подходит для измерения статического давления. Обычно такой датчик может использоваться для давлений примерно до 1000 МПа с погрешностью нелинейности примерно ± 1,0% от значения полного диапазона.

  Рисунок 2.24. Базовая форма пьезоэлектрического датчика

  Приложение

  Коммерчески доступный манометр с пьезоэлектрической диафрагмой имеет в своей спецификации:

  Диапазоны от 0 до 20 МПа, от 0 до 200 МПа, от 0 до 500 МПа, от 0 до 1000 МПа

  Нелинейность погрешность ± 0.5%

  Чувствительность −0,1 пКл / кПа

  Температурная чувствительность ± 0,5% полной шкалы для использования + 20 ° C tp + 100 ° C

  2.4.3 Трубка Бурдона

  Трубка Бурдона почти прямоугольной или Труба эллиптического поперечного сечения из таких материалов, как нержавеющая сталь или фосфористая бронза. В случае C-образной трубки (рис. 2.25 (a)), когда давление внутри трубки увеличивается, закрытый конец C открывается, таким образом, смещение закрытого конца становится мерой давления.С-образную трубку Бурдона можно использовать для вращения вала через зубчатую передачу и перемещения указателя по шкале. Такие инструменты надежны и обычно используются для давлений в диапазоне от 10 кПа до 100 МПа с точностью около ± 1% от полной шкалы.

  Рисунок 2.25. Инструменты с трубкой Бурдона: (а) зубчатая форма, (б) форма потенциометра

  В другом варианте инструмента с трубкой Бурдона используется спиральная трубка (рис. 2.25 (b)). Когда давление внутри трубки увеличивается, закрытый конец трубки вращается, и, таким образом, вращение становится мерой давления.Трубку Бурдона спиральной формы можно использовать для перемещения ползунка потенциометра и, таким образом, получения электрического выходного сигнала, связанного с давлением. Винтовые трубки дороже, но обладают большей чувствительностью. Обычно они используются для давлений примерно до 50 МПа с точностью примерно ± 1% от полного диапазона.

  11.6: Манометрическое давление, абсолютное давление и измерение давления

  Если вы прихрамываете на заправочной станции с почти спущенной шиной, вы заметите, что манометр на авиалинии показывает почти ноль, когда вы начинаете заполнять ее.Фактически, если бы в вашей шине было зияющее отверстие, датчик показывал бы ноль, даже если в шине существует атмосферное давление. Почему датчик показывает ноль? Здесь нет никакой загадки. Манометры просто предназначены для считывания нуля при атмосферном давлении и положительного значения, когда давление выше атмосферного.

  Точно так же атмосферное давление увеличивает кровяное давление во всех частях кровеносной системы. (Как отмечалось в Принципе Паскаля, полное давление в жидкости — это сумма давлений из разных источников, в данном случае сердца и атмосферы.) Но атмосферное давление не оказывает общего влияния на кровоток, поскольку оно увеличивает давление, исходящее из сердца и возвращающееся в него. Важно то, насколько артериальное давление на больше атмосферного. Таким образом, измерения артериального давления, как и давления в шинах, производятся относительно атмосферного давления.

  Короче говоря, манометры очень часто игнорируют атмосферное давление, то есть считывают ноль при атмосферном давлении. Поэтому мы определяем манометрическое давление как давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

  Определение: манометрическое давление

  Манометрическое давление — это давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

  Фактически, атмосферное давление действительно увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер. Это происходит из-за принципа Паскаля. Таким образом, полное давление или абсолютное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

  \ [P_ {abs} = P_g + P_ {atm} \]

  где \ (P_ {abs} \) — абсолютное давление, \ (P_g \) — манометрическое давление, а \ (P_ {atm} \) — атмосферное давление.Например, если ваш манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (\ (P_ {атм} \) в фунтах на квадратный дюйм) или 48,7 фунта на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

  Определение: Абсолютное давление

  Абсолютное давление — это сумма манометрического и атмосферного давления.

  По причинам, которые мы рассмотрим позже, в большинстве случаев абсолютное давление в жидкости не может быть отрицательным. Жидкости толкают, а не тянут, поэтому наименьшее абсолютное давление равно нулю.(Отрицательное абсолютное давление — это притяжение.) Таким образом, минимально возможное манометрическое давление равно \ (P_g = -P_ {atm} \) (это делает \ (P_ {abs} |) равным нулю).

  Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

  Существует множество устройств для измерения давления, от шинных манометров до манжет для измерения кровяного давления. Принцип Паскаля имеет большое значение в этих устройствах. Непрерывная передача давления через жидкость обеспечивает точное дистанционное измерение давления. Дистанционное зондирование часто удобнее, чем установка измерительного прибора в систему, например, в артерию человека.

  На рисунке показан один из многих типов механических манометров, используемых сегодня. Во всех механических манометрах давление представляет собой силу, которая преобразуется (или преобразуется) в некоторый тип считывания.

  Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): В этом анероидном манометре используются гибкие сильфоны, соединенные с механическим индикатором для измерения давления.

  Целый класс датчиков использует свойство, согласно которому давление, обусловленное весом жидкости, определяется выражением \ (P = h \ rho g \).

  Рассмотрим, например, U-образную трубку, показанную на рисунке.Эта простая трубка называется манометром . На рисунке (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы. Таким образом, атмосферное давление одинаково снижается с каждой стороны, поэтому его эффект нивелируется. Если жидкость глубже с одной стороны, давление на более глубокой стороне больше, и жидкость течет от этой стороны до тех пор, пока глубины не сравняются.

  Давайте посмотрим, как манометр используется для измерения давления. Предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления \ (P_ {abs} \), например, игрушечному воздушному шарику на рисунке (b) или вакуумной банке с арахисом, показанной на рисунке (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. На рисунке (b), \ (P_ {abs} \) больше атмосферного давления, тогда как на рисунке (c) \ (P_ {abs} \) меньше атмосферного давления. В обоих случаях \ (P_ {abs} \) отличается от атмосферного давления на величину \ (h \ rho g \), где \ (\ rho \) — плотность жидкости в манометре. На рисунке (b) \ (P_ {abs} \) может поддерживать столб жидкости высотой \ (h \), поэтому он должен оказывать давление \ (h \ rho g \), превышающее атмосферное давление (манометр давление \ (P_g \) положительное).На рисунке (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой \ (h \), поэтому \ (P_ {abs} \) меньше атмосферного давления на величину \ (h \ rho g \) ( манометрическое давление \ (P_g \) отрицательное). Манометр с одной стороной, открытой в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление равно \ (P_g = h \ rho g \) и определяется путем измерения \ (h \).

  Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и поток будет идти с более глубокой стороны.(b) Положительное избыточное давление \ (P_g = h \ rho g \), передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой \ (h \). (c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления \ (P_g \) на величину \ (h \ rho g \). Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис. Манометры

  Mercury часто используются для измерения артериального давления. Надувная манжета надевается на плечо, как показано на рисунке. Сжимая грушу, человек, производящий измерение, оказывает давление, которое в неизменном виде передается как на главную артерию руки, так и на манометр. Когда это приложенное давление превышает кровяное давление, кровоток под манжетой прекращается. Затем человек, производящий измерение, медленно снижает приложенное давление и ожидает возобновления кровотока. Артериальное давление пульсирует из-за перекачивания сердца, достигая максимума, называемого систолическим давлением, и минимума, называемого диастолическим давлением, с каждым ударом сердца. Систолическое давление измеряется путем учета значения \ (h \), когда кровоток впервые начинается при понижении давления в манжете. Диастолическое давление измеряется по h, когда кровь течет непрерывно.Типичное артериальное давление молодого взрослого человека поднимает ртуть до высоты 120 мм при систолическом и 80 мм при диастолическом. Обычно это 120 на 80 или 120/80. Первое давление соответствует максимальной мощности сердца; второй — из-за эластичности артерий в поддержании давления между ударами. Плотность ртутной жидкости в манометре в 13,6 раз больше, чем у воды, поэтому высота жидкости будет 1 / 13,6 от высоты водяного манометра. Эта уменьшенная высота может затруднить измерения, поэтому ртутные манометры используются для измерения более высоких давлений, например артериального давления.Плотность ртути такова, что \ (1 \, мм \, Hg = 133 \, Па \).

  Определение: систолическое давление

  Систолическое давление — это максимальное артериальное давление.

  Определение: диастолическое давление

  Диастолическое давление — это минимальное кровяное давление.

