Абсолютное давление. Абсолютное давление - формула и примеры расчетов

Билет №13

1.Давление, виды давлений и единицы его измерения.

2.Термомагнитный газоанализатор на кислород.

4.Классификация электрических датчиков давления.

1. Давление, виды давлений, единицы его измерения.

Давление - один из важнейших параметров технологических процессов. Давлением называется отношение силы, действующей на площадь, к величине площади.

где F – сила;

S – площадь.

Различают давления:

барометрическое (атмосферное) - Р атм ;

абсолютное - Р абс ;

избыточное - Р изб ;

вакуум (разрежение) - Р вак

Барометрическое давление - это давление атмосферы, окружающей земной шар.

Абсолютное давление - это полное давление, под которым находятся жидкость, газ или пар.

Р абс = Р изб + Р атм

Избыточное давление - это давление сверх атмосферного.

Р изб = Р абс - Р атм

Если из закрытого сосуда откачать часть воздуха, то абсолютное давление внутри сосуда понизится и станет меньше, чем атмосферное. Такое давление внутри сосуда называется вакуумом.

Вакуум - это недостаток давления до атмосферного.

Р вак = Р атм - Р абс

Остаточное давление определяется по формуле:

Р ост = Р атм – Р вак,

где Р атм = 760 мм рт.ст.

Единицы измерения давления

Единица измерения давления в системе СИ - Паскаль (Па).

Паскаль - это давление с силой 1 Н на площадь 1 м 2 .

Внесистемные единицы: кгс/см 2 ; мм вод.ст.; мм рт. ст; бар, атм.

Соотношение между единицами измерения:

1 кгс/см 2 = 98066,5 Па

1 мм вод.ст. = 9,80665 Па

1 мм рт.ст. = 133,322 Па

1 бар = 10 5 Па

1 атм = 9,8* 10 4 Па

2.Термомагнитный газоанализатор на кислород

Термомагнитный газоанализатор служит для определения концентрации кислорода в газовой смеси.

Принцип действия основан на свойстве кислорода притягиваться магнитным полем. Это свойство называется магнитной восприимчивостью.

1) кольцевая камера;

2) стеклянная трубка;

3) постоянный магнит;

4) спираль из платиновой проволоки;

5) реостат стандартизации тока;

6) милливольтметр;

R1, R2 – постоянные сопротивления из манганина;

R1, R2, R3, R4 – плечи моста.

Анализатор состоит из кольцевой камеры 1, по диаметру которой установлена тонкостенная стеклянная трубка 2 со спиралью 4, нагреваемой током. Спираль состоит из двух секций, которые образуют два смежных плеча неуравновешенного моста (R3,R4). Двумя другими плечами служат два постоянных сопротивления из манганина (R1, R2). Левая секция спирали R3 находится в поле постоянного магнита 3.

Работа

При наличии в газовой смеси кислорода часть потока ответвляется в стеклянную трубку, где образуется течение газа в направлении слева направо. Образующийся поток газа переносит тепло от обмотки R3 к R4, поэтому температура секций изменяется (R3 охлаждается, R4 нагревается), и изменяются их сопротивления. Мост выходит из равновесия. Измерительный мост питается постоянным током от ИПСа. R0 - служит для установки силы тока питания моста. Шкала милливольтметра градуируется в % кислорода.

Пределы измерения: 0- 5; 0-10; 0- 21; 20- 35% кислорода.

3.Нарисовать схему регулирования давления и выбрать приборы.

Поз.800 – Давление верха колонны регулируется, клапан стоит на линии выхода паров дистиллята из колонны.

Поз.800 -1 интеллектуальный датчик избыточного давления Метран -100 ДИ

Поз.800 -2 барьер искробезопасности входной

Поз.800 -3 барьер искробезопасности выходной

Поз.800 -4–электропневматический позиционер

Поз.800 -5– регулирующий клапан.

4.Классификация электрических датчиков давления

В данных приборах измеряемое давление, оказывая воздействия на чувствительный элемент, изменяет его собственные электрические пара- метры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления. Подавляющее большинство современных общепромышленных ИПД реализовано на основе трех основных принципов:

1) емкостные – используют упругий чувствительный элемент в виде конденсатора с переменным зазором: смещение или прогиб под действием прилагаемого давления подвижного электрода-мембраны относительно неподвижного изменяет его ёмкость;

2) пьезоэлектрические – основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов: кварца, турмалина и других от прилагаемого к ним давления;

3) тензо р езисторные – используют зависимость активного сопро-

тивления проводника или полупроводника от степени его деформации.

