5. ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ. 5.1. Загальна класифікація

5. ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ. 5.1. Загальна класифікація

Тиском називають відношення сили, що діє перпендикулярно до поверхні, до площі цієї поверхні. Тиск - одна з основних величин, що визначає термодинамічний стан речовин. Тиском багато в чому визначається хід технологічного процесу, стан технологічних апаратів і режими їх функціонування. Із завданням вимірювання тиску доводиться стикатися при вимірюваннях певних технологічних параметрів, наприклад витрати газу або пари, при термодинамічних параметрах, що змінюються, рівня рідини та ін.

Розрізняють такі основні види тиску: атмосферний, абсолютний, надлишковий і вакуум (розрідження).

Атмосферний (барометричний) тиск (Рб) — тиск, створюваний масою повітряного стовпа земної атмосфери. Він має змінне значення, що залежить від висоти місцевості над рівнем моря, географічної широти і метеорологічних умов (погоди).

Надлишковий тиск (Р) — різниця між абсолютним і барометричним тисками.

Абсолютний тиск (Ра)— тиск, відлічений від абсолютного нуля. За початок відліку абсолютного тиску беруть тиск усередині посудини, з якої повністю видалене повітря. Абсолютний тиск Ра середовища може бути більшим або меншим атмосферного. У першому випадку абсолютний тиск дорівнює сумі атмосферного і надлишкового тисків:

.                                      (5.1)

У другому випадку абсолютний тиск менше атмосферного на величину вакуумметричного тиску, тобто

.                                      (5.2)

В окремому випадку, коли Р або Рв дорівнює нулю, абсолютний тиск дорівнює атмосферному.

Вакуум (розрідження) (Рв)— різниця між барометричним і абсолютним тисками. Іноді вакуумметричний тиск виражають у вигляді відносної величини V у відсотках атмосферного тиску:

.                                     (5.3)

Статичний тиск (Рс) потоку може бути надлишковим або вакуумметричним, в окремому випадку він може дорівнювати атмосферному.

Повний тиск середовища, що рухається (РП), складається зі статичного (Рс) і динамічного (РД) тисків:

.                                              (5.4)

Динамічний тиск (РД) (Па), що залежить від швидкості потоку (швидкісний напір) для рідини, а також для газу і пари при помірних швидкостях, визначається за формулою

,                                      (5.5)

де v – швидкість руху речовини, м/с;

? – густина речовини, кг/м3.

У Міжнародній системі одиниць (SI) за одиницю тиску береться паскаль (Па) — тиск, створюваний силою в 1 ньютон (Н), рівномірно розподіленої по поверхні площею 1 м2 і спрямованої нормально до неї.

Несистемна одиниця тиску (1 кгс/см2) дорівнює тиску на площу 1 см2 сили в 1 кгс, де 1 кгс — сила, що надає масі в 1 кг нормального прискорення вільного падіння в 9,81 м/с2. Одиниця тиску системи МКГСС (метр, кілограм-сила, секунда) дорівнює 1 кгс/м2.

У рідинних приладах з водяним або ртутним заповненням скляних трубок вимірювання тиску виконується в міліметрах водяного або ртутного стовпа (мм вод.ст. або мм рт.ст.). Значення, вимірювані в цих одиницях, звичайно відносять до нормального прискорення вільного падіння тіл і нормальної температури, що дорівнює для води 4°С і ртуті 0°С. Неважко встановити, що тиск в 1 мм.вод.ст. дорівнює тиску в 1 кгс/м2.

Несистемна одиниця тиску — бар дорівнює тиску 1·105 Па, або 1,01972 кгс/см2. Ця одиниця зручна у тому відношенні, що числа, що виражають тиск у барах і кгс/см2, відрізняються між собою не більше ніж на 2%.

Через те, що зазначені одиниці — кгс/см2, мм вод.ст., мм рт.ст. і бар — у цей час дістали поширення, вони тимчасово допускаються до застосування поряд з одиницями системи SI.

В англійських мірах одиницею тиску є 1 англ. фунт-сила (4,45 Н) на 1 кв. дюйм, дорівнює 6890 Па (0,645·10-3 м2).

Співвідношення між одиницею тиску системи SI і колишніми наведені в табл.5.1.

Таблиця 5.1 - Співвідношення між одиницями тиску

Для наближеного перелічення тиску, вираженого в кгс/см2 і кгс/м2, і у тиску, вираженому відповідно в МПа і Па, необхідно в першому випадку числове значення зменшити в 10 разів, а в другому — збільшити в 10 разів. Так, наприклад, тиск у 100 кгс/см2 відповідає тиску в 10 МПа, а тиск у 100 кгс/м2 — тиску в 1000 Па.

Засоби вимірювання тиску класифікують за видом вимірювального тиску і принципом дії. За видом вимірювального тиску засоби вимірювання поділяють на такі:

- манометри надлишкового тиску — для вимірювання надлишкового тиску;

- манометри абсолютного тиску — для вимірювання тиску, відліченого від абсолютного нуля;

- барометри — для вимірювання атмосферного тиску. Барометри поділяють на ртутні і мембранні;

- вакуумметри — для вимірювання вакууму (розрідження);

- мановакуумметри — для вимірювання надлишкового тиску і вакууму (розрідження).

Крім перелічених засобів вимірювання у практиці вимірювання дістали поширення:

- напороміри — манометри малих надлишкових тисків (до 40 кПа);

- тягоміри — вакууметри з верхньою межею вимірювання не більше 40 кПа;

- тягонапороміри — мановакуумметри з діапазоном вимірювання від плюс 20 до мінус 20 кПа;

- вакуумметри залишкового тиску — вакуумметри, призначені для вимірювання глибокого вакууму або залишкового тиску, тобто абсолютних тисків менше 200 Па;

диференційні манометри — прилади вимірювання різниці тисків.

За принципом дії засоби вимірювання тиску поділяють на такі: рідинні, поршневі, деформаційні (пружинні), іонізаційні, теплові, електричні. Така кваліфікація не є вичерпною і може бути доповнена засобами вимірювання, заснованими на інших фізичних явищах.

Найбільша кількість приладів, які застосовуються для вимірювання тиску, є манометрами надлишкового тиску. У цей час існує великий парк приладів вимірювання тиску, що дозволяє здійснювати вимірювання тиску в діапазоні 10-12-1011Па.

Далі розглянуті прилади вимірювання тиску, широко застосовувані як робочі при технологічних вимірюваннях.