  Рисунок \ (\ PageIndex {3} \). При обычных измерениях артериального давления надувная манжета помещается на плечо на том же уровне, что и сердце. Кровоток определяется сразу под манжетой, и соответствующие значения давления передаются на манометр, заполненный ртутью.(Источник: фотография армии США, сделанная специалистом Мика Э. Клэр \ 4TH BCT)

  Пример \ (\ PageIndex {1} \): Расчет высоты мешка для внутривенных вливаний: артериальное давление и внутривенное введение

  Настои

  Внутривенные инфузии обычно производятся с помощью силы тяжести. Предполагая, что плотность вводимой жидкости составляет 1,00 г / мл, на какой высоте следует поместить мешок для внутривенного вливания над точкой входа, чтобы жидкость просто попадала в вену, если артериальное давление в вене на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного. ? Предположим, что мешок для внутривенных вливаний складной.

  Стратегия для (а)

  Для того, чтобы жидкость просто попала в вену, ее давление на входе должно превышать артериальное давление в вене (на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного давления). Поэтому нам нужно найти высоту жидкости, которая соответствует этому манометрическому давлению.

  Решение

  Сначала нам нужно преобразовать давление в единицы СИ. Поскольку \ (1.0 \, мм \, Hg = 133 \, Па \),

  \ [\ begin {align *} P = 18 \, мм \, Hg \ times \ dfrac {133 \, Pa} {1.0 \, mm \, Hg} = 2400 \, Pa \\ [5pt] & = 0 .24 \, Па \ end {align *} \]

  Обсуждение

  Мешок для внутривенных вливаний должен быть размещен на высоте 0,24 м над точкой входа в руку, чтобы жидкость просто попала в руку. Как правило, мешки для внутривенных вливаний размещаются выше. Возможно, вы заметили, что мешки, используемые для сбора крови, размещаются под донором, чтобы кровь могла легко течь от руки к сумке, что является противоположным направлением потока, чем требуется в представленном здесь примере.

  Барометр — прибор для измерения атмосферного давления.Ртутный барометр показан на рисунке. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что \ (h \ rho g = P_ {atm} \). Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает, давая важные подсказки синоптикам. Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.В таблице приведены коэффициенты пересчета для некоторых наиболее часто используемых единиц давления.

  Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, \ (h \ rho g \), равно атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту \ (h \), потому что давление над ртутью равно нулю.

  Преобразование в Н / м 2 (Па)	Конверсия из банкомата
  \ (1.2 \)	\ (1.0 атм = 1013 миллибар \)

  Коэффициенты преобразования для различных единиц давления

  Сводка

  • Манометрическое давление — это давление относительно атмосферного давления.
  • Абсолютное давление — это сумма манометрического и атмосферного давления.
  • Анероидный манометр измеряет давление с помощью сильфона и пружины, соединенного со стрелкой калиброванной шкалы.
  • Манометры с открытой трубкой имеют U-образную форму трубки, один конец которой всегда открыт. Он используется для измерения давления.
  • Ртутный барометр — это прибор, измеряющий атмосферное давление.

  Глоссарий

  абсолютное давление

  сумма манометрического давления и атмосферного давления

  диастолическое давление

  минимальное артериальное давление в артерии

  избыточное давление

  давление относительно атмосферного

  систолическое давление

  максимальное артериальное давление в артерии

  Авторы и ссылки

  Пол Питер Урон (почетный профессор Калифорнийского государственного университета, Сакраменто) и Роджер Хинрикс (Государственный университет Нью-Йорка, колледж в Освего) с авторами: Ким Диркс (Оклендский университет) и Манджула Шарма (Сиднейский университет).Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

  Расход и падение давления газа в трубопроводе

  Расход и падение давления природного газа в трубопроводе

  Существует несколько формул для расчета расхода, и для их правильного использования необходимо учитывать некоторые соображения:

  1. Они являются эмпирическими, что означает, что многие элементы в них являются константами или значениями, которые действительны в пределах определенного набора единиц и должны быть изменены при рассмотрении другого набора единиц.В этой статье мы используем британские единицы измерения; таким образом, эти формулы недействительны при использовании другого набора, например SI.
  2. Применимость этих формул была проверена в различных условиях. Было обнаружено, что некоторые из них дают более точные результаты с измеренными значениями в определенном диапазоне условий, чем другие. Итак, пользователь должен быть осторожен при выборе того, какой из них применить.
  3. Не учитывается разница в высоте между точками входа и выхода.Если такая разница существует, ее влияние на изменение давления требует изменения формулы (здесь не показано) или должно учитываться другими способами.
  4. Диапазон давления выше 100 фунтов на кв. Дюйм.
     Для этих формул коэффициент сжимаемости можно рассчитать по формуле:
  • P ₁ : Давление на входе, [psia]
  • P ₂ : Давление на выходе, [psia]
  • T ₁ : Температура на входе, [° R]
  • T ₂ : Температура на выходе, [° R]
  • S: Удельный вес газа, [безразмерный]

  Мы будем использовать четыре уравнения, представленные GPSA (Ассоциацией поставщиков газоперерабатывающих предприятий):
  • Weymouth.
  • Panhandle A.
  • Panhandle B.
  • AGA (Американская газовая ассоциация).

  Уравнение Веймута

  Уравнение Веймута должно использоваться с учетом следующего:
  • Точность результата уменьшается по мере увеличения турбулентности потока. Таким образом, это уравнение можно применять, пока число Рейнольдса (Re) меньше 2000. В случае более турбулентного потока (Re> 2000) следует использовать другие уравнения (Panhandle A, Panhandle B или AGA).
  Уравнение:

  • Q: Расход газа, [CFD], [кубических футов в день], [футов ³ / день] при базовых условиях.
  • T _b : Базовая температура, равная 520 [° R].
  • P _b : Базовое абсолютное давление, равное 14,76 [psia].
  • E: Коэффициент полезного действия трубопровода, [безразмерный].
  • L _м : Длина трубопровода, [мили].
  • d: Внутренний диаметр, [дюйм].

  Panhandle A уравнение

  Panhandle Уравнение должно использоваться со следующими соображениями:
  • Результаты этого уравнения показывают, что при использовании с коэффициентом эффективности E между 0.9 и 0,92 (0,9 Уравнение:

  Panhandle B уравнение

  Уравнение Panhandle B следует использовать с учетом следующих соображений:
  • Результаты этого уравнения показывают, что при использовании с E между 0,88 и 0,94 оно лучше приближается к полностью турбулентному потоку. Таким образом, он больше подходит для Re от 3000 до 4000.
  Уравнение:

  Уравнение AGA

  Уравнение AGA следует использовать с учетом следующих соображений:
  • Оно подходит для полностью турбулентного потока (Re> 4000).

  Где

  ε: Абсолютная шероховатость (фут).

  Материал	Абсолютная шероховатость (фут)
  Тянутая латунь	0,000005
  Тянутая медь	0,000005
  Коммерческая сталь	0.00015
  Кованое железо	0,00015
  Асфальтированный чугун	0,0004
  Оцинкованное железо	0,0005
  Чугун	0,00085

  Поскольку Re зависит от скорости жидкости, определяемой ее расходом, невозможно узнать Re, пока оно не будет вычислено, а это означает, что после вычисления Q следует проверить Re. Таким образом, принятый результат Q должен быть результатом формулы, Re которой попадает в ее диапазон.
  Определение числа Рейнольдса:

  и

  и

  где

  Q _{s: расход, [фут ³ / сек] = Q / ((24) (60) (60))
  V: скорость, [фут / сек]
  D: диаметр, [дюйм] = d / 12
  A: Площадь поперечного сечения, [футы ² ]
  : плотность газа, [фунт / фут ³ ]
  : вязкость газа, [фунт / (фут * сек)]}

  Затем, выполняя замены с уже известными выше переменными:

  , затем
  
  и
  

  В любом случае, важно отметить, что здесь задействовано много эмпирических чисел, и результаты основаны на определенных предположениях, и нет такой точности, как с теоретически выведенным уравнением.Вот почему во многих практических случаях используется уравнение Веймута из-за его консервативного характера.

  Расход газа в трубопроводе, CFD

  Средняя температура, ° R

  Коэффициент сжимаемости Zavg, (безразмерный)

  Параметры числа Рейнольдса

  Точность расчета

  Цифры после десятичной точки: 3

  Абсолютная шероховатость ε, ft Нарисованная латунь Нарисованная медьКоммерческая стальКованое железоАсфальтированное чугунОцинкованное железоЧугун

  content_copy Ссылка сохранить Сохранить расширение Виджет

  .

  No related posts.