 |
Единицы давления и переводные коэффициенты
|
|
|
|
В таблице 4-2 показана связь между паскалем и некоторыми другими единицами давления, но заметьте, что не все они выражаются или могут быть выражены точно. Римские цифры верхнего индекса в таблице относятся к примечаниям, которые следуют за ней. Заметьте также, что термин стандартная атмосфера не является единицей давления.
Таблица 4-2Единицы давления и переводные коэффициенты
| Единица | Символ | Количество паскалей |
| паскаль | Па | |
| бар | бар | 1´105 (точно) |
| миллибар(I) | мбар | 100 (точно) |
| гектопаскаль(I) | гПа | 100 (точно) |
| традиционный миллиметр ртутного столба(II,III) | мм рт. ст. | 133..322 |
| традиционный дюйм ртутного столба(II,III) | дюйм рт.ст. | 3 386..39 |
| дюйм водяного столба(III,IV) | дюйм водяного столба | от 248.6.. до 249 |
| Торр(v) | торр | 101 325/760 (точно) |
| килограмм-сила на квадратный сантиметр | кг-сила/см2 | 98 066..5 (точно) |
| фунт-сила на квадратный дюйм(vi) | фунт-сила/дюйм2 | 6 894.76 |
(i) миллибар и гектопаскаль Согласно 8-му Конгрессу Всемирной Метеорологической Организации с 1 января 1986 года термин гектопаскаль (гПа) используется в метеорологических целях вместо численно равного ему миллибара (мбар). Несмотря на тот факт, что гекто (´100) не является предпочтительным кратным в системе СИ, это решение было принято, чтобы избежать необходимости изменять численные значения на барометрических шкалах.
(ii) миллиметры и дюймы ртутного столба Обычный миллиметр ртутного столба (мм.рт.ст.) и обычный дюйм ртутного столба (дюйм рт. ст.) определены в терминах давления, производимого столбом ртути единичной длины и с заданной плотностью 13 595.1 кг/м3 при 00С и стандартной гравитации 9.806 65 м/с2. (Смотрите примечание (iv) ниже и [5] BS 2520: 1983 Барометрические соглашения, их приложения и использование).
|
|
|
(iii) манометрические единицы Определения так называемых ‘манометрических’ единиц, таких, как миллиметры ртутного столба или дюймы ртутного столба, зависят от полагаемых плотности жидкости, гравитационного ускорения, предположений, которые сами по себе делают связи с паскалем неочевидными. Для поощрения отмирания единиц, не входящих в СИ и определения которых становятся неадекватными для большинства точных измерений давления, предпринимаются международные усилия для того, чтобы исключить их из таблиц переводов или, в то же самое время, ограничить точность вновь издаваемых переводных коэффициентов.
(iv) дюйм водяного столба Традиционный дюйм водяного столба (дюйм водяного столба) определяется в терминах давления, производимого столбом воды единичной длины с заданной плотностью 1 000 кг/м3, на который действует гравитация 9.806 65 м/с2. Как и в случае с другими определениями ‘манометрических’ единиц (смотрите примечание (iii) выше) это определение само по себе делает связь с паскалем неочевидной. Более того, существуют несовместимые при использовании определения, которые ведут к различию между значениями давления до 2%. Это может привести к серьезным погрешностям и использование единицы настоятельно не рекомендуется. Диапазон значений, данный в таблице 4-2, отражает проблему.
