В чем измеряется давление в системе: единицы измерения, нормы, способ расчета

Единицы измерения давления — техническая информация компании RGC-trade

Соотношение между единицами измерения давления
	МПа	бар	мм.рт.ст.	мм.вд.ст.	атм.	кгс/см2	PSI
1 МПа	1	10	7500,7	1,0197*105	9,8692	10,197	145,04
1 бар	0,1	1	750,07	1,0197*104	0,98692	1,0197	14,504
1 мм.рт.ст.	133,32 Па	1,333*10-3	1	1,35951*101	1,316*10-3	1,359*10-3	0,01934
1 атм.	0,10133	1,0133	760	1,0332*104	1	1,0333	14,696
1 кгс/см2	0,098066	0,98066	735,6	1,00005*104	0,96784	1	14,223
1 PSI	6,8946 кПА	0,068946	51,715	7,0307*102	0,068045	0,070307	1

Расшифровка обозначений:

МПа — мегапаскаль или 106 Па (Паскалей),

1 Па = 1 Н/м²;

мм.рт.ст. — миллиметр ртутного столба;

мм.вд.ст. — миллиметр водяного столба;

атм. — физическая атмосфера;

1 кгс/см² — техническая атмосфера;

PSI (pounds per square inch) — фунт на квадратный дюйм (единица давления, используемая в США и Великобритании).

МПа = 10 кгс/см² (кгс/см² иначе называется атм. или бар.).

1 кПа = 0,01 кгс/см², т.е 100 кПа = 1 кгс/см²

1 мм.вд.ст = 10 Па

выбор начального значения и диапазона изменения

Непременным элементом любого комплекса отопительного оборудования являются манометры и предохранительный клапан, соответственно визуализирующие процесс изменения давления в системе отопления и предохраняющие от превышения им предельно допустимой величины.

Манометры служат для контроля данной величины, фиксации ее отклонений от номинальных значений. Снижение их на 0,02 МПа (0,2 ат) является сигналом для поиска утечек теплоносителя или проверки достаточности давления газа (воздуха) в расширительном бачке. Ввод системы в эксплуатацию предваряется обязательным этапом гидроиспытаний повышенным давлением, выявляющих места потенциальных утечек, подлежащих заблаговременному ремонту.

Какое давление показывает манометр?

Эта физическая величина характеризует степень сжатия среды, в нашем случае – жидкого теплоносителя, закачанного внутрь системы отопления. Измерить любую физическую величину означает сравнить ее с некоторым эталоном. Процесс измерения давления жидкого теплоносителя любым механическим манометром (вакуумметром, мановакуумметром) представляет сравнение его текущей величины в точке размещения прибора с атмосферным давлением, играющим роль эталона измерения.

Чувствительные элементы манометров (трубчатые пружины, мембраны, и др.) сами находятся под действием атмосферы. Наиболее распространенный пружинный манометр имеет чувствительный элемент, представляющий один виток трубчатой пружины (см. поз. рисунка ниже). Верхний конец трубки запаян и связан поводком 4 с зубчатым сектором 5, сцепленным с шестеренкой 3, на вал которой насажена стрелка 2.

Устройство пружинного манометра.

Исходное положение трубки-пружины 1, соответствующее нулю шкалы измерения, определяется деформацией формы пружины давлением атмосферного воздуха, заполняющего корпус манометра. Жидкость, поступающая внутрь трубки 1, стремится дополнительно деформировать ее, поднимая верхний запаянный конец выше на расстояние l, пропорциональное своему внутреннему давлению. Сдвиг конца трубки-пружины преобразуется передаточным механизмом в поворот стрелки.

Угол φ отклонения последней пропорционален разности полного давления жидкости в трубке-пружине 1 и местного атмосферного. Измеренное таким прибором давление называется манометрическим или избыточным. Точкой его отсчета является не абсолютный нуль величины, эквивалентный отсутствию воздуха вокруг трубки 1 (вакуум), а местное атмосферное давление.

Известны манометры, показывающие абсолютное (без вычета атмосферного) давление среды. Сложное устройство плюс высокая цена препятствуют широкому использованию таких приборов в системах отопления.

Величины давлений, указываемых в паспортах любых котлов, насосов, запорной (регулирующей) арматуры, трубопроводов являются именно манометрическими (избыточными). Измеряемая манометрами избыточная величина используется в гидравлических (тепловых) расчетах отопительных систем (оборудования).

Манометры в системе отопления.

Теплоноситель в статическом и динамическом состояниях

Теплоноситель любой системы отопления может находиться в двух состояниях:

• неподвижном (статическом), когда отсутствует нагрев в гравитационной системе (отсутствует естественная циркуляция) или выключен циркуляционный насос в системе с принудительной циркуляцией;
• подвижном (динамическом), вызываемом такими причинами:
  • естественной циркуляцией теплоносителя, побуждаемой градиентом давления вследствие неравномерности прогрева рабочей жидкости вдоль контура гравитационной системы отопления;
  • принудительной циркуляцией теплоносителя, побуждаемой циркуляционным насосом;
  • тепловым расширением теплоносителя, побуждающим его вытеснять воздух/газ из расширительных баков, занимая освободившиеся объемы.

Неподвижный теплоноситель оказывает на внутренние поверхности элементов системы только (гидро)статическое давление, изучаемое гидростатикой. Движущийся теплоноситель характеризуется (гидро)динамическим давлением, изучаемым гидродинамикой. Оно складывается из статической составляющей, затем части, определяемой тепловым расширением жидкости, наконец составляющей, создаваемой т.наз. скоростным напором движущейся жидкости. Далее, рассматривая движущийся нагретый теплоноситель, будем использовать термин рабочее (результирующее) давление.

Составляющие рабочего давления в системе отопления

Гидростатическая составляющая

Определяется конструкцией системы и не зависит от работы циркуляционного насоса. Известны два конструктивных типа систем:

• открытого типа;
• (герметично) закрытого типа.

Два основных конструктивных типа систем отопления.

Теплоноситель открытой системы имеет свободную поверхность внутри расширительного бака, установленного вверху системы для вывода воздушных пузырей. В любой точке такой системы действует статическое давление, равное весу столба жидкости над ней, плюс местное атмосферное давление. Показания манометра, установленного в нижней точке открытой системы, будут максимальными, вблизи свободной поверхности жидкости они будут почти нулевыми.

(Гидро)статическую составляющую удобно измерять в метрах водяного столба (м. вод. ст), учитывая, что столб воды высотой 10 м любого сечения/формы (независимо от числа/длины горизонтальных участков) создает давление на свое основание, равное 1 ат ≈1 бар.

Рассмотрим некоторую открытую систему отопления (теплоноситель неподвижен).

Статическое давление на разных уровнях.

Над верхним манометром расположен водяной столб высотой 6 м –5,5 м = 0,5 м. Показания прибора будут равны 0,05 ат. Над средним манометром одновременно расположены два столба воды. Первый высотой 6 м –2 м =4 м образован вертикальным двухтрубным стояком с радиаторами, второй – трубопроводом расширительного бака и самим баком, высота столба равна 7 м – 2 м = 5 м. Средний манометр покажет 0,5 ат. Над нижним манометром находится столб воды 7 м –0.7 м = 6,3 м. Его показания будут равны 0,63 ат.

Закрытая система оснащена герметичным расширительным бачком, имеющим две камеры (газовую, жидкостную), разделенные эластичной мембраной. Статическое давление неподвижной (установившийся режим) жидкости на мембрану должно уравновешиваться сопротивлением сжатию газа (сжатого воздуха, азота). Начальное статическое давление холодного теплоносителя закрытой системы, устанавливаемое при первоначальном заполнении, должно удовлетворять двум следующим требованиям:

• быть достаточно большим для предотвращения «завоздушивания» системы через элементы, периодически сообщающиеся с атмосферой: воздухоотводчики, предохранительные клапаны, сливные вентили и др.;
• не слишком превышать давление газа внутри мембранного бачка, чтобы заполняющий систему теплоноситель не занял весь его объем. Иначе не останется места, чтобы принять избыточный объем нагретой рабочей жидкости.

Ориентировочно статическое давление залитого холодного теплоносителя принимается равным 1,5-1,6 ат ≈ 1,5-1,6 бара, что соответствует нижней точке системы на «обратке» перед/после насоса (см.рис. ниже). Именно до такой степени сжат азот, закачиваемый в «фирменные» мембранные бачки заводами-изготовителями. Настроечное давления газа бачка следует устанавливать (подкачивая/стравливая газ) ниже гидростатического давления жидкости в месте установки на 0,1 ат≈0,1 бара, чтобы немного жидкости сразу зашло внутрь. Этот объем пригодится, если непрогретый теплоноситель подвергнется внезапному (ночному) охлаждению. Сжатие рабочей жидкости вследствие такого охлаждения при отсутствии теплоносителя внутри бачка неизбежно вызовет «завоздушивание» системы.

Типовое настроечное давление мембранного бачка (нижняя установка).

На выносных флажках показаны величины типовых статических давлений теплоносителя в характерных точках. Мембранный бачок может быть установлен вверху системы. Типовые статические давления теплоносителя, соответствующие верхней установке бачка, показаны на следующем рисунке.

Настроечное давление газа при верхней установке мембранного бачка.

(Гидро)динамическая составляющая

Движение теплоносителя является следствием работы циркуляционного насоса, создающего в любом замкнутом контуре системы отопления градиент (гидро)динамического давления, непрерывно снижающегося от выходного до входного патрубка насоса. Любой насос характеризуется создаваемым напором H, м. Физический смысл напора – приращение энергии жидкости после прохождения рабочей камеры насоса. Практически напор отождествляют с давлением, интерпретируя его как высоту обеспечиваемого насосом вертикального столба воды (измеряется в м. вод.ст).

Любой (сколь угодно малый) выделенный объем жидкости, ограниченный площадками, перпендикулярными направлению движения, со стороны, обращенной к выходному патрубку, оказывается сжатым сильнее, чем со стороны входного патрубка. Силы, создаваемые давлением на противоположные (по ходу контура) стороны объема, оказываются неуравновешенными, жидкость приходит в движение, описываемое уравнением Бернулли – основным уравнением гидродинамики.

