МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ В ТЕКУЧИХ СРЕДАХ

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ.

Датчики давления используются для измерения давления в жидких или газообразных сре­дах. Общее название для этих двух сред — текучие среды, подчеркивает малое сопротивление их де­формации (в отличие от твердых тел).

Виды измеряемого давления. Давление в теку­чей среде может быть определено как мера силы, приходящейся на единицу площади, передаваемой текучей средой, в направлении перпендикулярном любой поверхности, входящей с ней в контакт. Теку­чей средой может быть или газ или жидкость, текучая среда и жидкость . Стан­дартная единица для измерения давления в системе СИ — Паскаль (Па), равен силе в один Ньютон, прило­женной на один квадратный метр (Н/м²). Чаще при­меняется более крупная единица килопаскаль (кПа), равная 1000 Па. В английской системе единиц давле­ние обычно выражается в фунтах на квадратный дюйм (psi). Давление может быть выражено и в неко­торых других единицах, включая высоту ртутного или водяного столба.

Имеется три различных вида давления: абсолют­ное давление, относительное давление и дифферен­циальное давление. Абсолютное давление — это абсолютное значение силы, отнесенное к единице поверхности. Поэтому абсолютное давление -это разность между давлением в данной точке среды и абсолютным нулем давления, соответствующим дав­лению в совершенном вакууме. Относительное дав­ление -разность между абсолютным давлением и местным атмосферным давлением. Местное атмо­сферное давление может изменяться в зависимости от окружающей температуры, высоты над уровнем моря и местных погодных условий. Американский стандарт атмосферного давления на уровне моря при 59 ° F (20° С) — 14.696 фунтов на квадратный дюйм аб­солютного давления (psia) или 101.325 кПа абсолют­ного давления. При измерении относительного давления важно, какое давление является опорным. В английской системе различаются единицы, опреде­ляющие давление в абсолютных фунтах на квадрат­ный дюйм (psia) или относительных фунтах на квадратный дюйм (psig). Буква в конце обозначения единицы указывает на тип измеряемого давления. Для других единиц важно определить: относительное или абсолютное давление измеряется. Относитель­ное давление в соответствии с соглашением всегда положительно. "Отрицательное" относительное дав­ление определяется как вакуумное. Вакуумным на­зывается давление меньшее местного абсолютного атмосферного давления. Рис.2 показывает соотно­шения между абсолютным, относительным и вакуум­ным давлениями. Дифференциальное давление -это разность между двумя неизвестными давления­ми. Этот тип измерения давления обычно использу­ется, чтобы получить падение давления в системе подачи текущей среды. При измерении разности дав­лений не важно, какое из них считать опорным.

В дополнение к трем типам измеряемого давле­ния, имеются два типа систем c текучими средами: статические и динамические системы. Сами назва­ния подразумевают, что в статической системе сфера находится в покое, а в динамической — движется.

Статические системы. Давление, измеренное в статической системе, называется статическим. В си­стеме, показанной на Рис.3, в однородной статичес­кой текучей среде давление распределено равномер­но и изменяется только в вертикальном направлении.

Давление сохраняет одно и то же значение во всех точках на данном горизонтальном уровне жидкости не­зависимо от формы сосуда, но увеличивается с глуби­ной и действует одинаково во всех направлениях. Увеличение давления с ростом глубины определяется, в сущности, влиянием веса жидкости, находящейся выше данного уровня. На Рис.4 показаны два сосуда с одинаковой жидкостью, при одном и том же внеш­нем давлении — P.

На одной и той же глубине в любом из сосудов давление будет одинаковым. Обратите внимание на то, что стороны большого сосуда не вертикальны. Давление зависит только от глубины и совершенно не зависит от формы сосуда. Если рабочая среда — газ, увеличение давления в среде по высоте столба в большинстве случаев незначительно, поскольку плотность и следовательно вес среды намного меньше, чем внешнее давление. Однако это стано­вится несправедливым, если система достаточно велика (например, если рассматривается вся зем­ная атмосфера) или внешнее давление достаточно мало.

Рассмотрим, как изменяется атмосферное дав­ление с высотой. На уровне моря атмосферное дав­ление по американскому стандарту составляет 14.696 psia (101.325 кПa). На высоте 10000 футов (3048 м) над уровнем моря — 10.106 psia (69.698 кПa) и на 30000 футах (9144 м) атмосферное давление — 4.365 psia (30.101 кПа). Давление в статической жид­кости может быть легко рассчитано, если известна плотность жидкости. Абсолютное давление на глуби­не H в текучей среде определяется из уравнения:

P_ABS = P + r x g x H,

где:

P_abs — абсолютное давление на глубине H,

Р— внешнее давление на поверхности

жидкости (для большинства открытых

систем это будет атмосферное давление),

г — плотность жидкости,

g — гравитационное ускорение,

(g = 32.174фута/с²)(9.81 м/с²),

Н — глубина, на которой определяется

давление.