В жизни мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда возникает необходимость измерить давление: артериальное, атмосферное либо давление или газа в трубе. Давайте разберемся, что же это за физическая величина. И сразу же возникает следующий вопрос: а в чем измеряется давление? Оказывается, существует несколько видов единиц измерения, применяемых к этой физической величине. В этой статье мы разберем, в чем измеряется давление. Итак, приступим, рассмотрим каждую из таких единиц.
Официально признанной Международной системой СИ является единица Паскаль (Па), производные от нее - килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа). Один Паскаль равен следующему отношению: 1 Па = 1 Н/м 2 . Однако в различных отраслях используют разные Например, при определении производительности газа и расхода сжатого воздуха (в компрессорной технике) могут использоваться несколько совершенно разных единиц измерения.
Разберем, в чем измеряется и воздуха. Основной применяемой единицей является кубический метр в минуту времени (м 3 /мин). Часто можно встретить и такие единицы, как литр в минуту (л/мин) или атмосферное давление (атм), а в англоязычных странах могут использовать кубический фут в минуту - cubic foot perminute, или CFM. Давайте рассмотрим соотношение этих величин. 1 л/мин соответствует 0,001 м 3 /мин, а 1 CFM равен 28,3168 л/мин, или 0,02832 м 3 /мин. Соответственно, 1 м 3 /мин равен 35,314 CFM. Очень часто производительность приводят для всасывания либо для нормальных условий (1 атм при температуре 200 по Цельсию). В таком случае перед единицей измерения ставят литеру «н», что означает нормальные условия. Например, 10 нм 3 /мин.
Также для измерения давления могут применять такие единицы: мм рт. ст. (Торр) - миллиметр ртутного столба; атм. - физическая атмосфера; ат. - техническая атмосфера; бар. В может использоваться такая величина, как фунт на квадратный дюйм - PSI (pounds per square inch).
Рассмотрим соотношение основных единиц измерения давления: 1 мегапаскаль равен 10 бар или 7500,7 милимметров ртутного столба, либо 9,8692 физических атмосфер, 10,197 технических атмосфер, а также 145,04 PSI.
Вот мы и разобрали, в чем измеряется давление в различных направлениях техники. А какими же приборами принято измерять такие физические величины?
Эти механизмы классифицируют по виду измеряемого давления (например, атмосферное, избыточное либо разреженное, то есть вакуум), ну и, конечно же, по принципу действия (жидкостные, мембранные, электрические, пружинные и комбинированные). Самый главный параметр, которым характеризуется прибор для измерения давления воздуха - это Существует множество таких механизмов. Вот основные устройства, которые наиболее часто используются при измерении давления воздуха:
- барометр-анероид, служит для измерения атмосферного давления;
- баротермогигрометр, также применяется для измерения атмосферного давления;
- жидкостные манометры - используются для замеров разности давлений;
- аналоговые и цифровые манометры.
Подведя итог, скажем, что знание о единицах измерения давления могут пригодиться любому современному человеку.
В технической системе единиц МКГСС (метр, килограммсила, секунда) сила измеряется в килограммах силы (1 кгс ≈ 9.8 Н). Единицы давления в МГКСС - кгс/м 2 и кгс/см 2 ; единица кгс/см 2 получила название технической , или метрической атмосферы (ат). В случае измерения в единицах технической атмосферы избыточного давления используется обозначение «ати» .
В физической системе единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда) единицей силы является дина (1 дин = 10 -5 Н). В рамках СГС введена единица давления бар (1 бар=1 дин/см 2). Существует од-но-и-мен-ная внесистемная, ме-те-о-ро-ло-ги-чес-кая единица бар, или стандартная атмосфера (1 бар = 10 6 дин/см 2 ; 1 мбар = 10 -3 бар = 10 3 дин/см 2), что иногда, вне контекста, вызывает путаницу. Кроме указанных единиц на практике используется такая внесистемная единица, как физическая , или нормальная атмосфера (атм ), которая эквивалентна уравновешивающему столбу 760 мм рт. ст.
Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно рас-пре-де-лённой по
нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.
1 кПа = 1000 Па
Паскаль (обозначение: Па, Pa) - единица измерения давления (механического напряжения) в СИ.
Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно рас-пре-де-лённой по нормальной
к ней поверхности площадью один квадратный метр.
1 Па = 1 Н/м² ≡ 1 Дж/м³ ≡ 1 кг/(м·(с²))
Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.
1 МПа = 1000000 Па
Паскаль (обозначение: Па, Pa) - единица измерения давления (механического напряжения) в СИ.
Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно рас-пре-де-лённой по нормальной к
ней поверхности площадью один квадратный метр.
1 Па = 1 Н/м² ≡ 1 Дж/м³ ≡ 1 кг/(м·(с²))
Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.
Техническая атмосфера (ат, at, кгс/см²) - равна давлению, производимому силой 1 кгс, направленной перпендикулярно и равномерно распределённой по плоской поверхности площадью 1 см² (98 066,5 Па).
Стандартная, нормальная или физическая атмосфера (атм, atm) - в точности равна 101325 Па или 760 миллиметрам ртутного столба. Давление, уравновешиваемое столбом ртути высотой 760 мм при 0 °C, плотность ртути 13595.1 кг/м³ и нормальное ускорение свободного падения 9.80665 м/с².
Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., mm Hg) - внесистемная единица измерения давления, равная 101325 / 760 ≈ 133.3223684 Па; иногда называется «торр» (русское обозначение - торр, международное - Torr) в честь Эванджелиста Торричелли.
Миллиметр водяного столба, внесистемная единица давления, применяемая в ряде отраслей техники (главным образом в гидравлике).
Обозначения: русское: мм вод. ст., международное: mm H 2 O.
1 мм вод. ст. равен гидростатическому давлению столба воды высотой в 1 мм при наибольшей плотности воды (то есть при температуре около
4 °C) и ускорении свободного падения g = 9.80665 м/сек².
Бар (греч. βαρος
- тяжесть) - внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере.
Один бар равен 10 5 Н/м² (ГОСТ 7664-61) или 10 6 дин/см² (в системе СГС).
Фунт на квадратный дюйм (обозн. Psi или lb.p.sq.in.), точнее, «фунт-сила на квадратный дюйм» (англ. pound-force per square inch, lbf/in²) - внесистемная единица измерения давления. В основном употребляется в США. Численно равна 6894.75729 Па.
В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Использование термина единица измерения противоречит рекомендациям метрологических… … Википедия
Величины, по определению считающиеся равными единице при измерении других величин такого же рода. Эталон единицы измерения ее физическая реализация. Так, эталоном единицы измерения метр служит стержень длиной 1 м. В принципе, можно представить… … Энциклопедия Кольера
В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного… … Википедия
Законы явлений природы, как выражения количественных отношений между факторами явлений, выводятся на основании измерений этих факторов. Приборы, приспособленные к таким измерениям, называются измерительными. Всякое измерение, какой бы ни было… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
У этого термина существуют и другие значения, см. Паскаль (значения). Паскаль (обозначение: Па, международное: Pa) единица измерения давления (механического напряжения) в Международной системе единиц (СИ). Паскаль равен давлению… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Бар (значения). Бар (греч. βάρος тяжесть) внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере. Один бар равен 105 Па или 106 дин/см² (в системе СГС). В прошлом… … Википедия
В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Атмосфера (значения). Атмосфера внесистемная единица измерения давления, приблизительно равная атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. Существуют две примерно… … Википедия
Паскаль (обозначение: Па, Pa) единица измерения давления (механического напряжения) в СИ. Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности… … Википедия
Вопрос 21. Классификация приборов измерения давления. Устройство электроконтактного манометра, способы его поверки.
Во многих технологических процессах давление является одним из основных параметров, определяющих их протекание. К ним относятся: давление в автоклавах и пропарочных камерах, давление воздуха в технологических трубопроводах и т. п.