Хотя внутри чувствительных элементов манометров жидкость неподвижна, динамическая составляющая добавляет к исходной статической некоторую величину, воспринимаемую приборами как увеличение (гидро)статического давления теплоносителя. Однако данное увеличение маскируется гораздо большей (1,2 – 2,2 бар/°С) составляющей, возникающей при тепловом расширении. Внутренний объем системы характеризуется распределением результирующего рабочего давления теплоносителя, создаваемого статической, динамической, тепловой составляющими.

Тепловая составляющая

Увеличение объема воды при нагревании на 100 °С равно 4 %. Вроде бы немного. Однако отсутствие свободного объема для размещения избытка жидкости вызывает (в абсолютно жесткой системе) рост давления около 3 ат/°С. Значит, нагрев ледяной воды до температуры кипения вызовет рост этой величины порядка 300 ат!

Реальные трубопроводы деформируются при нагреве теплоносителя. Они расширяются, предоставляя нагревающейся жидкости больший объем. Поэтому реальный рост давления оказывается несколько ниже:

• в стальных (медных) трубах – примерно 2, 2 ат/°С;
• в полиэтиленовых (полипропиленовых), металлопластиковых трубах – около 1,2 ат/°С.

Даже неспециалисту очевидна невозможность допускать подобный прирост, вызываемый тепловым расширением воды. Антифризы, кстати, имеют еще больший коэффициент теплового расширения. Избыточный объем горячего теплоносителя принимает внутрь себя мембранный расширительный бачок.

Принцип работы мембранного бачка.

Важно правильно выбирать емкость расширительного бака. Специалисты,занимаясь этим, оперируют довольно сложными формулами. Однако практика проектирования/эксплуатации закрытых систем отопления выработала следующее правило: емкость расширительного бака равна 10 % емкости системы.

Правильно выбранные емкость/место установки расширительного бака обеспечивают прирост давления теплоносителя (при максимальном нагреве) примерно 1-1,5 ат, что дает конечную величину 2,5-3 ат. Важно также настроить предохранительный клапан системы на величину, примерно равную (превышение максимум 10 % !) предельно допустимой для отопительного котла. Обычно она составляет около 3 ат.

Распределение по системе рабочего давления теплоносителя, показываемого манометрами, будет аналогично распределению гидростатической его составляющей: максимальные значения (заведомо большие гидростатических) будут внизу системы отопления, минимальные (также заведомо большие гидростатических) – вверху системы. Это обстоятельство следует учитывать, выбирая место установки расширительного бачка.

Превышение давлением теплоносителя предельной величины

Если процесс эксплуатации сопровождается частыми «подрывами» предохранительного клапана, следует проанализировать возможные причины происходящего:

• заниженная емкость расширительного бачка;
• завышенное настроечное давление газа/воздуха в бачке;
• неправильно выбрано место установки.

Наличие бачка емкостью от 10 % полной емкости системы отопления является практически стопроцентной гарантией исключения первой причины. Впрочем 10 % не являются минимально возможной емкостью. Грамотно спроектированная система может нормально работать и при меньшей величине. Однако определить достаточность емкости бачка сможет только специалист, владеющий методикой соответствующего расчета.

Вторая и третья причины тесно взаимосвязаны между собой. Предположим, что воздух/газ накачан до 1,5 бара, а место установки бачка выбрано вверху системы, где рабочее давление, допустим, всегда ниже 0,5 бара. Газ всегда будет занимать весь объем бачка, а расширяющийся теплоноситель останется снаружи. Внизу системы теплоноситель будет давить на трубы теплообменника котла особенно сильно. Регулярный «подрыв» предохранительного клапана будет обеспечен!

Снижение давления теплоносителя ниже нормы – следствие его утечки

Если значение величины, показываемое при отсутствии циркуляции, снизилось от 0,02 бара, причем давление газа в расширительном бачке нормальное, можно начинать искать утечки жидкости. Хорошо, если они визуально проявляются. Малозаметные мелкие утечки выявляют путем пневмоиспытаний системы. Закачав внутрь сжатый воздух, ожидают появления шипения (свиста) в местах разгерметизации. Обычно они наблюдаются в местах соединений трубопроводов с элементами арматуры и отопительными приборами.
Хорошей профилактикой появлению утечек теплоносителя является опрессовка системы. Так именуются гидроиспытания повышенным давлением. Для заполнения системы водой используется ручной насос, позволяющий плавно поднимать его величину. Подняв ее до определенного уровня, делают паузу на полчаса, контролируя показания манометра. Спад первоначального значения – явный признак утечки, которую вновь ищут визуально или на слух, проводя пневмоиспытания.

Технология проведения опрессовки.

Технологии проведения ремонтов систем отопления постоянно развиваются. Относительно недавно в России получил распространение метод устранения утечек в трубопроводных системах, включая отопительные, основанный на добавлении внутрь системы (посредством насоса) жидкого герметика. Растворяясь в объеме теплоносителя, герметик в местах утечек реагирует с воздухом, образуя прочный уплотняющий слой, ликвидируя любые течи за 1-7 дней (срок определяется размерами дефектов). 
Соотношение герметик/теплоноситель для продукта германской марки BCG равно 1:100. Поэтому ремонт системы емкостью 100-200 л обеспечит всего 1-2 л герметика.

Измерить давление воды в квартире самостоятельно

Вступление

Проблемы с давлением воды, горячей и/или холодной, чаще видны «невооружённым» взглядом. Плохой напор воды виден по слабой струе воды льющейся из крана, по долгому набору воды в ёмкость, по слабому душу. Визуально, менее понятен избыточный напор воды, который тоже может быть в квартирном водопроводе.

Однако не всегда слабое, не нормативное давление воды можно увидеть и почувствовать онлайн. Для споров с управляющими компаниями, а также для подключения некоторых бытовых и сантехнических приборов нужно точно измерить давление воды в квартире. Как это сделать в этой статье.

Примечание: Как мне кажется проблема избыточного напора воды не так актуальна, как недостаток напора. Поэтому в статье будет больше говорить о недостатке давления.

Про давление воды и его измерение – теория

Давление воды или её напор, в теории, показывает насколько может быть поднят столб воды от точки его измерения. Измеряется давление воды в барах. 1 бар давления воды, может поднять её столб на высоту 10 метров. Применительно к водяным насосам, насос в 3 бара, в идеальных условиях, может поднять воду с глубины в 30 метров.

Прибор для измерения давления воды в любой необходимой точки водопроводной сети называется манометр. Он круглой формы со шкалой в барах и стрелкой. Для подключения манометра у него есть специальных вводной штуцер с наружной резьбой.

Примечание: Важно понимать, что давление воды в водопроводе уменьшается по мере движения воды по трубе. Влияют на это уменьшение ряд факторов:

• Сопротивление стенок трубы,
• Повороты трубы;
• Сужения и расширения диаметров труб водопровода;
• Уклоны и подъёмы трассы.

Где измерять давление

Учитывая факторы влияющие на уменьшение давления воды в водопроводе, важно понимать, что давление воды на входе в квартиру может отличаться от давление воды у водоприёмников. Скорее всего это изменение будет незначительным, но будет.

Поэтому, для споров с управляющей компанией нужно измерять давление воды на вводе водопровода в квартиру. Для исследования условий подключения нового бытового или сантехнического прибора нужно измерять давление воды в месте подключения этого прибора.

Например, вы хотите купить стиральную машину, которая может работать только на давлении воды в 1,6 бара. В идеале, измерять давление воды нужно у места подключения стиральной машины, а не на водопроводном вводе.

Три метода самостоятельно измерить давление воды в квартире

Посмотрим на три способа самостоятельно измерить давление воды в вашей квартире.

Метод 1, постоянный

Если установить манометры в вводной водопроводный узел, то вы сможете постоянно контролировать давление воды в системе ГВС и ХВС. Давление воды будет измеряться именно на вводе воды в квартиру.

Устанавливаются манометры на горячий и холодный водопровод, после главных запорных кранов квартиры, после грубого фильтра очистки воды, после обратного клапана, ДО счётчиков учёта расхода воды.

Если в водопроводном узле предусмотренны фильтры тонкой очистки, то манометры лучше поставить после них, а ещё лучше купить тонкие фильтры с манометрами.

несколько манометров в узле

Важно отметить, что обычно, для экономии места и удобства монтажа, манометры ставятся в комплекте с редукторами давления.

манометр с редуктором давления

Примечание: установка редуктора давления не обязывает ставить манометр и наоборот. Это просто удобно.

Метод 2, точный исследовательский метод измерить давление воды в квартире

Для этого способа нужно изготовить контрольный прибор для измерения давления воды.

Не всегда есть возможность установить манометры давления в уже ранее собранный вводной водопроводный узел квартиры. В этом случае, а также для измерения давления у водозабора нужно изготовить простой контрольный прибор.

Для его изготовления понадобиться:

• Манометр на макс. давление 10-25 бар.

Здесь важно понимать, что у манометров могут быть разные присоединительные резьбы штуцеров.

По ГОСТ 2405-88 штуцера манометров должны иметь метрические резьбы (Приложение 4, Таб. 12): М10х1 (D диаметр шкалы=40 мм), М12х1,5 (D шкалы =50, 60, 63 мм), чаще М20х1,5 (D шкалы=100, 150, 160 мм).

Если у вас манометр с резьбой М20х1,5 для его подключения вам понадобится, переходник с метрической резьбы М20х1,5 на трубную дюймовую G½».

Для удобства подключения возможно понадобится удлинитель G½» ВН (внутренняя резьба–наружная резьба). Если наворачивать манометр придётся на водорозетку с наружной резьбой, то нужен удлинитель G½» ВВ (внутренняя резьба–внутренняя резьба).

Далее нужно собрать это устройство, обязательно на льняной уплотнитель или ФУМ–ленту. После сборки можно самостоятельно измерить давление воды в квартире в любом нужном месте.

подключение манометра через тройник

Совет: Для получения более точного давления воды на входе, измеряйте давление воды на водорозетке (или трубе) подвода воды к унитазу. Как правило он ближе всего расположен к распределительному узлу.

Метод 3, совсем приблизительный метод измерить давление воды в квартире

Если вы хотите качественно оценить давление вводы на уровне «хорошо–плохо» попробуйте засечь время набора ёмкости водой.

Например, возьмите 3-х литровую кастрюлю. Наполните её водой при полном открытии крана ХВС или ГВС и замерьте время полного наполнения.

