Когерентной единицей Международной системы единиц (СИ) является паскаль (Па). По определению (1.1) единица давления паскаль представляет собой отношение единицы силы Ньютона к единице площади квадратному метру: 1 Па= 1 Н/м2 = 1 кг/ (м-с2).
Размер единицы давления Па очень мал, его значение соответствует давлению столба воды высотой 0,1 мм. Поэтому на практике применяются единицы давления, кратные 1 Па, которые образуются добавлением к наименованию паскаль приставок, узаконенных С И: килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа) и гигапаскаль (ГПа). Численно указанные единицы давления 1кПа = 1 • 103 Па; 1 МПа = 1 • 106 Па; 1ГПа = 1 • 109
Па.
В технически обоснованных случаях допускается также применение других кратных. единиц, которые образованы добавлением приставок, предусмотренных СИ: декапаскаль (даПа) и гектопаскаль (гПа). Соответственно: 1 даПа = 10 Па, 1 гПа = 1 • 102 Па.
Наряду с единицами давления СИ во многих отраслях народного хозяйства нашей страны, а также в зарубежных странах в настоящее время применяются единицы давления, которые должны быть изъяты по мере перехода на СИ.
Наиболее близка к СИ единица давления бар (бар), размер которой очень удобен для практики (1 бар = 1 — 10s Па). широко применяются также дольные и кратные значения этой единицы — миллибар (мбар) и килобар (кбар) : 1 мбар = 1 • 102 Па, 1 кбар = 1 • 108 Па.
В области измерения малых и средних давлений широкое распространение получили единицы давления килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2) и килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м2). Размеры указанных единиц давления: 1 кгс/см2 = 0,980665 • 10s Па; 1 кгс/м2 = 9,80665 Па.
Числовые значения этих единиц рассчитывают следующим образом. В системе МКГСС в отличие от СИ основной единицей является не единица массы (кг), а единица силы (кгс), которая равна силе, испытываемой массой 1 кг при нормальном ускорении свободного падения gH — ~ 9,80665 м/с2. Отсюда, принимая во внимание, что сила равна произведению массы на ускорение, размеры единиц кгс/см2 и кгс/м2 принимают указанные выше значения.
В применяемых до настоящего времени жидкостных манометрах мерой измеряемого давления является высота столба жидкости. Поэтому
естественно применение единиц давления, определяемых высотой столоа жидкости, т. е. основанных на единицах длины. В странах с метрическими системами мер получили распространение единицы давления миллиметр и метр водяного столба (мм вод. ст. и м вод. ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), а в странах с дюймовыми системами — дюйм и фут водяного столба (in H2 О и ft H2
О), дюйм ртутного столба (inHg).
Размеры этих единиц давления пересчитываются в единицы СИ на основании формулы
р-Н • р ‘ g, (1.6)
где Я — высота столба жидкости, м, р — плотность жидкости, кг/м3, g -ускорение свободного падения, м/с2.
Размеры единиц регламентированы условиями:
плотность воды соответствует температуре t = 4° С и равна рв = ^l-lt^Kr/M3;
плотность ртути соответствует температуре t = 0°С и равна ррт = = 13595,1 кг/м5;
ускорение свободного падения равно нормальному ga — 9,80665 м/с2.
Расчет по формуле (1.6) дает следующие значения размеров единиц: 1 мм вод.ст/= 9,80665 Па; 1 мм рт.ст. = 133,322 Па; 1 in
Н2О = = 249,089 Па; 1 in Hg = 3386,39 Па.
Применяемая в странах Западной Европы единица давления торр практически равна мм рт.ст.: 1 торр = 1 атм/760 = 133,322 Па.
В англоязычных странах широко распространена также единица давления фунт-сила на квадратный дюйм (psi), размер которой равен 1 psi = 1 Ibf/in2 = 6,89476-103 Па.
Соотношения наиболее распространенных в нашей стране единиц давления приведены в табл. 1.
Пользуясь данными таблицы, можно легко пересчитать результаты измерений. Например, если при измерении атмосферного давления показания барометра дают ратм = 737,2 мм
рт.ст., то при пересчете на Па получим pstM = 98,285 кПа.
Диапазоны измерения давления (рис. 2), в которых применяется одна и та же единица давления, рекомендуется выбирать так, чтобы числовое значение давления находилось в диапазоне 0,1—1000. Размеры узаконенных СИ единиц давления (Па, кПа, МПа, ГПа) последовательно увеличиваются в 103 раз. Поэтому диапазоны их применения взаимно перекрываются (см. рис. 2), что позволяет проводить измерения во всем диапазоне давлений.