Определение величины давления
Давление – это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.
При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.
Абсолютное давление (р а ) – это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.
Атмосферное давление (р в ) создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.
Избыточное давление определяется разностью между абсолютным давлением (р а) и атмосферным давлением (р в):
р изб = р а – р в.
Вакуум (разрежение) – это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:
р вак = р в – р а
При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.
Статическое давление (р ст ) – это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.
Динамическое давление (р д ) – это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.
Полное давление (р п ) движущейся среды слагается из статического (р ст) и динамического (р д) давлений:
р п = р ст + р д.
Единицы измерения давления
В системе единиц СИ за единицу давления принято считать действие силы в 1 H (ньютон) на площадь 1 м², т. е. 1 Па (Паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа = 10 3 Па) или мегапаскаль (МПа=10 6 Па).
Кроме того, на практике применяют такие единицы давления:
миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);
миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.);
атмосфера;
килограмм силы на квадратный сантиметр (кг·с/см²);
При этом соотношение между этими величинами следующее:
1 Па = 1 Н/ м²
1 кг·с/см² = 0,0981 МПа = 1 атм
1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10 -4 кг·с/см² = 10 -4 атм
1 мм рт. ст. = 133,332 Па
1 бар = 100 000 Па = 750 мм рт. ст.
Физическое объяснение некоторых единиц измерения:
1 кг·с/см² – это давление столба воды высотой 10м;
1 мм рт. ст. – это величина уменьшения давления при подъеме на каждые 10м высоты.
Методы измерения давления
Широкое использование давления, его перепада и разрежения в технологических процессах вызывает необходимость применять разнообразные методы и средства измерения и контроля давления.
Методы измерения давления основаны на сравнении сил измеряемого давления с силами:
давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты;
развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических коробок, сильфонов и манометрических трубок);
тяжести грузов;
упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты.
Классификация приборов измерения давления
Классификация по принципу действия
В соответствии с указанными методами, приборы измерения давления можно разделить, по принципу действия на:
жидкостные;
деформационные;
грузопоршневые;
электрические.
Наибольшее распространение в промышленности получили деформационные средства измерения. Остальные, в большинстве своем, нашли применение в лабораторных условиях в качестве образцовых или исследовательских.
Классификация в зависимости от измеряемой величины
В зависимости от измеряемой величины средства измерения давления подразделяются на:
манометры – для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного);
микроманометры (напоромеры) – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);
барометры – для измерения атмосферного давления;
микровакуумметры (тягомеры) – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);
вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;
мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
напоротягомеры – для измерения избыточного (до 40 кПа) и вакуумметрического давления (до -40 кПа);
манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;
дифференциальные манометры – для измерения разности (перепада) давлений.
Жидкостные средства измерения давления
Действие жидкостных средств измерений основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной (рабочей) жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.
U -образный манометр – это простейший прибор для измерения давления или разности давлений. Представляет собой согнутую стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью (ртутью или водой) и прикрепленную к панели со шкалой. Один конец трубки соединяется с атмосферой, а другой подключается к объекту, где измеряется давление.
Верхний предел измерения двухтрубных манометров составляет 1…10кПа при приведенной погрешности измерения 0,2…2%. Точность измерения давления этим средством будет определяться точностью отсчета величины h(величины разности уровня жидкости), точностью определения плотности рабочей жидкости ρ и не зависеть от сечения трубки.
Жидкостные средства измерения давления характерны отсутствием дистанционной передачи показаний, небольшими пределами измерений и низкой прочностью. В то же время благодаря своей простоте, дешевизне и относительно высокой точности измерений они широко распространены в лабораториях и реже в промышленности.
Деформационные средства измерения давления
Основаны на уравновешивании силы, создаваемой давлением или вакуумом контролируемой среды на чувствительный элемент, силами упругих деформаций различного рода упругих элементов. Эта деформация в виде линейных или угловых перемещений передается регистрирующему устройству (показывающему или самопишущему) или преобразуется в электрический (пневматический) сигнал для дистанционной передачи.
