ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

Д АВЛЕНИЕ , ЕГО ВИДЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ Давление является одним из важней- ших физических параметров, и его из- мерение необходимо как в расчетных целях, например для определения рас- хода, количества и тепловой энергии среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозиро- вания безопасных и эффективных гид- равлических режимов напорных трубо- проводов, используемых на предприя- тии. Рассмотрим основные понятия, связанные с давлением и его измерени- ем. Давлением Р называют отношение Р=F/S абсолютной величины нормаль- ного, то есть действующего перпенди- кулярно к поверхности тела, вектора силы F к площади S этой поверхности. Если сила равномерно распределена по площади, то указанное отношение за- дает точное значение давления в каж- дой ее точке, в противном же случае — только его среднее значение (точное значение меняется от точки к точке и определяется пределом отношения си- лы Δ F , приложенной на бесконечно малом участке поверхности, к его пло- щади Δ S ). В отличие от силы, величина которой может зависеть от размеров поверхности ее приложения, давление позволяет при рассмотрении взаимо- действия физических тел исключить фактор площади, поскольку оно явля- ется удельной, то есть отнесенной к единице площади, силой. Виды измеряемых давлений Жидкие и газообразные среды харак- теризуются свойствами упругости — обратимого изменения объема, то есть уменьшения объема среды при сжатии ее под давлением и восстановления ис- ходного объема при снятии этого дав- ления, и текучести — обратимого изме- нения формы. В этих средах различают давление внешнее (поверхностное) — на границе (поверхности) сред — и внутреннее — внутри, в объеме или мас- се среды. Внешнее давление Р на поверхность S жидкой или газообразной среды, рав- ное отношению нормальной составля- ющей суммы сил F , приложенной из- вне, к площади поверхности S , переда- ется внутрь среды (рис. 1) без измене- ний и равномерно во все стороны. То есть порождаемое внутреннее давление направлено перпендикулярно к любой внутренней площадке среды Δ S , неза- висимо от ее формы и положения в сре- де, а величина давления в среде про- порциональна величине выделенной площадки (закон Паскаля). Очевидно, что Р=F/S= Δ F/ Δ S для любой точки сре- ды. Внутреннее давление покоящихся жидких и газообразных сред зависит не только от внешнего давления, но и от веса самой среды. Эта зависимость наи- более существенна для жидкостей, об- ладающих большей плотностью, чем газы. Положение точки измерения от- носительно горизонтальных плоско- стей — поверхностей равного давления — определяет весовую составляющую внутреннего давления — гидростатичес- кое давление . Закон Паскаля справед- лив не только для покоящихся, но и для движущихся сред, если их можно счи- тать идеальными (отсутствует трение между слоями среды — вязкость). В вязких же движущихся средах величина внутреннего давления зависит от на- правления, и поэтому под внутренним давлением среды понимают его усред- ненное значение по трем взаимно пер- пендикулярным направлениям в точке измерения. Полное внутреннее давление в движущейся среде, например, гори- зонтального напорного трубопровода определяется суммой внешнего, гидро- статического и гидродинамического дав- ления — скоростного напорного давле- ния, а также потерями давления на тре- ние по всей длине трубы и вихревыми потерями при изменениях величины и направления потока в гидравлических сопротивлениях — коленах, задвижках, диафрагмах. В напорных трубопрово- дах с энергоносителями измеряется, как правило, статическое давление , ко- В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Измерение давления в автоматизированных системах Аркадий Гуртовцев Условные обозначения: F — внешняя сила, S — свободная поверхность (площадь) среды, Δ F — сила давления на внутреннюю площадку Δ S. Рис. 1. Силы давления в жидкой и газообразной средах Условные обозначения: Р — давление, ДБ — давление барометрическое, ДА —давление абсолютное, ДИ — давление избыточное, ДВ — давление вакуумметрическое, ДД — давление дифференциальное. Рис. 2. Виды измеряемых давлений в точках 1, 2, 3 физического процесса СТА 4/2001 www.cta.ru 76