(v) торр Торр определяется как точно 101 325/760 Па- ‘760’ идет от начального и произвольного определения стандартной атмосферы. Его значение отличается от обычного миллиметра ртутного столба на приблизительно 1/7000 000 часть. (Смотрите [5] BS 2520: 1983 Барометрические соглашения, их приложение и использование)
(vi) фунт-сила на квадратный дюйм. Правильное сокращение дляфунт-силы на квадратный дюйм -фунт-сила/дюйм2. Многие приборы, использующие эту единицу, имеют маркировку psi. Однако, маркировка неправильно описывается как означающая фунты на квадратный дюйм - с пропущенным словом сила. Это существенная понятийная ошибка, т.к. фунт -это масса, а не сила.
|
|
|
(vii) стандартная атмосфера Современное определение стандартной атмосферы (атм) 101 325.0 Па точно. Оно все еще иногда используется в определении эталонной окружающей среды, например, для определения плотности газа. Но это не единица давления и ее не следует использовать для выражения значений давления.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Введение
В приборах измерения давления реализован ряд различных принципов. Некоторые из них, такие как измерение столба жидкости известной плотности, являются фундаментальными. Один из таких примеров -ртутный барометр, в котором атмосферное давление уравновешивается ртутным столбиком. Эта идея получила свое развитие, когда стали использовать металлические грузы, действующие на известную площадь с силой, большей, чем вес жидкости, для измерения больших давлений.
Часто давление может определяться путем измерения механической деформации гибкого элемента в результате изменения давления вдоль его поверхности. Механические изгибы могут быть реализованы и отслежены несколькими способами. Наиболее распространенный - это эластичная диафрагма. Другой пример - трубчатый манометр, в котором внутреннее давление вызывает распрямление его искривленной формы.
Подобные механические деформации могут быть отслежены разными способами: последовательностью механических передач для непосредственного отображения величины деформации, измерением сопротивления в устройстве растяжения, измерением емкости, измерением изменений в частоте резонирующего элемента, подвергающегося растяжению или сжатию и т.д.
Если давление очень мало и, следовательно, малы механические перемещения, которые должны быть измерены, применяются непрямые методы измерений, основанные на измерении физических свойств, зависящих от плотности молекул: теплопроводности, ионизации или вязкости.
На рисунке 5-1 показана возможная классификация методов измерений.
Рис. 5-1. Классификация методов измерения
5.2. Приборы жидкостного столба
Введение
Одним из наиболее ранних методов измерения и до сих пор одним из наиболее точных является метод, основанный на способности сжимаемой среды поднимать жидкость в трубе.
|
|
|
Манометр, показанный на рисунке 5-3, по сути представляет собой трубу U-формы, наполненную жидкостью, в которой разница вертикальных уровней связана с разницами давлений в каждом колене. На уровне d давление L, действующее сверху вниз, создается жидкостью выше этого уровня плюс давление p2 наверху трубки. В состоянии равновесия столбик жидкости поддерживается давлением, действующим снизу вверх, которое передается через жидкость из другого колена. Если давление в цоколе, либо в колене меняется, жидкость поднимается на одной стороне и опускается на другой до тех пор, пока снова не установится состояние равновесия.
Давление p1 в той части трубки, где жидкость ниже, выражается как
p1=rgh+p2, (3)
где h - высота столба жидкости выше уровня d;
r - плотность жидкости;
g - местное значение гравитационного ускорения.
Рис. 5-3.
Если верхняя труба сообщается с атмосферой (p2= атмосферному давлению), то p1- относительное давление; если верхняя трубка изолирована (т.е. p2=0), то p1=абсолютное значение давления, и прибор в этом случае становится барометром.
В различных вариациях манометров используются ртуть, вода и масло, хотя в барометрических приложениях всегда используется ртуть. Ее плотность более, чем в 13 раз превышает плотность воды и масла и таким образом, для данного давления требуется столбец намного короче -около 0.75 м для измерения атмосферного давления. Кроме того, ее плотность значительно стабильнее плотностей других жидкостей. Низкие относительные и дифференциальные давления традиционно измерялись с помощью водяных или масляных столбов для достижения адекватной чувствительности. Повышение чувствительности манометра подразумевает, что жидкость должна подниматься выше для достижения данного вертикального момента. Обычно единицами данного типа измерений были дюймы воды или миллиметры воды, но как единицы они плохо определены, и их дальнейшее использование было ограничено (смотрите раздел 4.2.3)
|
|
|
