Архив метки: сила

1.2. Единицы измерения давления

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
Ю7  108  109 10’"

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  …