Если время наполнения 3 литровой ёмкости более 8 секунд, давление воды в системе меньше нормативного 0,3 бар. При этом кран не должен иметь аэратор (сетку), а трубы не должны иметь сужений по трассе. Сужение трубопровода значительно увеличивает скорость движения воды и такие измерения будут некорректны.

Примечание

Не забывайте, что превышение давления воды в системе, ещё хуже чем его нехватка. Напомню, что верхний порог ХВС – 6 бар, а ГВС – 4,5 бара.

Вывод

Прочитав статью вы наверняка сможете самостоятельно измерить давление воды в квартире. Успехов.

©elektriksan.ru

Давление в системе отопления

Для того, чтобы теплоноситель распределялся по системе отопления и обеспечивал равномерный обогрев помещений, необходимо поддерживать оптимальный уровень давления.

В качестве единиц измерения используют мегапаскаль (МПа), либо атмосферы (атм или бары). Предельные показатели зависят от прочности теплообменника котла, который является наименее устойчивым элементом отопительной системы. Они могут выдерживать давление до 3 атмосфер, что равняется 0,3 МПа.

Рабочее давление зависит от разновидности отопительной системы. Прежде всего, следует отметить, что давление может быть статическим и динамическим. Статическое не изменяется при колебании температурного режима в системе отопления. Оно замеряется за счет разности высот расположения воды. Примерно на каждые 10 м высоты приходится 1 атм. Динамическое давление создается насосами для движения теплоносителя, а также самим теплоносителем на стенки контура.

При расчете давления в открытой системе отопления, учитывается только статическое, т. к. в ней теплоноситель двигается за счет конвекции, а расширительный бачок сообщается с атмосферой. Также возможно увеличение за счет разницы высот, поэтому котел располагается снизу, а бачок — сверху.

Что касается давления в закрытой системе отопления, то там статическое и динамическое складываются. При этом радиаторы могут размещены параллельно с несколькими трубами, либо одна за другой с одной. В частных домах давление возле насоса составляет примерно 1,5-2,5 атм, а чем дальше от него, тем оно ниже. Здесь расширительный бак является закрытым и двухкамерным. При повышении давления, теплоноситель перемещается из одной камеры в другую. Для работы такой системы необходима установка насоса отопления.

От того, какое давление в системе отопления, зависит не только температура и прогрев помещений, но и работоспособность отопительного контура. Если давление в системе будет слишком низким, то она просто не будет нормально функционировать. Если же оно будет слишком высоким, то возможен прорыв труб или другие повреждения. В таком случае потребуется срочный ремонт или даже установка новой отопительной системы (перечень цен на монтаж отопления представлен на сайте нашей компании).

Есть множество различных причин почему падает давление в системе отопления. К наиболее распространенным относят:

• Трещины и утечки. Поврежденной может быть мембрана расширительного бака или предохранительный клапан. Также давление может снижаться из-за микротрещин в трубах или котле, а также при недостаточно плотном соединении элементов системы;
• Если теплоноситель насыщен воздухом, то затем он удаляется через воздухоотводчик из-за чего и падает давление. Чтобы избежать этого, нужно снижать количество воздуха в воде перед ее заливкой в отопительный контур;
• Особенно остро встает эта проблема при использовании новых алюминиевых радиаторов, которая окисляется при контакте с водой. Со временем вся внутренняя поверхность радиатора покрывается пленкой и выделение кислорода прекращается.

Аналогично, случается и так, что давление в системе растет. Это связано с повышением температуры теплоносителя. Помимо этого, влияет и появление различных заторов, воздушных пробок, засоров из накипи в трубах и фильтре. При неисправности крана в котел может поступать дополнительная жидкость, повышая давление. Еще одной причиной является неправильный монтаж труб (разность диаметра на входе и выходе в теплообменник). Контролировать показатели можно с помощью измерительных приборов (манометров). Дополнительную защиту обеспечит воздухоотводичик и предохранительный клапан (удаляет лишнюю воду при высоком давлении).

Компания KIT-Comfort занимается проектирование и монтажом систем отопления и водоснабжения на объектах различного типа в Ростове-на-Дону. У нас Вы можете заказать теплые полы для кухни, ванной и других помещений, установку канализации или сантехники. Мы работаем качественно и без задержек по срокам, предоставляя гарантию на свои услуги.

Хотите узнать стоимость системы отопления? ЗВОНИТЕ!

Бесплатный Расчет Сметы и Консультация

+7(863)270-93-66

в чем измеряется, какое должно быть давление воды в трубопроводе квартиры, как рассчитать

Содержание:

Система водоснабжения выходит из строя по трем основным причинам – воздействие коррозии, наслоение различных отложений или слишком высокое внутреннее давление. Фактор коррозии в свете последних тенденций можно не рассматривать, поскольку в частном строительстве на сегодняшний день используются преимущественно полимерные изделия, не поддающиеся коррозионному воздействию. Остается лишь две причины, из-за которых водопровод может выйти из строя.

Одной из этих причин является высокое давление в трубах водоснабжения. При покупке труб нужно обязательно изучить приложенную к ним документацию, чтобы знать, при каком рабочем уровне давления их можно эксплуатировать. Помимо риска повреждения труб, превышение давления тесно связано с повышенным расходом воды, поэтому финансовые затраты тоже увеличатся.

Давление воды в водопроводе

Систему водоснабжения можно прокладывать так и самостоятельно, так и при помощи специалистов. Большинство фирм, занимающихся строительством, предлагают свои услуги по монтажу водопровода. Прежде чем согласиться на такой вариант, стоит узнать, насколько качественно были выполнены предыдущие работы этих специалистов.

В любом случае, кто бы ни занимался прокладкой водоснабжения, результат в итоге должен получиться одинаковым – а для этого нужно знать, какое давление должно быть в трубах водоснабжения. Среднее давление, необходимое для работы водопроводных кранов, составляет 0,5 бар. Разумеется, эта величина может слегка варьироваться в зависимости от различных факторов – например, тип трубопровода и материал изготовления труб сильно влияют на давление в системе.

Чтобы система водоснабжения могла нормально функционировать, перед ее обустройством нужно разобраться в принципах ее работы и требованиях, предъявляемых к данному виду систем. Кроме того, нужно точно знать, в чем измеряется давление воды в трубах и как проводить расчет водопроводной системы.

Гидроаккумуляторы и расширительные баки

Проектируя частный дом или жилье на загородном участке, нужно учитывать массу систем помимо водоснабжения. Например, обязательно потребуется система отведения стоков, водопровод с горячей водой, система пожаротушения и прочие. Кроме того, на загородных участках зачастую прокладывается отдельная ветка водопровода, позволяющая поливать сад и огород. О необходимости установки отопления можно вообще не говорить – без нее комфортная жизнь в доме попросту невозможна.

Для функционирования водоснабжения, пожаротушения и фильтрационной системы требуются гидроаккумуляторы, а для остальных систем необходимы расширительные баки. В местах забора воды и на выходе разогретой воды из отопительного оборудования также требуются расширительные баки, которые смогут компенсировать возникающие в системах гидроудары.

Расширительный бак, подключенный к водопроводу с горячей водой, выполняет функцию предохранителя – лишнее давление будет стравливаться именно в него, защищая систему от повреждений. Система пожаротушения использует гидроаккумулятор, да и цель другая – в нем содержится резервная вода, необходимая для тушения пожара. Стандартные бытовые гидроаккумуляторы выдерживают давление до 6 бар.

Особняком стоит отопительная система частного дома. Теплоноситель, находящийся в трубах, проходит путь от выхода из котла до входа через обратный контур. Находясь в котле, теплоноситель разогревается, увеличиваясь в объеме. Как правило, в качестве теплоносителя используется вода, которая при разогреве до рабочей температуры увеличивается в объеме более чем на 3%.

Тепловое расширение жидкости обязательно приведет к повреждению трубопровода, вплоть до полной потери им работоспособности. Чтобы этого не произошло, а также чтобы не возникало падение давления в трубопроводе, систему необходимо дополнительно оснащать расширительным баком, который компенсирует увеличившийся объем теплоносителя.

Разновидности расширительных баков водоснабжения

Существует два вида расширительных баков:

1. Открытые. При использовании таких баков получается открытая отопительная система, работающая в условиях низкого давления. Соединение с атмосферой позволяет теплоносителю свободно выходить из системы и повышает влияние коррозии на металлический трубопровод. Открытые расширительные баки крайне не рекомендуется использовать в отопительных системах.
2. Закрытые. Данный вид расширительного бака, в отличие от предыдущего, можно подключать к трубопроводу в любом месте, поэтому его не нужно утеплять. Все остальные недостатки устройств открытого типа в данном случае неактуальны, поэтому закрытые устройства используются практически повсеместно.

Расширительные баки, подключенные к водоснабжению, обеспечивают конструкции надежную защиту от гидроудара, обычно возникающего в результате аварийного отключения насоса или при резком открытии водозаборного крана. Такая динамическая нагрузка может в несколько раз превысить обычное давление, стабильно находящееся в системе.

Классификация гидроаккумуляторов выглядит точно так же – есть открытые и закрытые устройства. Отрицательные качества открытых баков свойственны и открытым гидроаккумуляторам. Сами по себе гидроаккумуляторы, как следует из их названия, содержат в себе запас жидкости, которую при необходимости можно запустить в систему.

Устройство гидроаккумуляторов

Главным рабочим элементом любого гидроаккумулятора является мембрана, а само устройство работает по следующему принципу:

• В мембранной камере бака находится воздух, который при запуске насоса во время заполнения камеры водой уменьшается в объеме, то есть его давление увеличивается;
• Созданное давление передается на реле, обеспечивающее запуск и отключение насоса;
• Когда давление в системе становится избыточным, реле отключает насос, тем самым останавливая процесс повышения давления;
• Вода в трубопроводе водоснабжения постепенно забирается, и давление стабилизируется, в результате чего реле автоматически запускает насос;
• Нарушение герметичности трубопровода и сопутствующее ему постоянное снижение давление не позволит реле запустить насос заново, а при слишком высоком давлении насос будет отключаться.

При выборе гидроаккумулятора нужно отталкиваться в первую очередь от его объема. Дело в том, что этот показатель напрямую влияет на долговечность устройства – чем чаще приходится срабатывать мембране, тем раньше гидроаккумулятор выйдет из строя.

