Виды давления
Давление — действующая сила, находящаяся на поверхности тела, деленная на площадь данной поверхности. В системе СИ измеряется в Па (Паскалях). Метрологи измеряют давление в единицах измерения – миллибар, которая равно 100 Па. Для обозначения типа в нашем каталоге в разделе датчики давления у каждого датчика существует специально поле «Тип измеряемого давления». Разберем какие бывают типы.
Барометрическое давление — это абсолютное давление земной атмосферы. Свое название этот тип давления получил от измерительного прибора барометра, который как известно определяет атмосферное давление в определенный момент времени при определенно температуре и на определенной высоте над уровнем моря. Относительно этого давления определяются избыточное давление и вакуум.
Избыточное давление имеет место в том случае если имеется положительная разность между измеряемым давлением и барометрическим. То есть избыточное давление — это величина на которую измеряемое давлением больше барометрического. Для измерения этого вида давления используют манометр. В качестве примера датчика этого типа можете посмотреть прибор Агат-100М-ДИ.
Вакуум или по-другому вакуумметрическое давление — это величина на которую измеряемое давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных. Например, датчик Агат-100М-ДВ, способный измерять вакуум. Приборы способные измерять этот тип давления называют вакуумметрами.
Дифференциальное давление имеет место если сравнивается одно давление относительно другого, причем ни одно из них не равно барометрическому. Избыточное давление и вакуум меряется относительно барометрического давления. Если же измерить эти величины относительно любой другой величины, то мы получим уже дифференциальное. Мы могли бы привести пример и датчика дифференциального давления, но лучше дадим вам ссылку на поиск с помощью которого можно найти датчик любого типа из описанных в этой статье типа.
Тема: Типы давления
Опции темы
Отображение
— какими датчиками ОВЕН каждое из давлений измеряется?
— применение преобразователей давления в различных процессах промышленности (и не только)
Автор: Антон Колеров, продукт-менеджер по датчикам давления
Ниже та же статья для тех, кто хочет почитать ее прямо здесь
Что такое давление?
Давление – это физическая величина, равная отношению силы давления движущихся молекул вещества к площади поверхности. Разделяют давление твёрдых и текучих сред. И именно для измерения давления сплошных текучих сред (жидкостей и газов) используются преобразователи (датчики) давления.
Особенности измерения давления текучих сред
Давления текучих сред измеряются относительно двух различных уровней (опорных точек):
• уровень абсолютного вакуума – состояние среды, из которого удалены все молекулы и атомы (состояние вещества в космосе);
• уровень текущего атмосферного (барометрического) давления – давление на открытом воздухе в данной местности. Этот уровень постоянно меняется из-за метеорологических процессов.
Типы давлений в измеряемых датчиками процессах
Давление абсолютное (ДА) – это давление, отсчитываемое от точки абсолютного нуля («космического» вакуума). Измеряется крайне редко в силу сложной технической реализации, как правило, в лабораторных или сверхвысокоточных установках.
Примеры точек измерения ДА:
· установка по верификации авиационных двигателей;
· сублимационная сушка;
· узел коммерческого учёта газа.
Для измерения абсолютного давления в подобных процессах обычно используют преобразователи давления ОВЕН ПД100И-ДА модели 1х1. Наиболее применяемая модификация – ОВЕН ПД100И-ДА1,0-111-0,25. 
Давление избыточное (ДИ) – это давление, отсчитываемое от текущего атмосферного давления в сторону увеличения. Избыточное давление указывает, насколько давление внутри процесса больше атмосферного. Избыточное давление – самое распространённое.
Примеры точек измерения ДИ:
· давление в подающем трубопроводе в ИТП, ЦТП, котельной;
· давление воды после насоса «подъёма» воды на водоканале;
· давление до и после редуктора в газораспределительном узле ГРП / ГРЩ.