В качестве чувствительных элементов используют одновитковые трубчатые пружины, многовитковые трубчатые пружины, упругие мембраны, сильфонные и пружинно-сильфонные.
Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин применяются бронза, латунь, хромоникелевые сплавы, отличающиеся достаточно высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры.
Мембранные приборы применяются для измерения небольших давлений (до 40кПа) нейтральных газовых средств.
Сильфонные приборы предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных газов с пределами измерений до 40кПа, до 400кПа (как манометры), до 100кПа (как вакуумметры), в интервале -100…+300кПа (как мановакуумметрические).
Трубчато-пружинные приборы принадлежат к числу наиболее распространенных манометров, вакуумметров и мановакуумметров.
Трубчатая пружина представляет собой тонкостенную, согнутую по дуге окружности, трубку (одно- или многовитковую) с запаенным одним концом, которая изготавливается из медных сплавов или нержавеющей стали. При увеличении или уменьшении давления внутри трубки пружина раскручивается или скручивается на определенный угол.
Манометры рассмотренного типа выпускаются для верхних пределов измерения 60…160кПа. Вакуумметры выпускаются со шкалой 0…100кПа. Мановакуумметры имеют пределы измерений: от -100кПа до +(60кПа…2,4МПа). Класс точности для рабочих манометров 0,6…4, для образцовых – 0,16; 0,25; 0,4.
Грузопоршневые манометры применяются как устройства для поверки механических контрольных и образцовых манометров среднего и высокого давления. Давление в них определяется по калиброванным грузам, помещаемым на поршне. В качестве рабочей жидкости применяют керосин, трансформаторное или касторовое масло. Класс точности грузопоршневых манометров 0,05 и 0,02%.
Электрические манометры и вакуумметры
Действие приборов этой группы основано на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под действием давления.
Пьезоэлектрические манометры применяют при измерении пульсирующего с высоко частотой давления в механизмах с допустимой нагрузкой на чувствительный элемент до 8·10 3 ГПа. Чувствительным элементом в пьезоэлектрических манометрах, преобразующим механические напряжения в колебания электрического тока, являются пластины цилиндрической или прямоугольной формы толщиной в несколько миллиметров из кварца, титаната бария или керамики типа ЦТС (цирконат-титонат свинца).
Тензометрические манометры имеют малые габаритные размеры, простое устройство, высокую точность и надежность в работе. Верхний предел показаний 0,1…40Мпа, класс точности 0,6; 1 и 1,5. Применяются в сложных производственных условиях.
В качестве чувствительного элемента в тензометрических манометрах применяются тензорезисторы, принцип действия которых основан на изменении сопротивления под действием деформации.
Давление в манометре измеряется схемой неуравновешенного моста.
В результате деформации мембраны с сапфировой пластинкой и тензорезисторами возникает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью усилителя преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.
Дифференциальные манометры
Применяются для измерения разности (перепада) давления жидкостей и газов. Они могут быть использованы для измерения расхода газов и жидкостей, уровня жидкости, а также для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений.
Мембранные дифференциальные манометры являются бесшакальными первичными измерительными приборами, предназначенными для измерения давления неагрессивных сред, преобразующими измеряемую величину в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока 0…5мА.
Дифференциальные манометры типа ДМ выпускаются на предельные перепады давления 1,6…630кПа.
Сильфонные дифференциальные манометры выпускаются на предельные перепады давления 1…4кПа, они рассчитаны на предельно допустимое рабочее избыточное давление 25кПа.
