История гидравлики. История развития гидравлики. Часть 1. От древней Греции до середины XVIII в.

  • gidroadmin

Зарождение отдельных представлений из области гидравлики следует отнести еще к глубокой древности, ко времени гидротехнических работ, проводившихся древними народами, населявшими Египет, Вавилон, Месопотамию, Индию, Китай и другие страны. Однако прошло много веков и даже тысячелетий, прежде чем начали появляться отдельные, вначале не связанные друг с другом, попытки выполнить научные обобщения тех или других наблюдений, относящихся к гидравлическим явлениям. В далекой древности гидравлика являлась только ремеслом без каких-либо научных основ.

Период Древней Греции.

В Греции еще за 250 лет до н. э. начали появляться трактаты, в которых уже выполнялись достаточно серьезные для того времени теоретические обобщения отдельных вопросов механики жидкости. Математик и механик того времени

Архимед (ок. 287 — 212 гг. до н.э.)

оставил после себя анализ вопросов гидростатики и плавания. За истекшее время к труду Архимеда, посвященному гидростатике, мало что удалось добавить. Представитель древнегреческой школы Ктезибий (II или I век до н.э.) изобрел пожарный насос, водяные часы и некоторые другие гидравлические устройства. Герону Александрийскому (вероятно, I век н.э.) принадлежит описание сифона, водяного органа, автомата для отпуска жидкости и т. п.

Период Древнего Рима.

Римляне заимствовали многое у греков. В Древнем Риме строились сложные для того времени гидротехнические сооружения: акведуки, системы водоснабжения и т. п. В своих сочинениях римский инженер-строитель Фронтин (40-103 г. н.э.) указывает, что во времена Траяна в Риме было 9 водопроводов, причем общая длина водопроводных линий составляла 436 км. Можно предполагать, что римляне уже обращали внимание на наличие связи между площадью живого сечения и уклоном дна русла, на сопротивление движению воды в трубах, на неразрывность движения жидкости. Например, Фронтин писал, что количество воды, поступившей в трубу, должно равняться количеству воды, вытекающей из нее.

Период Средних веков.

Этот период, длившийся после падения Римской империи около тысячи лет, характеризуется, как принято считать, регрессом, в частности, и в области механики жидкости.

Эпоха Возрождения.

В течение второй половины XV века и в XVI веке начали развиваться экспериментальные исследования (см. ниже), постепенно опровергавшие схоластические воззрения, поддерживаемые католической церковью. В этот период в Италии появилась гениальная личность —

Леонардо да Винчи (1452-1519)

, который, как известно, вел свои научные (экспериментальные и теоретические) исследования в самых различных областях; в частности, Леонардо изучал принцип работы гидравлического пресса, аэродинамику летательных аппаратов, образование водоворотных областей, отражение и интерференцию волн, истечение жидкости через отверстая и водосливы и другие гидравлические вопросы. Он изобрел центробежный насос, парашют, анемометр. Различные работы Леонардо отражены в сохранившихся 7 тыс. страниц его рукописей, хранящихся в библиотеках Лондона, Виндзора, Парижа, Милана и Турина. По-видимому, справедливо будет признать, что

Леонардо да Винчи является основоположником механики жидкости.

К периоду Возрождения относятся работы нидерландского математика — инженера

Симона Стевина (1548 — 1620)

, определившего величину гидростатического давления на плоскую фигуру и объяснившего «гидростатический парадокс». В этот период великий итальянский физик, механик и астроном

Галилео Галилей (1564-1642)

показал, что гидравлические сопротивления возрастают с увеличением скорости и с возрастанием плотности жидкой среды; он разъяснял также вопрос о вакууме.

Период XVII века и начало XVIII века.

В это время механика жидкости все еще находилась в зачаточном состоянии. Вместе с тем здесь можно отметить имена следующих ученых, способствовавших ее развитию:

Кастелли (1577 -1644)

— преподаватель математики в Пизе и Риме — в ясной форме изложивший принцип неразрывности;

То’рричелли (1608 — 1647)

— выдающийся математик и физик — дал формулу расчета скорости истечения жидкости из отверстия и изобрел ртутный барометр;

Паскаль (1623 -1662)

— выдающийся французский математик и физик — установивший, что значение гидростатического давления не зависит от ориентировки площадки действия, кроме того, он окончательно решил и обосновал вопрос о вакууме;

Ньютон (1643 н. ст.-1727)

— гениальный английский физик, механик, астроном и математик-давший наряду с решением ряда гидравлических вопросов приближенное описание законов внутреннего трения жидкости.