В последние годы получили развитие и другие принципы работы ИПД: волоконно-оптические, индукционные, гальваномагнитные, объем- ного сжатия, акустические, диффузионные и т.д.

На сегодняшний день самыми популярными в России являются тензорезисторные ИПД.

Любое вещество может быть описано своими физико-химическим параметрами. В отличие от жидких и твердых веществ, чье состояние может быть охарактеризовано температурой и плотностью, газы имеют еще один показатель, который называется «давление». Эта физическая величина для газообразного вещества может быть представлена итоговым значением сил ударов молекул о стенки сосуда, содержащего газ. Чем больше молекул ударяется о стенки, чем больше их масса, скорость и сила воздействия на стенки сосуда- тем выше показатель давления.

Классификация

Физики различают атмосферное, абсолютное и избыточное давление. Эти виды величин связаны между собой посредством физических формул.

Единицы измерения давления

Существует множество традиционных единиц давления, которые сложились в результате развития физических дисциплин. Наиболее распространенными их них являются «бар», «атмосфера», "мм ртутного столба" и другие производные от них величины. В физических процессах этот параметр обозначается литерой Р, измеряется в паскалях и производных от него единицах. В письменном виде паскаль отображается так: [Па].

Понятие атмосферного давления

Окружающий нас воздух состоит из постоянно движущихся молекул, которые сталкиваются с земной поверхностью,находящимися на ней предметами и между собой. Из ударов крохотных частиц складывается итоговое давление. Данный параметр называется атмосферными, или барометрическим давлением.

Но, как показали измерения, Р атм в значительной степени зависит от температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря. Поэтому для объяснения физических процессов и решения задач текущие параметры атмосферного давления сводят к нормальным условиям. Начальные параметры Р атм определяются при показателе температуры 0⁰ С над нулевым уровнем моря.

Что такое абсолютное давление

Стандартные способы измерения давления обычно используют атмосферное давление в качестве точки отсчета. Обычно этот параметр измеряется различными приборами. Наиболее популярными из которых являются барометры.

В других случаях применяют отношение наблюдаемого давления к вакууму или к другой выбранной отметке. Чтобы обозначить выбранные категории, применяют такие определения:

Дифференциальное, абсолютное и избыточное давление визуально может быть представлено так:

Избыточное и абсолютное давление логически связаны между собой. Значение абсолютного давления можно получить, измерив наблюдаемое давление и прибавив к нему величину атмосферного Р.

В случае избыточного давления точкой отсчета служит значение атмосферного P. Таким образом, эта величина может быть представлена как разность между абсолютным давлением и атмосферным. Абсолютное и избыточное давление не может быть отрицательным. При Р абс =0 давление становится равным атмосферному показателю этой величины. Если быть точным, то Р абс не может быть равно вакууму - всегда остается какая-то величина, сформированная, например, давлением насыщенных паров в жидкости. Но в случае тяжелых жидкостей этот параметр очень незначителен, поэтому в первоначальных расчетах, не требующих точного вычисления, вполне допустимо.

Что такое абсолютное давление воздуха

Абсолютное давление воздуха можно измерить лишь в сосудах с другими веществами - с жидкостями или газами. Так, данный параметр довольно часто измеряется в закрытых сосудах с жидкостями. Как и в первом случае, абсолютное давление воздуха в закрытом сосуде можно измерить,как разницу между наблюдаемым Р и атмосферным.

Пьезометрическая высота

Как это часто бывает, наряду с общепринятыми единицами измерения физических величин, используются и исторические. Пьезометрическая высота -это одна из таких величин. Она может быть измерена специальным прибором, представляющим собой стеклянную трубку, верхняя часть которой незапечатана и открыто сообщается с атмосферой, а нижняя присоединена к сосуду, в котором измеряется давление. Прибор, при помощи которого можно провести подобные измерения, представлен ниже:

Если к давлению, наблюдаемому в сосуде, применить законы гидростатики, можно получить такое выражение для абсолютного давления:

Здесь р а - атмосферное давление, а выражение gρh p представляет собой произведение высоты столба жидкости на ее плотность и на значение силы тяжести. Так можно измерить абсолютное значение газа в любом сосуде.

