 |
Что такое абсолютные, относительные и дифференциальные режимы измерения давлений?
|
|
|
|
НАЗНАЧЕНИЕ
В руководстве приведены советы для желающих выбрать и использовать приборы для измерения давления и вакуума. В нем вводятся основные понятия и практические методики проведения таких измерений, объясняется, как провести такие измерения так, чтобы они являлись достоверными и содержательными.
В Руководстве главным образом рассматриваются измерения статического давления, проведенные в диапазоне от 108 Па до 109 Па (от 1010 мбар до 10000 бар) -17 десятичных знаков уместны для промышленных измерений и охватывают абсолютные, относительные и дифференциальные измерения.
Некоторые методики проведения измерений сверх данных диапазонов и для измерения динамического давления изложены в сжатом виде. Читателям, интересующимся этими дополнительными режимами, следует обратиться к списку литературы в главе 11.
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире измерения давления и вакуума играют большую и важную роль. Промышленная революция в значительной степени была вызвана давлением, полученным в результате преобразования воды в пар и именно с тех самых пор возникла необходимость измерять давление в более широких диапазонах и с большей точностью.
Приложения относятся к различным отраслям промышленности таким, как ядерная, энергетическая, газовая, нефтехимическая, биологическая, фармацевтическая, метеорологическая, автомобильная, экологическая, полупроводниковая, оптическая, аэрокосмическая, оборонная, вентиляционная, фильтрации и управлении процессами. Достоверность измерений весьма важна в плане торговли, эффективности, качества и безопасности.
ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Что такое давление? Отличается ли вакуум от давления?
|
|
|
В общем смысле давление является результатом столкновений молекул газа или жидкости с их окружением - обычно стенками содержащего сосуда. Его величина зависит от силы ударов на определенную площадь; поэтому и существует, например, традиционная (и вышедшая из употребления!) единица фунт - вес на квадратный дюйм.
Соотношение между давлением (р), силой (F), и площадью (А) выражается формулой:
р = F/A. (1)
Соотношение (1) применяется и при очень малых давлениях, таких, как в открытом космосе, и при очень больших, как, например, в гидравлических системах. Следовательно, слово ‘ давление ’ уместно в контексте полного диапазона измерений ‘ сила на единицу площади ’ (хотя, справедливо и то, что при крайне низких давлениях понятие ‘ молекул, воздействующих с какой-то силой,’ становится более абстрактным).
Итак, что такое вакуум? Не существует точного определения вакуума, но обычно о вакууме говорят, когда необходимо обозначить давления ниже, и часто значительно ниже, атмосферного давления. Он не измеряется в специальных единицах, и мы не говорим, что «вакуум равен силе на единицу площади». Значит, строго говоря, это руководство могло быть озаглавлено скорее как Руководство по измерению Давления, чем как Давления и Вакуума. Но часто различия понимаются неправильно и следовательно, исключение слова вакуум могло бы ошибочно подразумевать, что данное Руководство не охватывает измерения давления ниже атмосферного.
Другое толкование разницы между давлением и вакуумом берет начало от тех отраслей промышленности, в которых используется и производится оборудование для измерения давления и вакуума. Вообще говоря, если сила, действующая на стенки сосуда, имеет достаточную величину для того, чтобы ее можно было непосредственно измерить, то мы имеем дело с технологией измерения давления. Но если сила слишком мала для непосредственного измерения и должна быть определена посредством дополнительных средств, значит, мы имеем дело с вакуумными технологиями. Хотя и это объяснение не является исчерпывающим. Например, существует класс приборов, которые работают с вакуумом с помощью измерения отклонения диафрагмы.
|
|
|
Что такое абсолютные, относительные и дифференциальные режимы измерения давлений?
Если бы в сосуде вообще не было никаких молекул, давление было бы равно нулю. Давления, измеренные по шкале, в которой это нулевое значение используется в качестве точки отсчета, называются абсолютными давлениями. Атмосферное давление у поверхности земли меняется, но приблизительно оно равно 105 Па (1000 мбар), это давление105 Па является абсолютным давлением, потому что оно выражается по отношению к нулевому давлению - когда совсем нет давления.
Однако, в каждодневной жизни многие приложения, связанные с давлением, не столько зависят от абсолютного значения давления, сколько от разницы между ним и давлением атмосферы. О проколотой автомобильной шине говорят, что ‘ в ней нет воздуха ’. Показания, снятые подсоединенным к ней прибором для измерения давления, будут равны нулю, в то время как, очевидно, что в шине все-таки находится атмосферный воздух. Такой прибор предназначен для измерения значений давления, выраженных по отношению к атмосферному давлению, и поэтому он показывает ноль, когда его измерительный порт ‘просто’ содержит молекулы при атмосферном давлении. Эти измерения обычно называются измерениями относительного давления. Значит, разность между абсолютным значением давления и относительным значением давления равна переменному значению атмосферного давления:
абсолютное давление = относительное давление + атмосферное давление (2)
В некоторых случаях - как например, в случае с измерениями давления в коллекторе двигателя - необходимо отслеживать уходы давления ниже атмосферного. Оно иногда называется отрицательным относительным давлением, но необходимо понимать, что понятие отрицательного относительного давления не имеет смысла.
В некоторых применениях, когда необходимо знать разницу давлений между двумя системами, давление отсчета не обязательно должно быть либо нулевым, либо атмосферным, а может быть какой-нибудь другой величиной. Такие давления известны, как дифференциальные. Например, поток газа по трубопроводу зависит от разницы давлений между концами трубы, и на практике оба конца обычно находятся под сравнительно высокими давлениями. Для того, чтобы избежать серьезных ошибок, во время измерений давления очень важно четко понимать, какой вид измерений используется: абсолютный, относительный (положительный или отрицательный) или дифференциальный.
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3-1.
|
|
|