На сайте представлено несколько статей, посвященных основам гидравлики. Этот материал адресован всем людям, которые хотят разобраться в том, как физически работают система водоснабжения и система канализации (водоотведения). Настоящая статья – первая в этом цикле.

В гидравлике есть несколько ключевых понятий. Центральное место отводится понятию гидростатического давления в точке жидкости. Оно тесно связано с понятием напора жидкости, о котором будет сказано чуть позже.

Одно из широко распространенных определений гидростатического давления звучит так: «Гидростатическое давление в точке жидкости – это нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил».

Напряжение – это понятие, широко используемое в курсе сопротивления материалов. Идея в следующем. В физике, мы знаем, есть понятие силы. Сила – векторная величина, характеризующая воздействие. Векторная – это значит, что представляется в виде вектора, т.е. стрелки в трехмерном пространстве. Эта сила может быть приложена в отдельной точке (сосредоточенная сила), или к поверхности (поверхностная), или ко всему телу (говорят, массовая / объемная). Поверхностные и массовые силы являются распределенными. Только такие и могут действовать на жидкость, так как она обладает функцией текучести (легко деформируется от любого воздействия).  

Сила приложена к поверхности с какой-то конкретной площадью. В каждой точке этой поверхности возникнет напряжение, равное отношению силы к площади, это и есть понятие давления в физике.

В системе СИ единица измерения силы – Ньютон [Н], площади – квадратный метр [м2].

Отношение силы к площади:

1 Н / 1 м2 = 1 Па (Паскаль).

Паскаль является основной единицей измерения давления, но далеко не единственной. Ниже представлен пересчет единиц измерения давлений из одной в другую >>>

100 000 Па = 0,1 МПа = 100 кПа ≈ 1 атм = 1 бар = 1 кгс/см2  = 14,5 psi ≈  750 мм.рт.ст ≡ 750 Торр ≈ 10 м.вод.ст (м)

Далее, принципиально важным моментом является так называемая шкала давлений или виды давлений. На рисунке ниже представлено, как взаимоувязаны такие понятия как абсолютное давление, абсолютный вакуум, частичный вакуум, избыточное или манометрическое давление.

Абсолютное давление – давление, отсчитываемое от нуля.

Абсолютный вакуум – ситуация, при которой на рассматриваемую точку ничего не действует, т.е. давление, равное 0 Па.

Атмосферное давление – давление, равное 1 атмосфере. Отношение веса (mg) вышележащего столба воздуха к площади его поперечного сечения. Атмосферное давление зависит от места, времени суток. Это один из параметров погоды. В прикладных инженерных дисциплинах обычно все отсчитывают именно от атмосферного давления, а не от абсолютного вакуума.

Частичный вакуум (или еще часто говорят – «величина вакуума», «разрежение» или «отрицательное избыточное давление» ). Частичный вакуум – недостаток давления до атмосферного. Максимально возможная на Земле величина вакуума как раз равняется одной атмосфере (~10 м.вод.ст.). Это означает, что у вас не получится попить воду через трубочку с расстояния 11 м при всем желании.

* на самом деле при нормальном для трубочек для напитков диаметре (~5-6 мм) эта величина будет гораздо меньше из-за гидравлических сопротивлений. Но даже через толстый шланг вы не сможете попить воду с глубины 11 м.

Если заменить вас на насос, а трубочку – на его всасывающий трубопровод, то ситуация принципиально не изменится. Поэтому воду из скважин добывают как правило именно скважинными насосами, которые опускаются непосредственно в воду, а не пытаются засасывать воду с поверхности земли.

Избыточное давление (или также еще называемое манометрическим)– превышение давления над атмосферным.

Приведем следующий пример. На данной фотографии (справа) показано измерение давления в автомобильной шине при помощи прибора манометра.

Манометр показывает именно избыточное давление. На этой фотографии видно, что избычтоное давление в данной шине приблизительно 1,9 бар, т.е. 1,9 атм, т.е. 190 000 Па. Тогда абсолютное давление в этой шине – 290 000 Па. Если мы шину проткнем, то воздух начнет под разницей давлений выходить наружу до тех пор, пока давление внутри и снаружи шины не станет одинаковым, атмосферным. Тогда избыточное давление в шине будет равно 0.

Теперь посмотрим, как определить давление в жидкости, находящейся в определенном объеме. Допустим, мы рассматриваем открытую бочку с водой.