Как показывает практика, для водопровода, к которому подключено три водозаборных точки, вполне хватает одного гидроаккумулятора объемом 24 л, а для всех остальных случаев подойдет 50-литровый бак. Впрочем, лучше всего перед выбором бака рассчитать его объем, который зависит от количества сантехнических устройств, потребляющих воду.  Читайте также: «Почему гудят водопроводные трубы – причины и способы устранения шума».

Расчет давления воды в трубах

Для расчета водопровода нужно знать, в чем измеряется давление воды в трубопроводе и какие используются обозначения. Максимальное и минимальное значение давления в баке обозначаются как Pmax и Pmin. Разность между этими величинами всегда имеет прямую зависимость от объема воды, которая поступает в систему из гидроаккумулятора. Высокое значение разности двух давлений говорит о том, что КПД бака достаточно высок, но при этом слишком большая разность создает вероятность прорыва мембраны.

Расчет максимального и минимального давления в трубах водоснабжения осуществляется в соответствии со следующими правилами:

1. Усилие в мембранной камере должно быть достаточным для подъема воды на максимальную высоту расположения труб в здании. Например, для системы высотой 10 м требуется давление, равное 1 бар. Чтобы насос запускался, к расчетной величине Pmin нужно прибавлять 0,2 бар, то есть в результате минимальное давление будет равняться 1,2 бар.
2. Чтобы достичь нормального водозабора, нужно измерить расстояние между расположением верхней водозаборной точки и гидроаккумулятором. С учетом перепада давления в кранах, который должен составлять не менее 0,5 бар, получается, что минимальное давление для системы высотой 10 м составляет 1,5 бар.
3. Максимальное давление высчитывается в зависимости от эксплуатационных показателей насоса, гидравлического сопротивления в трубах водоснабжения и стабильности электросети, которая также оказывает влияние на работу насоса.

Такая методика расчета не отличается простотой, но ее можно упростить. Достаточно знать, что разность давления в трубопроводе загородного дома должна находиться в пределах 1-1,2 бар. Если знать это правило, то рассчитать давление в трубопроводах водоснабжения становится очень просто – к минимальному значению прибавляется разность давлений (в рассматриваемом случае итоговое значение максимального давления составляет 2,7 бар).

Специалисты в области прокладки водопроводных сетей советуют при расчете максимального значения давления в системе учитывать мощность насоса, которая должна быть на 30% больше Pmax. То есть, достаточно подобрать насос, который обеспечит минимальный напор воды.

Чтобы измерить давление в трубах водоснабжения, используется обычный манометр. Измерения лучше всего проводить в динамике, когда вода движется по трубам. Для обеспечения корректности замеров стоит открыть хотя бы два крана до упора.

Если динамическое давление на протяжении суток серьезно меняется, то можно говорить о нарушении работы водопровода. Также нужно знать, что значения, полученные при измерении системы горячего водоснабжения, могут сильно отличаться от показаний водопровода, транспортирующего холодную воду.

Немаловажным является и погрешность устройств, используемых для проведения замеров. Достаточно хорошим является класс прибора 0,6, погрешность которого составляет 0,6%. Впрочем, для бытового использования вполне подойдет устройства класса 1,5.

Эксплуатация труб водоснабжения

Любой водопровод требует качественного и регулярного обслуживания. Первым делом система проверяется на герметичность. После устранения протечек, если таковые имеются, необходимо измерить давление в системе при помощи манометра. При замерах должно получиться значение, равное Pmin.

Если результат измерений на 10% ниже, чем минимальное расчетное значение давления, то нужно воспользоваться компрессором и увеличить давление до значения, необходимого для запуска насоса. Когда насос выключился, нужно снова измерить давление, но на этот раз его нужно сравнивать с Pmax при той же погрешности. Остается только открыть и закрыть кран, чтобы удостовериться в корректной работе системы водоснабжения.

Гидравлические удары в трубах водоснабжения

Вода, транспортируемая по трубам, имеет определенную инерцию, поэтому при резкой остановке жидкость начинает уплотняться в результате давления, оказываемого той частью воды, которая продолжает движение. В результате появляется сильная ударная волна, направленная в противоположную току воды сторону.

Для разных материалов скорость распространения ударной волны будет отличаться, но эта величина всегда достаточно опасна. Например, в том случае, если насос прекратил подачу воды в расположенный над ним резервуар, вода устремится вниз и тем самым создаст зону повышенного давления.

Эта зона рано или поздно все же достигнет резервуара, но отразится им в сторону насоса, который из-за гидравлического удара может начать работать в обратную сторону. Даже если установить обратный клапан, проблема все равно будет возникать – уплотненная вода все равно ударит в одну из слабых точек системы.

Чтобы такое явление не возникало, необходимо использовать обратный клапан, время срабатывания которого зависит от времени перемещения воды к резервуару и от него. Получится формула вида T = 2L/V, в которой L – расстояние между насосом и резервуаром, а V – скорость движения ударной волны.

Используя эту формулу и известные значения скорости распространения ударной волны, можно нивелировать воздействие гидроударов на систему водоснабжения. Для уменьшения скорости срабатывания обратных клапанов используются дополнительные клапаны-гасители, за счет которых и обеспечивается защита системы.

Заключение

Правильное давление в трубах водоснабжения – это один из важнейших параметров данной системы, напрямую влияющий на ее эффективность и долговечность. Рассчитывать давление в трубах водоснабжения в квартире и частном доме необходимо, чтобы снизить вероятность повреждения системы и последующего ремонта. 

нормы и способы повысить давление

Для бесперебойного функционирования сантехнических приборов необходимо, чтобы давление воды в водопроводе соответствовало определенному показателю, который обычно рассчитывается индивидуально.

Но верные вычисления не гарантируют, что на практике напор воды будет оптимальным. Владельцы загородных домов чаще всего сталкиваются с проблемой малого напора воды в трубах. Решить ее возможно путем внедрения оборудования.

Предлагаем разобраться, каковы нормы давления в водопроводе частного дома и по каким причинам происходит снижение напора. Предложим действенные методы повышения эффективности водоснабжения. Материал мы дополнили подробными фото инструкциями и видео.

Содержание статьи:

Нормы давления в трубопроводе

Водопроводное давление измеряется в барах. Величина имеет альтернативное название – атмосферная единица. Под напором в 1 бар вода может подняться на высоту 10 м.

В обычно давление составляет 4-4,5 бара, чего хватает для обслуживания многоэтажных домов.

По нормативным документам, в частности указаниям сборника СНиП 2.0401-85, допустимое давление для холодной воды варьируется в пределах от 0.3 до 6 бар, для горячей – от 0.3 до 4.5. Но из этого не следует, что давление в 0.3 атмосферы будет оптимальным. Здесь приведены лишь допустимые границы напора.

Галерея изображений

Фото из

Низкое давление влияет на эксплуатацию

Затруднения с набором воды

Сложность приема процедур

Отключение стиральной машины

Угроза перегорания проточного водонагревателя

Последствия превышения давления

Излишний напор в точках водозабора

Выход из строя электронного управления

Жители частных домов вынуждены рассчитывать давление в водопроводе индивидуально. В случае, если система автономная, напор может превышать допустимые по нормативным документам границы. Он может колебаться в районе 2.5-7.5 бар, а иногда достигать и 10 бар.

Стандартными значениями для нормальной работы системы с считается интервал 1,4 – 2,8 бар, соответствующие заводской установке показателей реле давления.

Если обеспечить чрезмерно высокое давление в системе, то некоторые чувствительные приборы могут выходить из строя или некорректно работать. Поэтому в трубопроводе давление не должно превышать 6.5 бар.

Высокое давление в водопроводе может вызвать протекание трубы, поэтому важно предварительно рассчитывать оптимальный уровень напора самостоятельно

Фонтанирующие артезианские скважины способны выдать напор в 10 бар. Такое давление способны выдержать исключительно приваренные соединения, большинство же фитингов, запорно-регулирующих узлов под его действием разрушаются, в результате чего возникают течи на участках.

Определять, какое необходимо давление воды для нормального функционала водопровода загородного дома, необходимо с учетом используемых бытовых приборов. Некоторые виды сантехнических устройств не работают при низком давлении.

Например, для джакузи необходимо давление 4 бара,  для душа, системы пожаротушения – 1.5 бара, для стиральной машинки – 2 бара. Если предусматривать возможность полива газона, то здесь должен быть сильный напор в 4, иногда – в 6 бар.

Бытовые сантехнические приборы, подсоединенные к водопроводу, способны корректно работать исключительно от определенного давления, которое обычно составляет не меньше 1.5 бара

Оптимальным показателем давления для загородного дома будет отметка в 4 бар. Такого напора хватит для исправной работы всех сантехнических устройств. При этом большинство фитингов, узлов запорно-регулирующей арматуры способны его выдерживать.

Давление в 4 бар может обеспечить далеко не каждая система. Обычно для загородных домов давление в водопроводе составляет 1-1.5 бар, что соответствует самотеку.

Причины низкого напора в водоснабжении

В загородные дома вода в водопроводную сеть поступает из  или .

Если система полностью автономна, то для создания нужного напора нужно учитывать два момента:

• необходимость обеспечения подъема воды;
• важно производить верно гидравлический расчет и правильно его реализовать на практике – обеспечить необходимое давление в удаленных от водосбора точках и точках, располагающихся на разной высоте.

Из этого вытекает две основные проблемы индивидуальных водопроводов:

1. Не хватает ресурсов скважины – дебит отверстия не позволяет поддерживать нормальное давление, а , следовательно, повысить напор.
2. Воды в скважине достаточно много, поэтому насосы могут нагнетать высокое давление (до 6 бар), что может привести к разрывам соединений, протечкам, быстрому износу оборудования.

В первом случае насосы качают жидкость, создавая ее циркуляцию до возникновения определенного давления, однако со временем оно ослабевает. Во втором случае нужно подобрать насос с  производительностью, которая равна суточной норме потребления воды.

От дебита скважины напрямую зависит напор воды в трубопроводе и ее литраж, поставляемый за одну откачку

Тем не менее, большинство владельцев частных домов волнует вопрос, как грамотно повысить давление в собственном водопроводе, а не понизить его, ведь необходимым дебитом для создания высокого давления обладают лишь некоторые артезианские скважины.

Большинство же отверстий генерируют слабый напор воды, а то и вовсе не способны производить какое-либо давление.

