Раздел А. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Приборы для измерения давления (манометры) принадлежат к самой распространенной группе измерительных приборов. Они находят применение в гидравлике, теплотехнике, химии, метеорологии, медицине, т. е. в подавляющем большинстве областей науки и техники.

1.1. Основные понятия и определения

Давлением в данной точке А жидкости (рис. 1.1) называется напряжение сжатия в этой точке, равное

pА = lim	P	,	(1.1)
S →0	S
где S – элементарная площадка,			содержа-

щая точку А; Р – нормальная сжимающая сила, действующая на площадку S.

Давление направлено по нормали к площадке, его величина не зависит от ориентировки площадки в пространстве и является функцией координат точек жидкости: p =f (x, y, z) .

z	Р

A

S

O

y

x

Рис. 1.1. Определение давления

Абсолютный нуль давления соответствует отсутствию сжимающих напряжений в жидкости. Давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называется абсолютным давлением pабс. Примером абсолютного давления может служить атмосферное ра, называемое также барометрическим дав-

лением.

Давление может отсчитываться и от условного нуля, за который принимается давление атмосферного воздуха ра. В этом случае величина давления показывает избыток абсолютного давления pабс над атмосферным

ра и называется избыточным давлением ризб или манометрическим:

ризб = рабс – ра (1.2)

Избыточное давление отрицательно, если абсолютное давление меньше атмосферного, и тогда говорят, что имеет место разрежение или вакуум. За величину разрежения, или вакуума, принимается разница атмосферного и абсолютного давления:

рвак = ра - рабс ,	(1.3)
или
рвак= - ризб .	(1.4)

Максимально возможный в технической жидкости вакуум ограничен величиной, соответствующей при данной температуре давлению насыщен-

7

ного пара жидкости рн.п.:

рвак .max= ра - рн.п.

(1.5)

Давление распределяется в однородной несжимаемой жидкости, покоящейся под действием силы тяжести, в соответствии с основным уравнением гидростатики (рис. 1.2):

pабс = р0 - ρgh ,

(1.6)

где р0 – внешнее давление, действующее на свободную поверхность жидкости; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; h = z0 -

z – глубина погружения рассматриваемой точки.

Давление р0, действующее на свободную поверхность жидкости, передается во все точки покоящейся жидкости по всем направлениям без изменения. В этом определении заключен закон Паскаля.

Из уравнения (1.6) очевидно, что в покоящейся жидкости

	z +	p	= const	(1.7)
		ρ g

и поверхности равного давления представляют собой горизонтальные плоскости (z = const).

Абсолютное давление в произвольной точке жидкости, заполняющей

открытый в атмосферу сосуд, определится по уравнению
pабс = ра + ρgh.	(1.8)
Избыточное давление в этом случае создается только весом жидко-
сти и может быть названо также весовым:
ризб = рвес = ρgh	(1.9)

8

0'	р≈0		0'
	0''	ра	0''
пр	0
h	h
	р >p	п
		h
H	h	0
	z
	М
	z
0			0
	а
0'	р≈0	0'
пр	p0 < pа		ра
h
	0
	h
H	М		ва
		0''	h	0''
	z
0
	б
Рис. 1.2. Геометрическая интерпретация основного
	уравнения гидростатики:

а– для случая р0 > ра; б – случай вакуума (р0 < ра)

Вслучае закрытого сосуда избыточное давление отличается от весового на величину, равную разности между давлением на поверхности жидкости р0 и атмосферным давлением ра :

pизб = pвес +( p0 − pa ) .

(1.10)

Используя формулу (1.9), можно выразить избыточное давление в любой точке жидкости следующими критериями:

–высотой подъема жидкости hпр в присоединенной к сосуду трубке, из которой полностью удален воздух, называемой приведенной высотой;

–высотой подъема жидкости hп в трубке с открытым концом, соединенной с атмосферой, которую называют пьезометрической высотой

(рис.1.2, а).

В случае закрытого сосуда, когда внешнее давление p0, действующее

9

на свободную поверхность жидкости, больше атмосферного давления ра ,

пьезометрическая плоскость 0'' – 0'' (рис. 1.2, а) располагается выше свободной поверхности жидкости на величину

h0	=		p0 − pа		.			(1.11)
				ρg
или				pa − p0
h0	=						,	(1.12)
				ρg

для случая вакуума ( р0 < pa ), когда пьезометрическая плоскость располагается ниже поверхности жидкости (рис. 1.2, б).

1.2. Единицы давления

Единица давления определяется как единица силы, равномерно распределенная по нормальной к ней поверхности с единичной площадью. За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят Паскаль – давление, вызываемое силой 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2. В технике в настоящее время продолжают применять систему единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимается 1 кгс/м2, а также используют единицу давления, не входящую в СИ – техническую атмосферу, равную 1 кгс/ см2. Соотношения между единицами давления системы СИ, МКГСС и другими, часто встречающимися единицами, приведены в прил.1, табл.I.

1.3. Классификация манометров

Манометры принято разделять по следующим признакам:

–по виду измеряемого давления;

–принципу действия;

–классу точности;

–назначению.

По виду измеряемого давления манометры делятся на две группы.

В первую группу входят:

а) манометры для измерения избыточного давления, с верхним пределом измерения от 0,6 до 10000 кгс/см2;

б) вакуумметры для измерения разрежений:

–вакуумметры для измерения разрежений (до – 1,0 кгс/см2);

–мановакуумметры, которые являются манометрами как избыточно-

го (от 0,6 до 24 кгс/см2), так и вакуумметрического (до - 1,0 кгс/см2) давления;

– напорометры – манометры избыточных малых давлений до 0,4 кгс/см2;

10