Для измерения избыточного давления в гидро- и пневмосистемах, системах водоподготовки, котельной автоматике и объектах газового хозяйства применяются датчики ОВЕН ПД100-ДИ модели 1х1, которые характеризуются повышенной точностью измерения и устойчивостью к гидроударам. Наиболее востребованная модификация – ОВЕН ПД100-ДИ1,0-111-0,5.
Давление дифференциальное (ДД) или «перепад» – это разница давлений между двумя произвольными точками (местами) в измеряемом процессе, как правило, отсчитываемое от точки с меньшим абсолютным давлением в сторону большего.
Примеры точек измерения ДД:
· уровень жидкостей в герметичных ёмкостях с избыточным давлением;
· засорение вентиляционного фильтра и контроль работы вентилятора;
· контроль износа подшипника ротационного счётчика газа.
Для измерения перепада давления или расхода измеряемой среды применяются преобразователи давления ОВЕН ПД200-ДД модели 155. Наиболее востребованная модификация ОВЕН ПД200-ДД0,007-155-0,1-2-Н.
Давление вакуумметрическое (ДВ) или «разрежение» («тягометрия») – это давление, отсчитываемое от текущего атмосферного давления в сторону уменьшения.
Примеры точек измерения ДВ:
· разрежение в топке котла котельной;
· давление в испытательной вакуум-камере.
Для данных измерений применяют преобразователи ОВЕН ПД100И-ДВ модели 121 с высокочувствительным сенсором. Присоединение «торцевая мембрана» позволяет производить измерение сильнозагрязнённых и вязких сред. Наиболее востребованная модификация – ОВЕН ПД100И-ДВ0,1-121-0,5.
Давление избыточно-вакуумметрическое (ДИВ) или «тягонапорометрия» – это давление, средняя точка (12 мА) характеристики которого соответствует текущему атмосферному давлению. Одним датчиком измеряется как разрежение (4 мА), так и избыточное давление (20 мА) относительно средней точки.
Примеры точек измерения ДИВ:
· давление в дымоходе котельной;
· дымосос литейной печи;
· давление в «чистом» помещении.
Для данных измерений применяют преобразователи ОВЕН ПД100И-ДИВ модели 811. Они измеряют низкие давления неагрессивных газов, в том числе печных и горючих. Самая востребованная модификация ОВЕН ПД100И-ДИВ0,0005-811-1,5. 
Давление гидростатическое (ДГ) – это избыточное давление столба жидкости над точкой погружения датчика, отсчитываемое от текущего атмосферного.
Примеры точек измерения ДГ:
· уровень воды над насосом в скважине водозабора;
· уровень воды в сточной ёмкости водоканала;
· уровень воды в водонапорной башне Рожновского.
Для измерений уровня жидкости используют датчики ОВЕН ПД100И-ДГмодели 167 с измерительной мембраной из нержавеющей стали и встроенным гидрометрическим кабелем. Данная модель имеет степень пылевлагозащиты IP68. Самая применяемая модификация ОВЕН ПД100И-ДГ0,04-167-0,5.10.
Давление. Виды и способы его измерения
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:
Преобразователи давления
Выходной неэлектрический сигнал большинства первичных преобразователей давления (дифманометр стрелочный) 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.
Единицы измерения давления и разряжения. Приборы для измерения давления.
Давление. Единицы измерения давления и виды давлений.
Поэтому необходимо знать соотношения между этими величинами.
1 кгс/см 2 = 98066,5 Ра @ 100 kPa@ 0,1 MPa;
1мм ртутного столба = 133,32 Па;
1 кгс/ см2 = 98066,5 Па ≈ 100 кПа;
Различаются следующие виды давления:
· абсолютное (PА), полное давление, под которым находится вещество, за начало принимают абсолютный ноль давления:
Абсолютный ноль может существовать либо в замкнутом объеме, из которого удалены все молекулы, либо при полном прекращении движений молекул, т.е. при Т= 0 К.
Приборы для измерения давления классифицируются по следующим признакам.