Если в доме используются стандартные бытовые приборы, то достаточно поднять давление до 2.3-2.5 бар – этого волне хватит для их бесперебойного одновременного функционирования с хорошим напором. Если предусмотрена джакузи или система полива, то здесь необходимо более высокое давление.

Для измерения давление используется прибор манометр. Его покупают отдельно и встраивают на точке входа воды в дом. Также туда же устанавливают счетчик воды. Некоторое оборудование идет в комплектации с манометром. Например, обогревательный котел, если предусматривается ГСВ.

Принцип регулировки давления водопроводных сетей частных домов такой же, как и автономной системы, отличается сеть лишь размерами

Простой манометр имеет шкалу от 0 до 7, что позволяет установить его в квартире, частном доме.

Методы повышения давления в системе

Если давление в водопроводе низкое, то причина может заключаться в следующем:

1. Вода в трубопроводе есть, но отсутствует напор.
2. Вода в трубопроводе отсутствует на верхних этажах.

Для решения первой проблемы необходимо внедрить в систему , для решения второй – установить накопительную станцию.

Прежде чем внедрять технические средства в систему водоснабжения, следует сначала проверить сеть на предмет засорения:

Галерея изображений

Фото из

Проверка фильтра грубой очистки

Прочистка аэратора водопроводного крана

Контроль состояния запорной арматуры

Распространенная причина — трубы

#1: Внедрение насоса для повышения давления

Если вода в трубопроводе присутствует, но нет напора, то устанавливают нагнетательный насос. Также устройство можно внедрить в случае, если нет напора в квартире с централизованным отоплением.

Причина отсутствия давления может заключаться в следующем:

• скважина располагается отдаленно дома;
• мощности базового насоса не хватает, чтобы обеспечить подачу воды на верхние этажи.

Насос обычно монтируют на входе в домашнюю трубопроводную сеть перед коллектором или первым тройником.

Существует один недостаток центральных насосов – они создают разряжение, то есть могут качать насыщенную воздухом воду. Обычный нагнетательный центробежным насос чувствителен к содержанию воздуха в жидкости, поэтому стоит отдать предпочтение вибрационным модификациям.

Водяной насос работает от электродвигателя. Внутренний элемент вращается, тем самым увеличивая давление в трубах. Корпус прибора обычно выполнен из прочного пластика

Для установки прибора в многоквартирном доме важно выбрать модификацию верной мощности, иначе владелец “прокачанного” водопровода будет понижать давление в соседних квартирах. Рекомендуется ставить насос на трубу, ведущую к конкретному бытовому прибору.

В общем случае насос врезают в общую трубу, которая отвечает за подачу воды в квартиру или дом. Сам прибор довольно компактный и стоит недорого.

Галерея изображений

Фото из

Устройство для поддержки давления

Конструкция и принцип действия

Регулировка редуктора давления

Редуктор давления с рукояткой и шкалой

#2: Основные виды нагнетательных насосов

Существуют модели с сухим и мокрым ротором (проточные). Элементы насоса с мокрым ротором смазывает проходящая жидкость. Устройства этого класса не требуют дополнительного обслуживания, если изначально их подключить правильно.

Электрический насос, в отличие от вибрационного, устанавливается между водопроводом и источником воды

Хорошей мощностью обладает насос с сухим ротором, но он нуждается в регулярном обслуживании, выдает негромкие звуки при работе, напоминающие писк комара. Детали его ограждены водостойкой заслонкой, поэтому придется раз в месяц чистить прибор.

По типу работы насосы делятся на следующие виды:

• насос, повышающий давление в ручном режиме и имеющий ручное управление. Модель постоянно работает, автоматических переключателей не имеет. У прибора несложная понятная для простых обывателей конструкция; чаще всего устройство используется в системах “теплый пол”;
• автоматический насос – запускается лишь при включении крана или бытовых приборов. После их закрытия отключается.

Автоматический насос стоит дороже ручного, потребляет немного энергии, оперативно реагирует на изменения в давлении и сегодня является наиболее востребованным.

Выбрать нагнетательный насос довольно просто.

Важно определить следующее:

• на горячую или холодную воду будет устанавливаться прибор;
• необходимый уровень напора – чем выше показатель, тем большим будет давление в системе.

Соответственно, чем выше напор, тем больше необходимо мощности и пропускной способности оборудования.

Не менее важно выбрать нагнетательный насос с учетом бренда, поскольку в случае поломки не каждая ремонтная служба возьмется приводить в порядок модель производства неизвестной фирмы. Самые известные и всеми признанные производители – Грундфос, Wilo, Sprut. Каждая фирма специализируется на выпуске разных модификаций прибора.

Насос Wilo PB-401SEA предназначен для повышения напора в водопроводных сетях жилищного хозяйства. Может устанавливаться как на всасывающий, так и на подающий участок

Например, Грундфос выпускает циркуляционные насосы небольшого объема, Wilo разрабатывают модели со встроенным гидроаккумулятором.

Чтобы подключить циркуляционный нагнетательный насос нужно:

1. Перекрыть воду на участке.
2. Выпустить воду из трубопровода и системы в целом.
3. Отрезать часть трубы, в которой будет производиться установка.
4. Прикрепить фитинги и насадки на места стыков.
5. Врезать оборудование в водопровод.

Также допустимо использовать полипропиленовый или резиновый шланг для упрощения монтажа. В современных циркуляционных насосах такие трубы идут в комплекте.

#3: Повышение давления накопительным баком

Когда в доме трубопроводы стоят без воды или в случае, если на нижнем этаже вода присутствует, а до верхних не доходит, необходимо приобретать накопительную насосную станцию. Также ее внедряют в систему тогда, когда сетевое давление меньше 0.2 бара, а расход меньше 2 л/м.

Любая насосная станция работает по одному принципу. Монтируют ее в точке сопряжения внешней или внутренней ветки домашней трубопроводной сети

Принцип ее работы следующий. Насос закачивает жидкость в станцию (бак или гидроаккумулятор), который работает под давлением 1.5-2 бара. Вода поступает до момента, когда в баке появится напор в 1.5 или 2 бара. Если станция оборудована , то создаваемое давление может быть на порядок выше.

После генерации необходимого давления, насосная станция отключается автоматически.

В конструкцию накопительной станции внедрены специальные датчики давления. При падении напора до 1.5 бар главный насос включается, при возрастании до определенной отметки отключается.

Система с насосом и накопительным баком имеет множество узлов, что затрудняет ее самостоятельный монтаж. Чтобы оборудование работало правильно и бесперебойно, лучше обратиться к специалистам (+)

Насос в станции может быть одного из двух видов –  или вибрационным.

По типу всасывания различают:

• конструкции со съемным эжектором – способны генерировать давление в 5 бар. Эжектор погружают в скважину, а сам бак может располагаться дома, поскольку при работе практически не шумит. Преимущественно используется станция в случаях, если источник воды располагается глубоко, а ее недостатком является чувствительность к механическим элементам – песку, грязи и др.
• оборудование со встроенным эжектором – подходит для неглубоких (до 8 метров) скважин и колодцев, эффективно работает в грязной воде, не чувствительно к попаданию воздуха, но отличается высоким уровнем шума, поэтому обычно его устанавливают в специальных пристройках.

Модели с накопительным баком отличаются экономичностью (запуск происходит при опустошении бака), но имеют множество недостатков: генерируют малый напор, обладают большими габаритами, есть вероятность разрыва, в результате чего помещение может затопить.

Станции с накопительным баком сегодня практически не используют. На замену им пришли модели с гидроаккумулятором. Они обладают небольшими размерами, не шумят при работе.

Установить прибор можно в подвале, подсобке, отдельной пристройке. При этом минимизирован риск протечек. Но гидроаккумулятор имеет небольшой запас емкости (около 25 л) и его не используют для скважин с малым дебитом.

Насосные станции нередко используются в сложно-разветвленных и протяженных водопроводах в качестве повысительного оборудования, перекачивающего воду из накопительного бака в точкам водоразбора

Также разделяют станции на поверхностные (когда насос располагается на земле) и погружные (устройство погружается в воду), последние условно делятся на колодезные и скважинные.

Для повышения уровня напора воды в квартирном трубопроводе насосные станции не используют в силу особенностей конструкции и шума при работе.

Несмотря на свою внушительную стоимость, насосная станция имеет ряд неоспоримых преимуществ:

• возможно установить любое желаемое давление в доме, что позволит использовать любые сантехнические приборы, в том числе и те, которые требуют для функционирования высокого давления;
• подача воды будет бесперебойной даже в случае, если она отсутствует в центральной магистрали (благодаря наличию накопительного бака).

Существуют у системы недостатки — она громоздкая, занимает много места.

Важно верно определить объем накопительной емкости. Берут эту величину с учетом среднесуточной нормы расхода воды. Если семья состоит из 3-4 человек, то в сутки хватит примерно 500 л воды.

При расчетах также важно учитывать, что воду время от времени нужно обновлять, чтобы избежать появления бактерий.

Если воды в баке достаточно (или давление в системе падает), то автоматически запускается насос, который нагнетает необходимое давление в сети, а после достижения определенной отметки отключается

Важно своевременно и регулярно производить очистку накопительной емкости, поскольку в ней скапливаются болезнетворные бактерии. Препятствуют их размножению небольшие мешочки с техническим серебром, помещенные вовнутрь бака.

Следует помнить, что на переливной трубе не должно быть запорной арматуры. Если поплавковый клапан выйдет из строя, то через нее будет происходить отвод воды.

Также необходимо установить байпас, чтоб в случае поломки станции была возможность отключить систему без полного отключения водоснабжения.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик №1. Как подобрать электрическую станцию. В видеоролике можно узнать об особенностях выбора электрической станции с гидроаккумулятором:

Ролик №2. Видео описывает основные моменты при установке нагнетательного насоса:

Как видим, поднять давление в водопроводе несложно. Для решения задачи используется нагнетательный насос или специальная насосная станция. Если монтаж насоса возможно осуществить своими силами, то доверить установку станции следует профессионалам.

У вас есть личный опыт по улучшению давления в водопроводе? Хотите поделиться действенными методами или задать вопросы по теме? Пожалуйста, оставляйте комментарии – форма для отзывов расположена ниже.

Давление в системе отопления частного дома

Любая магистраль отопления является технически сложным механизмом, исправная работа которого зависит от многих факторов. Ее эксплуатация будет весьма хлопотной, если допустить ошибки во время проектирования, выбора и установки котла, монтажа трубопровода. Кроме этого, важно знать, какое давление в системе отопления.