На поверхности воды в бочке устанавливается атмосферное давление (обозначно маленькой буквой p с индексом «атм»). Соответственно, избыточное давление на поверхности равняется 0 Па. Теперь рассмотрим давление в точке X. Эта точка заглублена относительно поверхности воды на расстояние h, и за счет столба жидкости над этой точкой, давление в ней будет больше, чем на поверхности.

Давление в точке X (px) будет определяться, как давление на поверхности жидкости + давление, создаваемое столбом жидкости над точкой. Это называется основным уравнением гидростатики.

Для приблизительных расчетов можно принимать g = 10 м/с2. Плотность воды зависит от температуры, но для приблизительных расчетов может приниматься 1000 кг/м3.

При глубине h 2 м, абсолютное давление в точке X составит:

100 000 Па + 1000·10·2 Па = 100 000 Па +20 000 Па = 120 000 Па = 1,2 атм.

Избыточное давление – это значит за вычетом атмосферного: 120 000 – 100 000 = 20000 Па = 0,2 атм.

Таким образом, в избыточное давление в точке X определяется высотой столба жидкости над этой точкой. Форма емкости при этом никак не влияет. Если мы рассмотрим гигантский бассейн с глубиной 2 м, и трубку высотой 3 м, то давление на дне трубки будет больше, нежели на дне бассейна.

(Абсолютное давление на дне бассейна: 100000 + 1000*9,81*2 =

Абсолютное

Высота столба жидкости определяет давление, создаваемое этим столбом жидкости.

pизб = ρgh. Таким образом, давление можно выражать единицами длины (высоты):

h = p / ρg

Например, рассмотрим, какое давление создает столб ртути высотой 750 мм:

p = ρgh = 13600 · 10 · 0,75 = 102 000 Па ≈ 100 000 Па, что отсылает нас к единицам измерения давления, рассмотренным ранее.

Т.е. 750 мм.рт.ст. = 100 000 Па.

По тому же принципу получается, что давление в 10 метров водяного столба равняется 100 000 Па:

1000 · 10 · 10 = 100 000 Па.

Выражение давления в метрах водяного столба принципиально важно для водоснабжения, водоотведения, а также гидравлических расчетов отопления, гидротехнических расчетов и т. д.

Теперь посмотрим давление в трубопроводах. Что физически означает замеренное мастером давление в определенной точке (X) трубопровода? Манометр в данном случае показывает 2 кгс/см² (2 атм). Это избыточное давление в трубопроводе, оно эквивалентно 20 метрам водяного столба. Иными словами, если подсоединить к трубе вертикальную трубку, то вода в ней поднимется на величину избыточного давления в точке X, т.е. на высоту 20 м. Вертикальная трубка, сообщающеяся с атмосферой (т.е. открытая) называются пьезометром.

Основная задача системы водоснабжения заключается в том, чтобы в требуемой точке вода имела необходимое избыточное давление. Например, согласно нормативному документу:

Вырезка с сайта системы «Консультант+»

[ Постановление Правительства РФ от 06.05.2011 N 354 (ред. от 13.07.2019) «О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» (вместе с «Правилами предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов») ] >>> давление в точке водоразбора должно быть не менее 3 м.вод.ст (0,03 МПа)

Под точкой водоразбора можно понимать место подключения смесителя (точка 1). Эта точка находится приблизительно на расстоянии 1 м от пола, там же, где и подключение к стояку самой квартиры (точка 2) . То есть давление в этих точках примерно одинаково при закрытых кранах (вода не движется!). Давление регламентируется именно в этих точках, и, как указано выше, должно быть не меньше 3 — 6 м.вод.ст.

Однако необходимо отметить, что нормативно допустимая величина в 3 м.вод.ст – это совсем не много, так как современное сантехническое оборудование может требовать давление до 13 м.вод.ст в точке подключения для нормальной работы (подачи достаточного количества воды). Например, даже в старом СНиП по внутреннему водопроводу (СНиП 2.04.01-85*), указано, что при использовании аэратора на смесителе (сеточка, перекрывающая выходное отверстие), в точке подключения смесителя необходимо давление 5 м.вод.ст.



Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Перейти к: навигация, поиск

Определение давленияДавление — это статическое давление жидкостей и газов, измеренное в сосудах, трубопроводах относительно атмосферного давления (Па, мбар, бар).

Виды давления

Статическое давление

Статическое давление — это давление неподвижной жидкости. Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.

Динамическое давление

Динамическое давление — это давление движущегося потока жидкости.

Давление нагнетания насоса

Это давление на выходе центробежного насоса во время его работы.

Перепад давления

Давление, развиваемое центробежным насосом для преодоления общего сопротивления системы. Оно измеряется между входом и выходом центробежного насоса.