По роду измеряемой величины:
По принципу действия:
· деформационные манометры (мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные, с вялой мембраной);
· унифицированные датчики давления;
Принцип действия жидкостных манометров основан на том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости.
U-образный манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью, прямолинейной миллиметровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой отметкой по середине, поэтому необходимо считать 1 мм шкалы равным 2 мм вд. ст. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления вода в одном колене трубки понижается, а в другом – повышается.
При частых изменениях давления измеряемой среды уровень жидкости в трубках колеблется, в связи с чем трудно производить точный отсчет в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр. Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При изменении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую величину, в то время как в чаше большего сечения опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по изменению уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изменением уровня в чаше.
При отсчете показаний стеклянных жидкостных манометров невооруженным глазом для исключения явления параллакса необходимо следить за тем, чтобы глаз наблюдателя находился строго на уровне мениска столбика.
Жидкостные манометры ремонту не подвергаются. Для поддержания их в технически исправном состоянии осуществляют следующие мероприятия при техническом обслуживании:
· выявляют отсутствие разрывов столбика жидкости в манометрических трубках и следов испарения манометрической жидкости и в случае обнаружения устраняют;
· у манометров со вложенной шкалой проверяют смещение нуля шкалы относительно горизонтали (уровень в сообщающихся сосудах).
При выходе из строя трубок, подводящих давление к манометру, их заменяют новыми.
Грузопоршневые манометры.
Грузопоршневые манометры (ГМП)– образцовые приборы, которые могут создать и измерять высокое давление (до 250 Мпа) при помощи поршня с грузами, воздействующими на замкнутый объём жидкости.
В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки манометров.
Поршень ГПМ и внутренняя поверхность колонки пришлифовываются, в результате чего между ними образуется незначительный (3-5 мкм) кольцевой зазор, который препятствует поступлению масла наружу и способствует движению поршня с малым трением.
Давление масла при равновесном состоянии системы уравновешивается грузами и весом поршня с учетом рабочей площади поршня.
Деформационные манометры.
· серповидная трубчатая пружина (трубка Бурдона), или многовитковая трубчатая пружина (геликс);
Мембранные манометры.
Упругие чувствительные элементы мембранных манометров мембраны и мембранные коробки.
Мембраны изготовляют из прорезиненной ткани, синтетических материалов, нержавеющей стали, фосфористой бронзы.
Мембраны представляют собой гибкую тонкую, обычно гофрированную пластину. Для увеличения рабочего тягового усилия мембраны в ее центральной части устанавливают металлический диск, называемый жестким центром.
Принцип работы: Измеряемое давление через штуцер воздействует на мембрану, которая деформируется и через передаточный механизм приводит в движение стрелку.
Мембранные манометры, как правило, бывают показывающими и имеют предел измерения 0.02 – 3 Мпа.
Мембранные коробки применяют в мембранных напоромерах, тягомерах, тягонапоромерах.
Датчики – реле давления имеют плоские вялые мембраны. Эти приборы выпускаются с двух- и трехпозиционными контактными устройствами.
Сильфонные манометры
Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и разряжений в качестве показывающих и самопищущих приборов.
Чувствительным элементом в них является сильфон, который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава (латунь, нержавеющая сталь т т.д.).
Сильфон используется в качестве упругого чувствительного элемента, преобразующего измеряемое давление в перемещение или тяговое усилие.
В сильфонном манометре один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании, другой – герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание, при этом длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка прибора через систему рычагов движется по шкале. Для увеличения жесткости внутри сильфона может устанавливаться пружина.
Эти приборы имеют класс точности 1 и 1.5.
Пружинные манометры
Чувствительным элементом в пружинных манометрах служат трубчатые одновитковые и многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе находятся в общем корпусе.
Пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание прибора. На этом основании смонтирован механизм передачи со стрелкой. Свободный конец пружины соединен через поводок (тягу) с зубчатым сектором, находящимся в зацеплении с трибкой (шестерней). На оси шестерни закреплена стрелка.