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая (рис.2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением абсолютным, избыточным и вакуумом

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление . Следовательно, абсолютное давление равно

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат :

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

Как видно, эти три шкалы давления различаются между собой либо началом, либо направлением отсчета, хотя сам отсчет может вестись при этом в одной и той же системе единиц. Если давление определяется в технических атмосферах, то к обозначению единицы давления (ат ) приписывается ещё одна буква, в зависимости от того, какое давление принято за «нулевое» и в каком направлении ведется положительный отсчет.

Например:

- абсолютное давление равно 1,5 кг/см 2 ;

- избыточное давление равно 0,5 кг/см 2 ;

Давление - единица силы, действующая перпендикулярно на единицу площади.

Абсолютным называют давление, создаваемое на тело отдельно взятым газом без учета других атмосферных газов. Измеряют его Па (паскалях). Абсолютное давление представляет собой сумму атмосферного и избыточного давлений.

Барометрическим (атмосферным) называют давление гравитации на все находящиеся в атмосфере предметы. Нормальное атмосферное давление создается 760 мм столбом ртути при температуре 0°С.

Избыточным давлением называют положительную разность между измеряемым и атмосферным давлением.

Вакуумом называют отрицательную разность между измеряемым и атмосферным давлением.

С какой целью меряют давление? С целью непрерывного контроля и своевременного регулирования всех технологических параметров. Для каждого технологического процесса разрабатывается режимная карта. К чему может привести ее несоблюдение? Например, известны случаи, когда при бесконтрольном повышении давления многотонный барабан энергетического котла улетал, словно футбольный мяч, на несколько десятков метров, разрушая все на своем пути. Снижение давления не несет разрушений, но приводит к:

браку продукции;
перерасходу топлива.

Преобразователи давления

Выходной неэлектрический сигнал большинства первичных преобразователей давления () имеет вид перемещения или силы и объединен в одном корпусе с прибором измерения. Для передачи результатов измерений на расстояние используют промежуточный преобразователь для получения стандартизированного электрического или пневматического сигнала. Так происходит слияние первичного и промежуточного преобразователей в единый измерительный преобразователь.

Преобразователями абсолютного давления измеряют давление какой-либо среды относительно вакуума.
Преобразователями избыточного давления измеряют давление какой-либо среды относительно атмосферного давления.
Преобразователями вакууметрического давления измеряют уровень вакуума относительно атмосферного давления.
Преобразователями гидростатического давления измеряют гидростатический уровень жидкостей.
Преобразователи дифференциального давления измеряют перепад давлений.
Преобразователи избыточного давления-разряжения являются универсальными приборами, потому что измеряют одновременно и избыточное давление, и вакуум.

Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих по нормали к поверхности тела и отнесенных к единице площади этой поверхности.

Различают следующие виды давлений:

барометрическое (атмосферное)
нормальное
абсолютное
манометрическое (избыточное)
акууметрическое (разряжения)

Для измерения давления применяются различные единицы: Паскаль (Па), бар, техническая атмосфера или просто атмосфера, миллиметр ртутного или водяного столба, которые находятся в следующих соотношениях:

1 Па = 10^-5 бар = 1,02 * 10^-5 кгс/см2 = 7,5024 * 10^-2 мм рт. ст.

Барометрическое давление зависит от массы слоя воздуха. Самое большое барометрическое давление было зарегистрировано на уровне моря и составило 809 мм рт. ст., а самое низкое - 684 мм рт. ст. Барометрическое давление выражается высотой столба ртути в мм, приведенного к 0 °С.

Нормальное давление - это среднее значение давления воздуха за год на уровне моря, которое определяется ртутным барометром при температуре ртути 273 К. Оно равно примерно 101,3 кПа (750 мм рт. ст.). То есть нормальным давлением называется барометрическое давление, равное одной физической атмосфере и является частным случаем барометрического давления.

Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объемах. Оно не зависит от состояния окружающей среды.

Манометрическим давлением называется разность между абсолютным давлением и барометрическим давлением, если первое больше второго.

Манометр - прибор с помощью которого измеряют давление в закрытом сосуде, находясь вне этого сосуда, испытывает давление как со стороны окружающей среды, так и со стороны сосуда. Поэтому полное или абсолютное давление газа в сосуде равно сумме манометрического давления и барометрического.