Устройство электроконтактного манометра, способы его поверки
Устройство электроконтактного манометра
Рисунок - Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров: а – одноконтактная на замыкание; б – одноконтактная на размыкание; в – двухконтактная на размыкание–размыкание; г – двухконтактная на замыкание–замыкание; д – двухконтактная на размыкание–замыкание; е – двухконтактная на замыкание–размыкание; 1 – указательная стрелка; 2 и 3 – электрические базовые контакты; 4 и 5 – зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 – объекты воздействия
Типовая схема функционирования электроконтактного манометра может быть проиллюстрирована рисунке (а) . При росте давления и достижении им определенного значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи в свою очередь приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.
В схеме размыкания (рис. б ) при отсутствии давления электрические контакты указательной стрелки 1 и базового контакта 2 замкнуты. Под напряжением U в находится электрическая цепь прибора и объект воздействия. При повышении давления и прохождении стрелкой зоны замкнутых контактов происходит разрыв электрической цепи прибора и соответственно прерывается электрический сигнал, направляемый на объект воздействия.
Наиболее часто в производственных условиях применяются манометры с двухконтактными электрическими схемами: одна используется для звуковой или световой индикации, а вторая – для организации функционирования систем различных типов управления. Так, схема размыкание–замыкание (рис. д ) позволяет по одному каналу при достижении определенного давления разомкнуть одну электрическую цепь и получить сигнал воздействия на объект 7 , а по второму – с помощью базового контакта 3 замкнуть находящуюся в разомкнутом состоянии вторую электрическую цепь.
Схема замыкание–размыкание (рис. е ) позволяет при увеличении давления одну цепь замкнуть, а вторую – разомкнуть.
Двухконтактные схемы на замыкание–замыкание (рис. г ) и размыкание–размыкание (рис. в ) обеспечивают при повышении давления и достижении одних и тех же или различных его значений замыкание обеих электрических цепей или соответственно их размыкание.
Электроконтактная часть манометра может быть как неотъемлемой, совмещенной непосредственно с механизмом измерителя, так и присоединяемой в виде электроконтактной группы, устанавливаемой на передней части прибора. Производители традиционно используют конструкции, в которых тяги электроконтактной группы монтировались на оси трубки. В некоторых устройствах, как правило, устанавливается электроконтактная группа, соединенная с чувствительным элементом через указательную стрелку манометра. Некоторые производители освоили электроконтактный манометр с микровыключателями, которые устанавливаются на передаточном механизме измерителя.
Электроконтактные манометры производятся с механическими контактами, контактами с магнитным поджатием, индуктивной парой, микровыключателями.
Электроконтактная группа с механическими контактами конструктивно наиболее проста. На диэлектрическом основании фиксируется базовый контакт, представляющий собой дополнительную стрелку с закрепленным на нем электрическим контактом и соединенным с электрической цепью. Другой разъем электрической цепи связан с контактом, который передвигается указательной стрелкой. Таким образом, при росте давления указательная стрелка смещает подвижный контакт до момента его соединения со вторым контактом, закрепленным на дополнительной стрелке. Механические контакты, изготовленные в виде лепестков или стоек, производятся из сплавов серебро–никель (Ar80Ni20), серебро–палладий (Ag70Pd30), золото–серебро (Au80Ag20), платина–иридий (Pt75Ir25) и др.
Приборы с механическими контактами рассчитаны на напряжение до 250 В и выдерживают максимальную разрывную мощность до 10 Вт постоянного или до 20 В×А переменного тока. Малые разрывные мощности контактов обеспечивают достаточно высокую точность срабатывания (до 0,5 % полного значения шкалы).
Более прочное электрическое соединение обеспечивают контакты с магнитным поджатием. Их отличие от механических состоит в закреплении на обратной стороне контактов (клеем или винтами) малых магнитов, что усиливает прочность механического соединения. Максимальная разрывная мощность контактов с магнитным поджатием составляет до 30 Вт постоянного или до 50 В×А переменного тока и напряжением до 380 В. Из-за наличия магнитов в системе контактов класс точности не превышает 2,5.
Способы поверки ЭКГ
Электроконтактные манометры, а также датчики давления должны периодически подвергаться поверке.