Общий принцип действия пружинных манометров состоит в том, что под действием измеряемого давления чувствительный элемент деформируется и посредством передаточного механизма деформация преобразуется в круговое движение стрелки вдоль шкалы. При этом перемещение стрелки будет пропорционально деформации чувствительного элемента, а следовательно, и измеряемому давлению.
Манометры в свою очередь подразделяются на образцовые, контрольные и технические. Основное различие между ними – качество материала из которого изготовлена трубчатая пружина, диаметр корпуса, пределы шкалы, отделка деталей прибора в целом.
2. Контрольные манометры Dкор=160 мм, Класс точности 0.4, 0.6.
3. Технические манометры Dкор= 60-250 мм, Класс точности 0.6, 1, 1.5, 2.5 и 4.
Дифференциальные манометры
Дифференциальные манометры это приборы, предназначенные для измерения разности давлений (перепада на сужающем устройстве, на пылеуловителях и т.д.).
Классификация по принципу действия: жидкостные и деформационные
Что такое вакуум?
Очень часто к нам обращаются люди, которые хотят купить вакуумный насос, но слабо представляют, что такое вакуум.
Попытаемся разобраться, что же это такое.
Рассмотрим на примере, что такое вакуум и как его измеряют.
На нашей планете существует атмосферное давление, принятое за единицу (одна атмосфера). Оно меняется в зависимости от погоды, высоты на уровнем моря, но мы не будем принимать это во внимание, так как это не будет никак влиять на понимание понятия вакуум.
Итак, мы имеем давление на поверхности земли равное 1 атмосфере. Всё, что ниже 1 атмосферы (в закрытом сосуде), называется техническим вакуумом.
Возьмём некий сосуд и закроем его герметичной крышкой. Давление в сосуде будет равно 1 атмосфере. Если мы начнём откачивать из сосуда воздух, то в нём возникнет разряжение, которое и называется вакуумом.
Рассмотрим на примере: в левом сосуде 10 кружочков. Пусть это будет 1 атмосфера.
«откачаем» половину – получим 0,5 атм, оставим один – получим 0,1 атм.
На картинке показаны вакуумметры с различными шкалами, которые показывают одинаковый вакуум:
Из всего сказанного выше видно, что величина вакуума не может быть больше атмосферного давления.
На самом деле, все эти люди хотят формовать детали под вакуумом, но чтобы прижим детали был более 1 кг/см2 (1 атмосферы).
Этого можно достичь, если накрыть изделие плёнкой, откачать из под неё воздух (в этом случае, в зависимости от созданного вакуума, максимальный прижим составит 1 кг/см2 (1 атм=1 кг/см2)), и после этого поместить это всё в автоклав, в котором будет создано избыточное давление. То есть для создания прижима в 2 кг/см2, достаточно создать в автоклаве избыточное давление в 1 атм.
Теперь несколько слов о том, как многие клиенты измеряют вакуум на выставке ООО «Насосы Ампика», у нас в офисе:
включают насос, прикладывают палец (ладонь) к всасывающему отверстию вакуумного насоса и сразу делают вывод о величине вакуума.
Обычно, все очень любят сравнивать советский вакуумный насос 2НВР-5ДМ и предлагаемый нами его аналог VE-2100.
После такой проверки, всегда говорят одно и тоже – вакуум у 2НВР-5ДМ выше (хотя на самом деле оба насоса выдают одинаковые параметры по вакууму).
В чем же причина такой реакции? А как всегда – в отсутствии знаний законов физики и что такое давление вообще.
Немного ликбеза: давление «P» – это сила, которая действует на некоторую площадь поверхности, направленная перпендикулярно этой поверхности (отношение силы «F» к площади поверхности «S»), то есть P=F/S.
По-простому – это сила, распределённая по площади поверхности.
Из этой формулы видно, что чем больше площадь поверхности, тем меньше будет давление. А также сила, которая потребуется для отрыва руки или пальца от входного отверстия насоса, прямо пропорциональна величине площади поверхности (F=P*S).