Рабочее давление

Давление, имеющееся в системе при работе насоса.

Допустимое рабочее давление

Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Давление — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя на поршень и т. п.). Если силы распределены вдоль поверхности равномерно, то Давление р на любую часть поверхности равно р = f/s, где S — площадь этой части, F — сумма приложенных перпендикулярно к ней сил. При неравномерном распределении сил это равенство определяет среднее давление на данную площадку, а в пределе, при стремлении величины S к нулю, — давление в данной точке. В случае равномерного распределения сил давление во всех точках поверхности одинаково, а в случае неравномерного — изменяется от точки к точке.

Для непрерывной среды аналогично вводится понятие давление в каждой точке среды, играющее важную роль в механике жидкостей и газов. Давление в любой точке покоящейся жидкости по всем направлениям одинаково; это справедливо и для движущейся жидкости или газа, если их можно считать идеальными (лишёнными трения). В вязкой жидкости под давление в данной точке понимают среднее значение давление по трём взаимно перпендикулярным направлениям.

Давление играет важную роль в физических, химических, механических, биологических и др. явлениях.

Потеря давления

Потеря давления — снижение давления между входом и выходом элемента конструкции. К подобным элементам относятся трубопроводы и арматура. Потери возникают по причине завихрений и трения. Каждый трубопровод и арматура в зависимости от материала и степени шероховатости поверхности характеризуется собственным коэффициентом потерь. За соответствующей информацией следует обратиться к их изготовителям.

Единицы измерения давления

Давление является интенсивной физической величиной. Давление в системе СИ измеряется в паскалях; применяются также следующие единицы:

Давление
Па мм вод. ст. мм рт. ст. бар кг/см2 атм. кг/м2 м вод. ст. psi
1 Па  X 0,102 7,5 x 10-3 10-5 0,102 x 10-4 0,102 x 10-4 0,102 0,102 x 10-3 1,5 x 10-4
1 мм вод. ст. 9,81 7,36 x 10-2 9,81 x 10-5 10-4 10-4 1 10-3 1,5 x 10-3
1 мм рт. ст. 133,4 13,6 1,3 x 10-3 1,36 x 10-3 1,36 x 10-3 13,6 1,36 x 10-2 2 x 10-2
1 бар 105 1,02 x 104 7,5 x 102  X 1,02 1,02 1,02 x 104 10,2 15
1 кг/см2 9,81 x 104 104 7,36 0,98 1 104 0,1 15
1 атм. 9,81 x 104 104 7,36 0,98 1 104 0,1 15
1 кг/м2 9,81 1 7,36 x 10-2 9,81 x 10-5 10-4 10-4 10-3 1,5 x 10-3
1 м вод. ст. 9,81 x 103 103 73,6 9,81 x 10-2 0,1 0,1 103 1,5
1 psi 6,67 x 103 6,67 x 102 50 6,67 x 10-2 6,67 x 10-2 6,67 x 10-2 6,67 x 102 0,667

Категории: Справочник | Незавершённые статьи

Блог техподдержки FlowVision

Полное давление

Empty

Граничные условия: Полное давление versus Статическое давление

Во FlowVision доступно несколько шаблонов граничного условия для определения давления на проницаемой границе расчетной области.В данной статье рассмотрены применение граничных условий Давление, Полное давление и Свободный выход.

Для начала вспомним особенности определения давления во FlowVision и в физике:

Абсолютное, опорное и относительное давления

Во FlowVision применяется подход при котором рассматривается относительное давление. Граничные и начальные условия задаются в относительных величинах, все поля давления выводятся также в относительных величинах.Таким образом давление во FlowVision является относительным и равно разнице между абсолютным значением давления и опорным давлением: P = Pabs — Pref .

Гидростатика. Статическое давление

При рассмотрении уравнения Бернулли говорят о трех типах давления: динамическом (ro*V*V/2) , массовом (напор — ro*g*h) и статическом. Если вектор гравитации равен нулю, то относительное давление во FlowVision соответствует относительному статическому давлению по определению.

Если в проекте FlowVision задан ненулевой вектор гравитации, то гидростатическая составляющая будет включена в значение давления естественным путем, т.к. в уравнения Навье-Стокса будет включена объемная гравитационная сила. При этом относительное давление во FlowVision уже не будет точно соответствовать определению статического давления. Однако, во FlowVision в этом случае давление все равно рассматривается как статическое, т.к. просто не происходит нигде специального выделения гидростатической составляющей.