Измерение давления в системе отопления частного дома

Данный показатель является одним из наиболее важных параметров, обеспечивающих нормальное функционирование оборудования, эффективную теплопередачу и продолжительный срок службы механизмов. Вопросом о величине напора и о том, как его стабилизировать, исключив «скачки», задаются жильцы как многоквартирных домов, так и частных.

Немного общей информации

Для понимания сути вопроса разберемся с теорией. Начнем с видов давления:

• Статический напор теплоносителя. На величину данного параметра влияет высота столба теплоносителя в состоянии покоя и то, с какой силой она давит на элементы отопительного оборудования. Выполняя расчеты, помните, что высота 10 метров создает 1 атмосферу.
• Давление динамическое. Основным, но не единственным источником величины, является циркуляционный насос. К возникновению приводит движение энергоносителя по магистрали и его воздействие на элементы конструкции изнутри.
• Рабочее давление в системе отопления является совокупностью величин предыдущих видов. Соблюдение данного параметра обеспечит продолжительную и безаварийную работу отопительного оборудования.

Циркуляционный насос источник динамического давления

Наибольшая нагрузка приходится на котел (на его водяную рубашку), который располагается на нижнем уровне. В тех случаях, когда котельная в доме оборудована на крыше, наибольший напор приходится на трубопроводную сеть в самой нижней части.

По мере нагревание теплоносителя в состоянии покоя давление воды в системе возрастает за счет увеличения объема воды. Очень высокая отметка достигается при использовании циркуляционного насоса, когда образуется динамический напор, необходимый для циркуляции теплоносителя по контуру. Но в случае с магистралью открытого типа часть воды свободно перетекает в специальный бак и этого не происходит.

Важно помнить, что для объективной оценки ситуации измерять силу напора необходимо в самой нижней точке контура, где еще на стадии проектирования следует предусмотреть монтаж манометров.

Какое значение давления считают нормой

Стабильное количество атмосфер в магистрале способствует сокращению уровня теплопотерь и тому, что циркулирующий теплоноситель имеет практически ту же температуру, до которой он был нагрет котлом.

О том, каким должно быть давление, необходимо говорить с учетом того, о какой системе отопления идет речь. Варианты:

Давление в системе отопления частного дома. При открытом способе устройства отопления расширительный бак является сообщающим звеном между системой и атмосферой. Даже при участии циркуляционного насоса количество атмосфер в баке будет равно атмосферному давлению, и манометр покажет 0 Бар.

Давление в системе многоэтажного дома. Характерная черта устройства отопления в многоэтажных зданиях — высокий статический напор. Чем высота дома выше, тем и количество атмосфер больше: в 9-тиэтажном здании — 5-7 Атм, в 12-тиэтажках и более высоких — 7-10 Атм, при этом величина напора в подающей магистрали 12 Атм. Поэтому необходимо наличие мощных насосов с сухим ротором.

Схема отопления многоэтажного дома

Давление в закрытой системе отопления. Ситуация с закрытой магистралью несколько сложнее. В данном случае искусственно увеличивается статическая составляющая для повышения эффективности работы оборудования, а также исключения проникновения воздуха. Необходимое давление в системе отопления частного дома рассчитывается путем умножения на 0,1 перепада между наивысшей и низшей точками в метрах. Это показатель статического напора. Прибавив к нему 1,5 Бар, получаем необходимое значение.

Таким образом, давление в системе отопления в частном доме при устройстве закрытого контура должно находится в пределах 1,5-2 атмосфер. Критичным считается показатель за пределами диапазона, а при достижении отметки 3 велика вероятность аварии (разгерметизация магистрали, выход из строя агрегатов).

Да, большой напор позволяет улучшить работу оборудования, но следует учитывать технические характеристики установленного котла. Некоторые модели выдерживают 3 Бар, но большинство рассчитано на 2, а в некоторых случаях на 1,6 Бар. Важно, настраивая оборудование, добиться показателя в холодной системе на 0,5 Бар ниже заявленного в паспорте значения. Так удастся избежать постоянного срабатывания клапана сброса давления.

Важно помнить, что измерять напор воды в системе отопления или пытаться его регулировать в отдельно взятой квартире бессмысленно. Единственное, что зависит от владельцев жилплощади, — выбор батарей и диаметра труб в трубопроводе. Например, чугунные не рекомендуется использовать, так как они выдерживают только 6 Бар. А использование труб большего диаметра приведет к снижению напора во всей отопительной системе дома. При переезде в квартиру со старым отоплением лучше сразу замените все возможные элементы.

Еще одним параметром, влияющим на величину напора в любой магистрали отопления, является температура теплоносителя. В смонтированный и закрытый контур закачивается определенное количество холодной воды, что обеспечивает минимальное давление. После нагревания произойдет расширение субстанции и увеличение количества атмосфер. Поэтому регулируя температуру нагревания воды, вы можете контролировать напор в контуре. Сегодня компании, занимающиеся отопительным оборудованием, предлагают использовать оборудование с гидроаккумуляторами (расширительный бак). Они не дают увеличиться напору, аккумулируя энергию внутри себя. Как правило, они включаются в работу при достижении отметки в 2 атмосферы.

Распределение температур и давления в многоквартирном доме

Важно регулярно проверять гидроаккумулятор, дабы вовремя его опорожнять. Нелишней будет и установка предохранительного клапана, который можно задействовать при давлении 3 Атм и заполненном баке, чтобы избежать аварии.

Как поднять или снизить давление в отопительной системе

Следить за манометром нужно регулярно. Он имеет несколько зон:

• Белая зона — напор падает.
• Зеленый сектор — показатель в норме.
• Красная зона — увеличение количества атмосфер.

Когда давление начало «скакать», необходимо найти два клапана: нагнетания и стравливания. Как правило, они находятся не конкретно на котле, а рядом с агрегатом. При недостаточном количестве теплоносителя откройте клапан нагнетания. После нормализации показателя закройте кран. Для стравливания запаситесь емкостью, куда будет стекать лишняя вода из контура. Параметр нормализовался? Закрутите вентиль.

Но в некоторых ситуациях могут понадобиться куда более серьезные меры, и самое важное в данном вопросе — найти первопричину перепадов.

Группа безопасности на отопление: манометр, воздухоотводчик, обратный клапан

Существует несколько распространенных причин, по которым показатели давления в трубах отопления начинают «скакать». Наиболее часто случается утечка теплоносителя в местах соединения элементов или в результате повреждения трубопровода. О неисправности «сообщит» падение статического напора. При этом показатель нужно измерять при отключенном циркуляционном насосе. Для проверки контура на герметичность используют разные способы в зависимости от конструктивных особенностей.

В многоэтажных домах с центральным отоплением схема работы следующая:

• Перед каждым отопительным сезоном для проверки магистрали на герметичность используется холодная вода.
• Прорывы следует искать в случае, когда за 30 минут напор снизился на 0,06 МПа и более или за 120 минут было отмечено снижение на 0,02 МПа.
• После проверки холодной водой в систему запускается горячий теплоноситель под максимальным для оборудования давлением.

Пластиковый трубопровод проверяется так:

• Температура воды и окружающей среды одинаковая. Разница станет причиной роста параметра и тогда при наличии утечки ее не удастся выявить.
• Напор, в 1,5 раза превышающий нормативное значение, выдерживается 30 минут. При необходимости его подкачивают.
• Затем показатель резко понижается до отметки в два раза ниже рабочего. При таких условиях система работает полтора часа. Рост показателей свидетельствует о расширении труб и герметичности конструкции.

Опрессовка системы отопления

В некоторых случаях для проверки герметичности используется воздух. Сначала сливается весь теплоноситель, а затем в трубопровод закачивается воздух. Данный способ удобен при проверке отопительного контура в небольших домах.

Когда статический показатель в норме, поломку нужно искать в котельном оборудовании.

Основными причинами, которые могут снизить давление, являются:

• Физический износ оборудования, заводской брак или непрофессиональная профилактическая промывка — причины, которые приводят к образованию микротрещин в теплообменнике.
• Образование большого объема накипи, что часто случается в регионах с жесткой водой. В данном случае поможет установка дополнительных фильтров.
• Гидроудар, приведший к неисправности битермического теплообменника.
• Нарушение целостности расширительного бака.
• Поломка регулятора напора.

Выявив причину возникновения перепадов, необходимо как можно скорее принять меры, дабы избежать аварии:

• Треснула мембрана расширительного бака: замена поврежденного элемента или полностью емкости в зависимости от модели оборудования.
• Неправильный расчет необходимого напора в расширительной емкости и ее вместительности: установка нужного оборудования после повторного расчета.
• Появление воздушных пробок: давление в котле понижается путем удаления воздуха из контура или замены автоматического воздухоотводчика.
• Вода снаружи попадает в отопительный контур: замена арматуры, которая отделяет отопление от водопровода.

Вывод

Итак, регулируя напор в работающей системе отопления, вы можете влиять на эффективность обогрева помещения и на продолжительность эксплуатационного срока конструктивных элементов.

Контроль давления в отопительной системе дома

Большое значение имеет правильность расчетов, а оборудование магистрали должно быть качественно смонтировано и проверено, что предполагает пробный запуск и настройку.

В случае использования автономного отопления необходимо следить, чтобы рабочее давление оставалось в диапазоне 0,7-1,5 Атм. В многоквартирном доме органом, регулирующим эффективность работы отопления, являются коммунальные службы и многое зависит от этажности здания, степени износа оборудования, батарей и трубопровода.

Наличие расширительного бака — обязательное условие оборудования системы любого типа. Его наличие позволит снижать напор по мере необходимости, что минимизирует вероятность гидроударов.

Профилактическая чистка труб от накипи должна проводиться каждые 2-3 года, а в регионах с очень жесткой водой обязательно необходимо устанавливать дополнительные фильтры.

Видео по теме:

Обзор измерения давления

— NI

Различные условия измерения, диапазоны и материалы, используемые в конструкции датчика, приводят к разнообразию конструкций датчиков давления. Часто вы можете преобразовать давление в некоторую промежуточную форму, такую ​​как смещение, путем определения величины отклонения диафрагмы, расположенной на одной линии с жидкостью. Затем датчик преобразует это смещение в электрический выходной сигнал, такой как напряжение или ток. Зная площадь диафрагмы, вы можете рассчитать давление.Датчики давления упакованы со шкалой, которая обеспечивает способ преобразования в инженерные единицы.