На рис. 2 показаны также размеры применяемых в настоящее время единиц давления, которые подлежат изъятию по мере внедрения единиц СИ (кгс/м2, кгс/см2, мм вод.ст., мм рт.ст., psi). Как видно из рисунка, размеры этих единиц не соответствуют размерам узаконенных единиц. Поэтому помимо последних в период перехода на СИ допускается применение кратных Па единиц с приставками, предусмотренными СИ, размеры которых близки размерам старых единиц. Так, взамен кгс/м2 и
Таблица 1
Наименование единиц |
Па |
бар |
кгс/см2 |
кгс/м2 (мм вод.ст.) |
мм рт.ст. (торр) |
фунт-сила на кв. дюйм |
Ра |
Ваг |
kgf/cm2 |
kgf/m’ (mm H2 О) |
mm Hg (Torr) |
psi |
|
Паскаль |
1 |
1 • 10~s |
1,01972 ■ 10~5 |
1,01972 • 10"1 |
7,50062 • 10"3 |
1,45038 • 10~4 |
Бар |
1-10* |
1 |
1,01972 |
1,01972 • 104 |
7,50062 ■ 102 |
1,45038 • 10 |
Килограмм-сила на квадратный сантиметр |
0,980665 ■ 10s |
0,980665 |
1 |
1-Ю4 |
7,35559 • 102 |
14,2233 * |
Килограмм-сила на квадратный метр (миллиметр водяного столба) |
9,80665 |
0,980665 — 1СГ* |
1 ■ 10"* |
1 |
7.355S9 • 1(T3 |
1,42233 • КГ3 |
Миллиметр ртутного столба (торр) |
1,33322 • 102 |
1,33322 • ЮТ3 |
1,35951 — 10~3 |
13,5951 |
1 |
1,93368 -10"*2 |
Фунт-сила на квадратный дюйм |
6,89476 • 103 |
6,89476 ■ 10~а |
7,03070 — Ю~2 |
7,03070 • 102 |
51,7149 |
1 |
Единицы СИ |
Шкала давлений 6 Па и рекомендуемые значения числовых Величин диапазонов 10» 1 10 10? ТО3 Ю* 105 106 |
Старые единицы |
||||||||||||||||
Наименование |
ОсТозна-чение |
Размер Па |
Размер Па |
Обозначение |
Наименование |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|паскаль |
Па |
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,81 |
кгс/мг |
килограмм-сила на квадратный метр |
||||
| декапаскаль \даПа \ 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
N 9.61 |
кибчд.а |
миллиметр llotiPHOZO столпа |
|||||||
| гектопаскаль |
г Па |
№ |
|
|
|
|
W W |
\\- \\\ |
\\ч |
ч\\ |
|
|
|
|
J |
|
мирт.ст. |
миллиметр ртутного столба |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.В9Ю3 |
psi |
Фунт-сила на квадратный дюйм |
||
|
|
|
|
|
|
• •■•■• |
‘,••■•’■•’ |
|
|
|
|
|
О.Ш105 10* |
кгс/смг dap |
килограмм-сила на квадратный сантиметр dap |
|||
| мегапаскаль- |
МПа |
106 ю-* |
и |
|
|
|
|
|
|
\\\ |
\\^ |
ч\\Ч |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
‘:•"■■•••■ ■.•■•:."-‘;Л-п |
10* |
Kifap |
Kunodap |
||||||||||||||
| гигапаскапь |
ГПа |
10 9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\\\\s |
|
—— \— 1—1— 1—— . |
Еч\\\\\М-7: С
Рис- 2. Диапазоны давления, охватываемые единицей давления (Па) и ее десятичными кратными:
/ — единицы давления, установленные СИ; 2 — единицы давления с приставками, разрушенными СИ; 3 — единицы давления, основанные на единице бар, допускаемые к применению до принятия международного решения; 4 — единицы давления гПа и набор (1 гПа —
= 1 мбар)
мм водхт. целесообразно ввести даПа (1 кгс/м = 1 мм вод.ст. = 1 даПа), а взамен мм рт.ст. — гПа, так как их размеры примерно одного порядка. Особое место среди применяемых в настоящее время единиц занимает единица давления бар, которая. имеет размер, кратный размеру Па (1 бар = 10s
Па), но при этом коэффициент кратности 10s не предусмотрен СИ. К тому же указанная единица имеет собственное наименование и вместе с ее дольными и кратными единицами (мбар, кбар) образует формально не зависимый от Па ряд, что противоречит основным принципам построения СИ. Вместе с тем, единица бар имеет ряд очевидных достоинств. Применение единицы давления бар, сохраняя десятичную кратность к основной единице Па, во многом упрощает переградуировку приборов при изъятии старых единиц (кгс/см2); дольная единица мбар численно равна гПа; кратная единица кбар более удобна при измерениях высоких и сверхвысоких давлений, чем ГПа. Благодаря указанному единицы бар, мбар и кбар находят в настоящее время широкое применение и будут применяться вплоть до принятия соответствующего международного решения.
Контрольный вопрос № 1
Зависит ли размер единицы давления от вида измеряемого давления — абсолютное или избыточное давление, разность давлений? Да или нет?
Если Вы решите, что „да" — см. с. 15; если „нет" — см. с. 16 …