Таким образом, в физических переменных всегда присутствуют эти две компоненты:

  1. Давление (относительное давление без гидростатической составляющей);
  2. Давление с гидростатикой (относительное давление с гидростатической составляющей).

Такое разделение удобно тем, что на граничных условиях и в начальных условиях нет необходимости задавать давление как функцию высоты. Задать необходимо только статическую составляющую.

Если же гидростатическая плотность не задана, то Давление будет равно Давлению с гидростатикой. Подробнее об особенностях гидростатики читайте в документации FlowVision.

Полное давление

Для несжимаемой жидкости во FlowVision полное давление определяется как сумма относительного давления (статическое относительное давление, включающее гидростатическую составляющую) и динамического давления. Динамическое давление вычисляется как ro*V^2/2 .

Для сжимаемых жидкостей выражение более сложное:

Таким образом,если не касаться вопросов гидростатических слоев, во FlowVision почти везде используются относительные давления.При этом рассматривается относительные статическое давление и полное. Для несжимаемой жидкости полное давление является суммой статического и скоростного давлений.

Свободный выход

  1. На выходе, где вектора скорости направлены на выход из расчетной области;
  2. На выходе, в случае сверхзвукового течения;
  3. На выходе, в случае скорости, которая может пересекать сверхзвуковое значение в том или ином направлении.

Для сверхзвукового режима течения граничное условие работает так: значение на ГУ равно значению в ячейке.

Для дозвукового режима течения граничное условие Свободный выход работает как ГУ Вход/Выход со статическим давлением.

Вход/выход — Статическое давление

Граничное условие Вход/выход, определенное статическим давлением, работает так: относительное статическое давления на границе равно давлению, которое задал пользователь на этом граничном условии. Данное граничное условие целесообразно использовать там, где статическое давление нам точно известно, например измерено датчиком в эксперименте. Также статическое давление целесообразно задавать на выходе из устройства, т.е. на границе из которой истекает жидкость/газ за пределы расчетной области.

Статическое давление целесообразно применять в задачах внешнего обтекания в условиях незамкнутого пространства, когда давление на границе можно принять равным давлению на бесконечности.

Однако есть существенное ограничение !В случае внешнего обтекания допустимо применять статическое давление на ГУ только в случае гарантированного выхода потока через это ГУ.

В случае моделирования внутренних течений допустим вход через ГУ, определенное статическим давлением, но только в том случае, если выход потока происходит только через ГУ с заданным расходом. Наличие других ГУ входа и выхода недопустимы, т.к. задача оказывается неопределенной и возможен разгон потока на ГУ со статическим давлением и втоком.

Вход/выход — Полное давление

Граничное условие Вход/Выход, определенное полным давлением, имеет ряд ограничений и особенностей:

  1. Его нельзя применять на входе в расчетную область для сверхзвукового режима течения (если вектор скорости на границе направлен внутрь расчетной области и скорость выше скорости звука);
  2. Его не имеет смысла применять в качестве выходного ГУ, т.к. в этом случае ГУ Полное давление отрабатывает как ГУ Статическое давление. Т.е. если вектор скорости на границе такого ГУ направлен за пределы расчетной области, то давление на поверхности будет строго равно заданному в интерфейсе ГУ давлению.

Таким образом граничное условие с Полным давлением целесообразно применять на входе в расчетную область для дозвуковых течений в задачах внутреннего течения (течения в каналах, трубах), когда не известно точное значение статического давления на этой границе, но известно значение давления на бесконечности. Пример приведен на рисунке 1:

Некое устройство на вход забирает воздух из открытого пространства (или ресивера). Нам известно, что в этом пространстве давление равно Pst inf . Фиолетовым пунктиром показаны граничные условия в расчетной модели. На выходе при этом нам известно значение расхода, которое мы и задаем (массовая скорость с отрицательным значением).

При этом, если к такому входу подходят градиенты давлений и скоростей, наведенные от ядра расчетной области, граничное условие Полное давление не будет жестко пришпиливать давление к фиксированному значению, как это происходило бы в случае со статическим давлением. При такой постановке задачи мы будет получено более точное, аккуратное решение. 

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:

      Р абс = Р изб + Р атм

        Р изб = Р абс — Р атм

          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.

          image

          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.

          imageПоз.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.image

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

          image

          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:image

          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 image . Следовательно, абсолютное давление равно

          image.

          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 :

          image.

          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.

          Оцените статью
          Рейтинг автора
          5
          Материал подготовил
          Илья Коршунов
          Наш эксперт
          Написано статей
          134
          А как считаете Вы?
          Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
          ли со статьей или есть что добавить?
          Добавить комментарий