Диаметр всасывающего отверстия у вакуумного насоса 2НВР-5ДМ – 25 мм (площадь поверхности 78,5 мм2).
Диаметр всасывающего отверстия у вакуумного насоса VE-2100 – 6 мм (площадь поверхности 18,8 мм2).
То есть для отрыва руки от отверстия диаметром 25 мм, требуется сила в 4,2 раза большая, чем для диаметра отверстия 6 мм (при одинаковом давлении).
Именно по этому, когда вакуум измеряют пальцами, получается такой парадокс.
Давление «P», в этом случае, рассчитывается как разница между атмосферным давлением и остаточным давлением в сосуде (то есть вакуумом в насосе).
Как посчитать силу прижима какой-либо детали к поверхности?
Очень просто. Можно воспользоваться формулой приведенной выше, но попробуем объяснить попроще.
Например, пусть требуется узнать, с какой силой может быть прижата деталь размером 10х10 см при создании под ней вакуума насосом ВВН 1-0,75.
Берём остаточное давление, которое создаёт этот вакуумный насос серии ВВН.
Конкретно у этого водокольцевого насоса ВВН 1-0,75 оно составляет 0,4 атм.
1 атмосфера равна 1 кг/см2.
Площадь поверхности детали – 100 см2 (10см х10 см).
То есть, если создать максимальный вакуум (то есть давление на деталь будет 1 атм), то деталь прижмётся с силой 100 кг.
Так как у нас вакуум 0,4 атм, то прижим составит 0,4х100=40 кг.
Но это в теории, при идеальных условиях, если не будет подсоса воздуха и т.п.
Реально нужно это учитывать и прижим будет на 20…40% меньше в зависимости от типа поверхности, скорости откачки, и т.п.
Теперь пару слов о механических вакуумметрах.
Эти устройства показывают остаточное давление в пределах 0,05…1 атм.
То есть он не покажет более глубокого вакуума (будет всегда показывать «0»). Например, в любом пластинчато-роторном вакуумном насосе, по достижении его максимального вакуума, механический вакуумметр всегда будет показывать «0». Если требуется визуальное отображение значений остаточного давления, то нужно ставить электронный вакуумметр, например VG-64.
Часто к нам приходят клиенты, которые формуют детали под вакуумом (например, детали из композиционных материалов: углепластика, стеклопластика и т.п.), это нужно для того, чтобы во время формовки из связующего вещества (смолы) выходил газ и тем самым улучшались свойства готового продукта, а так же деталь прижималась к форме плёнкой, из-под которой откачивают воздух.
Встаёт вопрос: каким вакуумным насосом пользоваться – одноступенчатым или двухступенчатым?
Обычно думают, что раз вакуум у двухступенчатого выше, то и детали получаться лучше.
Вакуум у одноступенчатого насоса 20 Па, у двухступенчатого 2 Па. Кажется, что раз разница в давлении в 10 раз, то и прижиматься деталь будет гораздо сильнее.
Но так ли это на самом деле?
1 атм = 100000 Па = 1 кг/см2.
Значит разница в прижиме плёнки при вакууме 20 Па и 2 Па составит 0,00018 кг/см2 (кому не лень – посчитает сам).
То есть, практически, разницы никакой не будет, т.к. выигрыш в 0,18 г в силе прижима погоды не сделает.
Как рассчитать за какое время вакуумный насос откачает вакуумную камеру?
В отличии от жидкостей, газы занимают весь имеющийся объем и если вакуумный насос откачал половину воздуха, находящегося в вакуумной камере, то оставшаяся часть воздуха вновь расширится и займет весь объем.
Ниже приведена формула для вычисления этого параметра.
В двух словах, это всё.
Надеемся, что кому-нибудь эта информация поможет сделать правильный выбор вакуумного оборудования и блеснуть знаниями за кружкой пива.