Электроконтактные манометры в полевых и лабораторных условиях могут проверяться тремя способами:
поверка нулевой точки: при снятии давления, стрелка должна возвращаться к «0» отметке, недоход стрелки не должен превышать половины допуска погрешности прибора;
поверка рабочей точки: к проверяемому прибору подсоединяется контрольный манометр и производится сравнение показаний обоих приборов;
поверка (калибровка): поверка прибора согласно методики на поверку (калибровку) для данного типа приборов.
Электроконтактные манометры и реле давления проверяются на точность срабатывания сигнальных контактов, погрешность срабатывания должна быть не выше паспортной.
Порядок выполнения поверки
Выполнить ТО прибора давления:
Проверить маркировку и сохранность пломб;
Наличие и прочность крепления крышки;
Отсутствие обрыва заземляющего провода;
Отсутствие вмятин и видимых повреждений, пыли и грязи на корпусе;
Прочность крепления датчика (работы на месте эксплуатации);
Целостность изоляции кабеля (работы на месте эксплуатации);
Надежность крепления кабеля в водном устройстве (работы на месте эксплуатации);
Проверить затяжку крепежных элементов (работы на месте эксплуатации);
Для контактных приборов проверить сопротивление изоляции относительно корпуса.
Собрать схему для контактных приборов давления.
Плавно повышая давление на входе, снять показания образцового прибора при прямом и обратном (снижении давления) ходе. Отчеты выполнить в 5 равнорасположенных точках диапазона измерений.
Проверить точность срабатывания контактов согласно уставок.
Представьте себе заполненный воздухом герметичный цилиндр, с установленным сверху поршнем. Если начать давить на поршень, то объем воздуха в цилиндре начнет уменьшаться, молекулы воздуха станут сталкиваться друг с другом и с поршнем все интенсивнее, и давление сжатого воздуха на поршень возрастет.
Если поршень теперь резко отпустить, то сжатый воздух резко вытолкнет его вверх. Это произойдет потому, что при неизменной площади поршня увеличится сила, действующая на поршень со стороны сжатого воздуха. Площадь поршня осталась неизменной, а сила со стороны молекул газа увеличилась, соответственно увеличилось и давление.
Или другой пример. Стоит человек на земле, стоит обеими стопами. В таком положении человеку комфортно, он не испытывает неудобств. Но что случится, если этот человек решит постоять на одной ноге? Он согнет одну из ног в колене, и теперь будет опираться на землю только одной стопой. В таком положении человек ощутит определенный дискомфорт, ведь давление на стопу увеличилось, причем примерно в 2 раза. Почему? Потому что площадь, через которую теперь сила тяжести придавливает человека к земле, уменьшилась в 2 раза. Вот пример того, что такое давление, и как легко его можно обнаружить в обычной жизни.
С точки зрения физики, давлением называют физическую величину, численно равную силе, действующей перпендикулярно поверхности на единицу площади данной поверхности. Поэтому, чтобы определить давление в некоторой точке поверхности, нормальную составляющую силы, приложенной к поверхности, делят на площадь малого элемента поверхности, на который данная сила действует. А для того чтобы определить среднее давление по всей площади, нормальную составляющую действующей на поверхность силы нужно разделить на полную площадь данной поверхности.
Измеряется давление в паскалях (Па). Эта единица измерения давления получила свое название в честь французского математика, физика и литератора Блеза Паскаля, автора основного закона гидростатики - Закона Паскаля, гласящего, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Впервые единица давления «паскаль» была введена в обращение во Франции в 1961 году, согласно декрету о единицах, спустя три столетия после смерти ученого.
Один паскаль равен давлению, которое вызывает сила в один ньютон, равномерно распределенная, и направленная перпендикулярно к поверхности площадью в один квадратный метр.
В паскалях измеряют не только механическое давление (механическое напряжение), но и модуль упругости, модуль Юнга, объемный модуль упругости, предел текучести, предел пропорциональности, сопротивление разрыву, сопротивление срезу, звуковое давление и осмотическое давление. Традиционно именно в паскалях выражаются важнейшие механические характеристики материалов в сопромате.
