Что такое давление
Перед изучением измерения давления необходимо точно понять, что такое давление.
Давление – это количество силы, действующей на определенную поверхность. Отношение между давлением, силой и площадью поверхности выражается формулой:
Р=F/A, где Р = Давление, F = Сила, A = Площадь.
Если сила (при физическом контакте) действует на поверхность, возникает давление. Давление увеличивается с увеличением силы или уменьшением площади, на которую действует сила.
Давление груза X и груза Y (Рис. 1.1) на поверхность различно, хотя вес грузов одинаков и равен 100 фунтов (444,82 Н). Площадь основания груза X составляет 100 кв. дюймов (0,06 м2). Поэтому, давление груза X составляет 100 фунтов силы, действующих на площадь 100 кв. дюймов, или 1фунт/кв.дюйм (6 895 Па).
Давление= 100 фунтов / 100кв.люймов = 6895 Н/м2 = 6895 Па
Груз Y имеет площадь основания 1 кв. дюйм (0,0006 м2). Поэтому давление груза Y равно 100 фунтам силы (444,82 Н), действующим на площадь 1 кв. дюйм, или 100 фунтов/кв.дюйм (689475 Па).
Давление= 100фунтов / 1кв.дюйм = 689475 Па
Для того чтобы лучше понять отношение силы к площади, представьте действие вашего веса на диванную подушку. Сила в этом случае будет создаваться вашим весом, который, в этом примере, остается неизменным. Если вы ложитесь на диван, ваш вес действует на большую площадь, и подушки сжимаются. Если вы встанете на диване на одну ногу, ваш вес будет действовать на гораздо меньшую площадь и подушки сожмутся гораздо сильнее. Сила (ваш вес) теперь действует на меньшую площадь, и поэтому давление увеличивается.
Факторы, влияющие на давление жидкости, отличаются от факторов, влияющих на давление газа. Поэтому при измерении давления важно понимать свойства жидкостей и газов.
Давление, вызываемое жидкостью, зависит от трех факторов:
Давление на основание столба жидкости увеличивается с увеличением высоты столба. Если другие факторы (например, плотность жидкости и давление на поверхность жидкости) остаются неизменными, давление на основание 10-футового (3-метрового) водяного столба в большом резервуаре будет равно давлению на основание 10-футового (3-метрового) водяного столба в меньшем резервуаре.
Плотность часто рассматривается в терминах относительной плотности.
Относительная плотность – это отношение плотности жидкости к плотности воды при определенной температуре. Плотность воды равна 1000 кг/м3 при температуре 50 °F (10 °C).
Температура приводится при указании величины давления, потому что температура влияет на плотность. Плотность бензина равна 660 кг/м3 при 50 °F (10 °C). Для определения относительной плотности бензина нужно разделить плотность бензина на плотность воды:
Так как относительная плотность не меняется с изменением единиц изменения. Относительная плотность бензина при температуре 60 °F (15.6 °C) всегда составляет 0,66, даже если плотность бензина и плотность воды представлены в других единицах измерения (например, фунтах/куб. фут):
Теперь мы можем вычислить уровень жидкости по измерениям плотности и высоты.
Плотность – это масса вещества на единицу объема. Жидкости, имеющие большую плотность, создают большее гидростатическое давление, чем жидкости, имеющие меньшую плотность.
Плотность = Масса / Объем
Изменение температуры вызывает расширение или сжатие жидкостей, что приводит к увеличению или уменьшению их объема, а значит и плотности. Поэтому значения плотности обычно указываются при определенной температуре.
Давление на поверхность жидкости
Давление на поверхность жидкости – это давление, действующее на измеряемый столб жидкости. В открытом резервуаре, давление на поверхности равно атмосферному давлению (давление, создаваемое атмосферой Земли). При добавлении газа над столбом жидкости в закрытом резервуаре на поверхности создается давление. Если над поверхностью жидкости образован вакуум, на поверхность действует давление меньше атмосферного.
Избыточное давление - так называют величину давления, превышающую атмосферное давление. Подробнее о датчиках избыточного давления.
В закрытом резервуаре, давление на поверхность (паровое пространство) часто называется верхним давлением. Для точного измерения давления необходимо принимать во внимание давление на поверхность.Давление на поверхность, как правило, измеряется, и вычитается из значения давления в точке измерения для определения давления жидкости, особенно при вычислении уровня жидкости.
В отличии от жидкости газ действует с одинаковым давлением на все части резервуара, в котором он находится. На давление газа влияют два фактора:
q Объем резервуара, в котором находится газ
q Температура газа
В технологических процессах принято называть жидкости и газы средами.
Объем резервуара
Соотношение между создаваемым газом давлением к объему содержащего его резервуара известно как закон Бойля. Поскольку газ может сжиматься, давление газа увеличивается пропорционально уменьшению объема содержащего его резервуара. И наоборот, если то же самое количество газа переместить в больший по объему резервуар, давление уменьшится пропорционально увеличению объема резервуара (при постоянной температуре).
V1*P1 = V2*P2
Температура газа
Отношение между давлением газа и его температурой известно как закон Чарльза. Изменение температуры влияет на давление газа. С увеличением температуры газа увеличивается энергия отдельных молекул. В результате молекулы газа сталкиваются со стенками резервуара чаще и с большей силой, и давление на внутренние стенки резервуара увеличивается.
Если объем резервуара и количество газа остаются неизменными, давление газа на стенки резервуара изменяется пропорционально изменению температуры газа.
Р1/T1 = Р2/T2