Атмосфера техническая (ат), физическая (атм), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2)
Кроме паскаля для измерения давления применяют и другие (внесистемные) единицы. Одной из таких единиц является «атмосфера» (ат). Давление в одну атмосферу приблизительно равно атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. На сегодняшний день под «атмосферой» понимают техническую атмосферу (ат).
Техническая атмосфера (ат) - это давление, производимое одной килограмм-силой (кгс), распределенной равномерно по площади в один квадратный сантиметр. А одна килограмм-сила, в свою очередь, равна силе тяжести, действующей на тело массой в один килограмм в условиях ускорения свободного падения, равного 9,80665 м/с2. Одна килограмм-сила равна таким образом 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера оказывается равной точно 98066,5 Па. 1 ат = 98066,5 Па.
В атмосферах измеряют, например, давление в автомобильных шинах, например рекомендованное давление в шинах пассажирского автобуса ГАЗ-2217 равно 3 атмосферам.
Есть еще «физическая атмосфера» (атм), определяемая как давление ртутного столба, высотой 760 мм на его основание при том, что плотность ртути равна 13595,04 кг/м3, при температуре 0°C и в условиях ускорения свободного падения равного 9,80665 м/с2. Так выходит, что 1 атм = 1,033233 ат = 101 325 Па.
Что касается килограмм-силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), то эта внесистемная единица давления с хорошей точностью равна нормальному атмосферному давлению, что бывает иногда удобно для оценок различных воздействий.
Внесистемная единица «бар» равна приблизительно одной атмосфере, но является более точной - ровно 100000 Па. В системе СГС 1 бар равен 1000000 дин/см2. Раньше название «бар» носила единица, называемая сейчас «бария», и равная 0,1 Па или в системе СГС 1 бария = 1 дин/см2. Слово «бар», «бария» и «барометр» происходят от одного и того же греческого слова «тяжесть».
Часто для измерения атмосферного давления в метеорологии используют единицу мбар (миллибар), равную 0,001 бар. А для измерения давления на планетах где атмосфера очень разряженная - мкбар (микробар), равный 0,000001 бар. На технических манометрах чаще всего шкала имеет градуировку именно в барах.
Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.)
Внесистемная единица измерения «миллиметр ртутного столба» равна 101325/760 = 133,3223684 Па. Обозначается «мм рт.ст.», но иногда ее обозначают «торр» - в честь итальянского физика, ученика Галилея, Эванджелисты Торричелли, автора концепции атмосферного давления.
Образовалась единица в связи с удобным способом измерения атмосферного давления барометром, у которого ртутный столб пребывает в равновесии под действием атмосферного давления. Ртуть обладает высокой плотностью около 13600 кг/м3 и отличается низким давлением насыщенного пара в условиях комнатной температуры, поэтому для барометров в свое время и была выбрана именно ртуть.
На уровне моря атмосферное давление равно приблизительно 760 мм рт.ст., именно это значение и принято считать теперь нормальным атмосферным давлением, равным 101325 Па или одной физической атмосфере, 1 атм. То есть 1 миллиметр ртутного столба равен 101325/760 паскаль.
В миллиметрах ртутного столба измеряют давление в медицине, в метеорологии, в авиационной навигации. В медицине кровное давление измеряют в мм рт.ст, в вакуумной технике градуируются в мм рт.ст, наряду с барами. Иногда даже просто пишут 25 мкм, подразумевая микроны ртутного столба, если речь идет о вакуумировании, а измерения давления осуществляют вакуумметрами.
В некоторых случаях используют миллиметры водяного столба, и тогда 13,59 мм вод.ст = 1мм рт.ст. Иногда это более целесообразно и удобно. Миллиметр водяного столба, как и миллиметр ртутного столба - внесистемная единица, равная в свою очередь гидростатическому давлению 1 мм столба воды, которое этот столб оказывает на плоское основание при температуре воды столба 4°С.