Тремя наиболее универсальными типами датчиков давления являются мостовые (тензометрические), емкостные и пьезоэлектрические.

Мостовая

Из всех датчиков давления наиболее распространены датчики на основе моста Уитстона (тензодатчики), поскольку они предлагают решения, отвечающие различным требованиям к точности, размеру, прочности и стоимости. Мостовые датчики могут измерять абсолютное, манометрическое или дифференциальное давление как при высоком, так и при низком давлении.Они используют тензодатчики для определения деформации диафрагмы, подверженной приложенному давлению.

Рис. 2. Поперечное сечение типичного мостового датчика давления [1]

Когда изменение давления вызывает отклонение диафрагмы, на тензорезисторе индуцируется соответствующее изменение сопротивления, которое можно измерить с помощью кондиционированной системы сбора данных. Вы можете прикрепить тензодатчики из фольги непосредственно к диафрагме или к элементу, который механически соединен с диафрагмой.Иногда используются кремниевые тензодатчики. В этом методе вы травите резисторы на кремниевой подложке и используете передающую жидкость для передачи давления от диафрагмы к подложке.

Емкостные датчики давления

Преобразователь давления с переменной емкостью измеряет изменение емкости между металлической диафрагмой и неподвижной металлической пластиной. Емкость между двумя металлическими пластинами изменяется, если расстояние между этими двумя пластинами изменяется из-за приложенного давления.

Рисунок 3. Емкостной датчик давления [2]

Пьезоэлектрические датчики давления

Пьезоэлектрические датчики полагаются на электрические свойства кристаллов кварца, а не на резистивный мостовой преобразователь. Эти кристаллы генерируют электрический заряд, когда они напряжены. Электроды передают заряд от кристаллов к усилителю, встроенному в датчик. Эти датчики не требуют внешнего источника возбуждения, но они восприимчивы к ударам и вибрации.

Рисунок 4. Пьезоэлектрический преобразователь давления [2]

Датчики давления с кондиционированием

Датчики, включающие в себя интегральные схемы, например усилители, называются датчиками с усилением. Эти типы датчиков могут быть сконструированы с использованием мостовых, емкостных или пьезоэлектрических преобразователей. В случае мостового датчика с усилителем, устройство само обеспечивает резисторы завершения и усиление, необходимое для измерения давления непосредственно с помощью устройства сбора данных.Хотя возбуждение все же должно быть обеспечено, точность возбуждения менее важна.

Манометрическое давление, абсолютное давление и измерение давления

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите избыточное и абсолютное давление.
• Понимать работу анероидных барометров и барометров с открытой трубкой.

Если вы прихрамываете на заправочной станции с почти спущенной шиной, вы заметите, что манометр на авиалинии показывает почти ноль, когда вы начинаете заправлять ее.Фактически, если бы в вашей шине было зияющее отверстие, датчик показывал бы ноль, даже если в шине существует атмосферное давление. Почему датчик показывает ноль? Здесь нет ничего загадочного. Манометры просто предназначены для считывания нуля при атмосферном давлении и положительного значения, когда давление выше атмосферного.

Точно так же атмосферное давление увеличивает кровяное давление во всех частях кровеносной системы. (Как отмечалось в Принципе Паскаля, полное давление в жидкости — это сумма давлений из разных источников, в данном случае сердца и атмосферы.) Но атмосферное давление не оказывает общего влияния на кровоток, поскольку оно увеличивает давление, выходящее из сердца и возвращающееся в него. Важно то, насколько кровяное давление на больше атмосферного. Таким образом, измерения артериального давления, как и давления в шинах, производятся относительно атмосферного давления.

Короче говоря, манометры очень часто игнорируют атмосферное давление, то есть считывают ноль при атмосферном давлении. Поэтому мы определяем манометрическое давление как давление относительно атмосферного давления.Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

Манометрическое давление

Манометрическое давление — это давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

Фактически, атмосферное давление действительно увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер. Это происходит из-за принципа Паскаля. Общее давление или абсолютное давление , таким образом, является суммой манометрического давления и атмосферного давления: P _абс = P _г + P _атм где P _абс абсолютное давление, P _g — избыточное давление, а P _атм — атмосферное давление.Например, если ваш манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм (фунта на квадратный дюйм), то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм ( P _атм фунтов на квадратный дюйм) или 48,7 фунта на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

Абсолютное давление

Абсолютное давление — это сумма манометрического и атмосферного давления.

По причинам, которые мы рассмотрим позже, в большинстве случаев абсолютное давление в жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление равно нулю.(Отрицательное абсолютное давление — это притяжение.) Таким образом, минимально возможное манометрическое давление составляет P _г = — P _атм (это делает P _абс нулем). Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Существует множество устройств для измерения давления, от шинных манометров до манжет для измерения кровяного давления. Принцип Паскаля имеет большое значение в этих устройствах. Непрерывная передача давления через жидкость обеспечивает точное дистанционное измерение давления.Дистанционное зондирование часто удобнее, чем установка измерительного устройства в систему, например в артерию человека. На рис. 1 показан один из многих типов механических манометров, используемых сегодня. Во всех механических манометрах давление представляет собой силу, которая преобразуется (или преобразуется) в некоторый тип считывания.

Рис. 1. В этом анероидном манометре используются гибкие сильфоны, соединенные с механическим индикатором для измерения давления.

Весь класс манометров использует свойство, заключающееся в том, что давление, обусловленное весом жидкости, определяется как P = hρg .Рассмотрим, например, U-образную трубку, показанную на рисунке 2. Эта простая трубка называется манометром . На рисунке 2 (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы. Таким образом, атмосферное давление одинаково снижается с каждой стороны, поэтому его эффект нивелируется. Если жидкость глубже с одной стороны, давление на более глубокой стороне больше, и жидкость течет от этой стороны до тех пор, пока глубины не сравняются.

Давайте посмотрим, как манометр используется для измерения давления. Предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления P _abs , например, к игрушечному воздушному шарику на Рисунке 2 (b) или к банке с арахисом в вакуумной упаковке, показанной на Рисунке 2 (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. На рисунке 2 (b) P _abs больше атмосферного давления, тогда как на рисунке 2 (c) P _abs меньше атмосферного давления. В обоих случаях P _abs отличается от атмосферного давления на величину hρg , где ρ — плотность жидкости в манометре. На рисунке 2 (b) P _abs может поддерживать столб жидкости высотой h , и поэтому он должен оказывать давление на hρg выше атмосферного (манометрическое давление P _g равно положительный).На рисунке 2 (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой h , и поэтому P _abs меньше атмосферного давления на величину hρg (манометрическое давление P _g отрицательный). Манометр с одной стороной, открытой в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление составляет P _g = hρg и определяется путем измерения h .

Рисунок 2.Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и поток будет идти с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление P _g = hρg, передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления P _g на величину hρg. Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Манометры

Mercury часто используются для измерения артериального давления. Надувная манжета надевается на плечо, как показано на рисунке 3. Сжимая грушу, человек, производящий измерение, оказывает давление, которое передается в неизменном виде как на главную артерию руки, так и на манометр. Когда это приложенное давление превышает кровяное давление, кровоток под манжетой прекращается. Затем человек, производящий измерение, медленно снижает приложенное давление и ожидает возобновления кровотока.Артериальное давление пульсирует из-за перекачивающего действия сердца, достигая максимума, называемого систолическим давлением , и минимума, называемого диастолическим давлением , с каждым ударом сердца. Систолическое давление измеряется по значению h , когда кровоток впервые начинается при понижении давления в манжете. Диастолическое давление измеряется по отметке h , когда кровь течет без перебоев. Типичное артериальное давление молодого взрослого человека поднимает ртуть до высоты 120 мм при систолическом и 80 мм при диастолическом.Обычно это 120 на 80 или 120/80. Первое давление соответствует максимальной мощности сердца; второй — из-за эластичности артерий в поддержании давления между ударами. Плотность ртутной жидкости в манометре в 13,6 раз больше, чем у воды, поэтому высота жидкости будет 1 / 13,6 от высоты водяного манометра. Эта уменьшенная высота может затруднить измерения, поэтому ртутные манометры используются для измерения более высоких давлений, например артериального давления.Плотность ртути такова, что 1,0 мм рт. Ст. = 133 Па.

Систолическое давление

Систолическое давление — это максимальное артериальное давление.

Диастолическое давление

Диастолическое давление — это минимальное кровяное давление.

Рис. 3. При обычных измерениях артериального давления надувная манжета надевается на плечо на том же уровне, что и сердце. Кровоток определяется сразу под манжетой, и соответствующие значения давления передаются на манометр, заполненный ртутью.(Источник: фотография армии США специалиста Мики Э. Клэра, 4-й этаж BCT)

Пример 1. Расчет высоты мешка для внутривенного вливания: артериальное давление и внутривенные инфузии

Внутривенные инфузии обычно производятся с помощью силы тяжести. Предполагая, что плотность вводимой жидкости составляет 1,00 г / мл, на какой высоте следует разместить мешок для внутривенного вливания над точкой входа, чтобы жидкость просто попадала в вену, если артериальное давление в вене на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного. ? Предположим, что мешок для внутривенных вливаний складной.

Стратегия для (а)

Для того, чтобы жидкость просто попала в вену, ее давление на входе должно превышать артериальное давление в вене (на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного давления). Поэтому нам нужно найти высоту жидкости, которая соответствует этому манометрическому давлению.

Решение

Сначала нам нужно преобразовать давление в единицы СИ. Поскольку 1,0 мм рт. Ст. = 133 Па,

[латекс] P = \ text {18 мм рт. Ст.} \ Times \ frac {\ text {133 Па}} {1.0 \ text {мм рт. Ст.}} = \ Text {2400 Па} \\ [/ latex]

Перестановка P _g = hρg для h дает [латекс] h = \ frac {{P} _ {\ text {g}}} {\ mathrm {\ rho g}} \\ [/ латекс].{2} \ right)} \\ & = & \ text {0,24 м.} \ End {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Мешок для внутривенных вливаний должен быть размещен на высоте 0,24 м над точкой входа в руку, чтобы жидкость просто попала в руку. Обычно мешки для внутривенных вливаний размещаются выше. Возможно, вы заметили, что мешки, используемые для сбора крови, размещаются под донором, чтобы кровь могла легко течь от руки к сумке, что является противоположным направлением потока, чем требуется в представленном здесь примере.

Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления.Ртутный барометр показан на рисунке 4. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что hρg = P _атм . Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает, давая важные подсказки синоптикам. Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.В таблице 1 приведены коэффициенты пересчета для некоторых наиболее часто используемых единиц давления.

Рис. 4. Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, hρg , равно атмосферному давлению. Атмосфера способна вытеснить ртуть в трубке на высоту х , потому что давление над ртутью равно нулю.

Сводка раздела

• Манометрическое давление — это давление относительно атмосферного давления.
• Абсолютное давление — это сумма манометрического и атмосферного давления.
• Анероидный манометр измеряет давление с помощью сильфона и пружины, соединенного со стрелкой калиброванной шкалы.
• Манометры с открытой трубкой имеют U-образную форму трубки, один конец которой всегда открыт.Он используется для измерения давления.
• Ртутный барометр — это прибор, измеряющий атмосферное давление.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, почему жидкость достигает одинакового уровня с обеих сторон манометра, если обе стороны открыты для атмосферы, даже если трубы имеют разный диаметр.

2. На рис. 3 показано, как выполняется обычное измерение артериального давления. Влияет ли опускание манометра на измеряемое давление? Каков эффект от поднятия руки над плечом? Каков эффект наложения манжеты на верхнюю часть ноги, когда человек стоит? Объясните свои ответы с точки зрения давления, создаваемого весом жидкости.

3. Учитывая величину типичного артериального давления, почему для этих измерений используются ртутные, а не водяные манометры?

Задачи и упражнения

1. Найдите манометр и абсолютное давление в баллоне и банке с арахисом, показанных на рисунке 2, при условии, что манометр, подключенный к баллону, использует воду, а манометр, подключенный к банке, содержит ртуть. Выразите в сантиметрах воды для баллона и миллиметрах ртутного столба для сосуда, приняв h = 0.0500 м на каждую.

Рис. 2. Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и поток будет идти с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление P _g = hρg , передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления P _g на величину hρg .Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

2. (a) Преобразуйте нормальные показания артериального давления 120 на 80 мм рт. Ст. В ньютоны на метр в квадрате, используя соотношение для давления, обусловленного весом жидкости [латекс] \ left (P = {h \ rho g} \ right ) \\ [/ latex], а не коэффициент преобразования. (б) Обсудите, почему артериальное давление у младенца может быть ниже, чем у взрослого. В частности, учитывайте меньшую высоту, на которую необходимо перекачивать кровь.

3. Какой высоты должен быть манометр, заполненный водой, для измерения артериального давления до 300 мм рт. Ст.?

4. Скороварки существуют уже более 300 лет, хотя в последние годы их использование сильно сократилось (ранние модели имели неприятную привычку взрываться). Какое усилие должны выдерживать защелки, удерживающие крышку на скороварке, если круглая крышка имеет диаметр 25,0 см, а манометрическое давление внутри составляет 300 атм? Не обращайте внимания на вес крышки.

5. Предположим, вы измеряете кровяное давление стоящего человека, поместив манжету на его ногу на 0,500 м ниже сердца. Вычислите давление, которое вы бы наблюдали (в мм рт. Ст.), Если бы давление в сердце было 120 на 80 мм рт. Ст. Предположим, что нет потери давления из-за сопротивления в системе кровообращения (разумное предположение, поскольку основные артерии большие).

6. Подводная лодка застряла на дне океана с люком на глубине 25,0 м.Рассчитайте усилие, необходимое для открытия люка изнутри, учитывая, что он круглый и имеет диаметр 0,450 м. Давление воздуха внутри подлодки — 1,00 атм.

7. Предполагая, что велосипедные шины идеально гибкие и выдерживают вес велосипеда и водителя только за счет давления, вычислите общую площадь контакта шин с землей. Велосипед плюс райдер имеет массу 80,0 кг, а манометрическое давление в шинах составляет 3,50 × 10 ⁵ Па.

Глоссарий

абсолютное давление:

сумма манометрического давления и атмосферного давления

диастолическое давление:

минимальное артериальное давление в артерии

избыточное давление:

давление относительно атмосферного

систолическое давление:

максимальное артериальное давление в артерии

Избранные решения проблем и упражнения

1.Воздушный шар:

P _г = 5,00 см H ₂ O,

P _абс = 1.035 × 10 ³ см H ₂ O

Банка:

P _г = -50,0 мм рт. Ст.,

P _абс = 710 мм рт.

3. 4.08 м

5. [латекс] \ begin {array} {} \ Delta P = \ text {38,7 мм рт. Ст.,} \\ \ text {Кровяное давление в ноге} = \ frac {\ text {159}} {\ text {119} } \ end {array} \\ [/ latex]

7.22,4 см ²

14.2 Измерение давления — Университетская физика, том 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определение избыточного и абсолютного давления
• Объясните различные методы измерения давления
• Понимание работы открытых барометров
• Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления для жидкости в гидростатическом равновесии.Как оказалось, это очень полезный расчет. Измерения давления важны в повседневной жизни, а также в научных и инженерных приложениях. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Предположим, что манометр на полном акваланге показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри резервуара превышает атмосферное давление снаружи резервуара.Воздух продолжает выходить из резервуара до тех пор, пока давление внутри резервуара не сравняется с давлением атмосферы вне резервуара. В этот момент манометр на резервуаре показывает ноль, даже если давление внутри резервуара фактически составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха вне резервуара.

Большинство манометров, таких как датчик на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления от таких манометров называются манометрическим давлением , то есть давлением относительно атмосферного давления.Когда давление внутри резервуара превышает атмосферное давление, манометр показывает положительное значение.

Некоторые манометры предназначены для измерения отрицательного давления. Например, многие физические эксперименты должны проводиться в вакуумной камере, жесткой камере, из которой откачивается часть воздуха. Давление внутри вакуумной камеры меньше атмосферного, поэтому манометр на камере показывает отрицательное значение.

В отличие от манометрического давления, абсолютное давление соответствует атмосферному давлению , которое фактически увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Абсолютное давление

Абсолютное давление или полное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

где

— абсолютное давление,

— манометрическое давление, а

—

— атмосферное давление.

Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (

фунтов на квадратный дюйм) или 48.7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

В большинстве случаев абсолютное давление жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, минимально возможное избыточное давление составляет

.

(что составляет

ноль). Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Измерение давления

Для измерения давления используется множество устройств, от шинных манометров до тонометров.Многие другие типы манометров обычно используются для проверки давления жидкостей, например, механические манометры. Мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.

Любое свойство, которое известным образом изменяется в зависимости от давления, можно использовать для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензодатчики, которые используют изменение формы материала под давлением; емкостные манометры, в которых используется изменение электрической емкости из-за изменения формы под давлением; пьезоэлектрические манометры, которые создают разность напряжений на пьезоэлектрическом материале под разницей давления между двумя сторонами; и ионные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в сильно вакуумированных камерах.Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на (Рисунок).

Рисунок 14.11 (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной и той же цели: для измерения внутреннего давления в шинах. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик — это высокочувствительное устройство, используемое для контроля давления газов в замкнутой системе. Молекулы нейтрального газа ионизируются за счет высвобождения электронов, и ток преобразуется в показания давления. Ионизационные датчики обычно используются в промышленных приложениях, в которых используются вакуумные системы.

Манометры

Один из наиболее важных классов манометров обладает тем свойством, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется как

.

.U-образная трубка, показанная на (Рисунок), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, позволяя атмосферному давлению равномерно снижаться с каждой стороны, чтобы его эффекты нейтрализовались.

Манометр, только одна сторона которого открыта в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление

и находится путем измерения h . Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления

.

, например, баллон в части (b) рисунка или банку с арахисом в вакуумной упаковке, показанную в части (с).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. В части (б),

больше атмосферного давления, тогда как в части (c)

меньше атмосферного давления. В обоих случаях

отличается от атмосферного давления на

где

— плотность жидкости в манометре.В части (б),

может поддерживать столб жидкости высотой х , поэтому он должен оказывать давление

давление выше атмосферного (манометрическое давление

положительный). В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой h , поэтому

меньше атмосферного давления на

(манометрическое давление

отрицательно).

Рисунок 14.12 Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление.

, передаваемый на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h. (c) Аналогичным образом, атмосферное давление выше отрицательного манометрического давления

.

на сумму

.Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Барометры

Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления. Барометр (см. (Рисунок)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Евангелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 году, состоит из стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такая, что

. Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает.

Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто указываемого как барометрическое давление), поскольку повышение уровня ртути обычно означает улучшение погоды, а падение ртути указывает на ухудшение погоды.Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.

Рисунок 14.13 Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление из-за веса ртути,

, соответствует атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.

Пример

Высота жидкости в открытой U-образной трубе

U-образная трубка с обоими открытыми концами заполнена жидкостью плотностью

на высоту х с обеих сторон ((рисунок)). Жидкость плотностью

наливается на одну сторону, а жидкость 2 оседает поверх жидкости 1. Высота на двух сторонах разная. Высота до верха Liquid 2 от границы раздела

, а высота до верха Liquid 1 от уровня границы раздела

.Выведите формулу для разницы в высоте.

Рисунок 14.14 Две жидкости разной плотности показаны в U-образной трубке.

Стратегия

Давление в точках на одинаковой высоте по обе стороны U-образной трубки должно быть одинаковым, пока эти две точки находятся в одной и той же жидкости. Поэтому мы рассматриваем две точки на одном уровне в двух рукавах трубки: одна точка — это граница раздела на стороне жидкости 2, а другая — точка в рукаве с жидкостью 1, которая находится на том же уровне, что и интерфейс в другой руке.Давление в каждой точке обусловлено атмосферным давлением плюс вес жидкости над ним.

Решение

Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одинаковой высоте, давление в двух точках должно быть одинаковым. Следовательно, имеем

Следовательно,

Это означает, что разница в высоте с двух сторон U-образной трубы составляет

.

Результат будет понятен, если мы установим

, что дает

Если две стороны имеют одинаковую плотность, они имеют одинаковую высоту.

Проверьте свое понимание

Ртуть — опасное вещество. Как вы думаете, почему ртуть обычно используется в барометрах вместо более безопасной жидкости, такой как вода?

[показывать-ответ q = ”fs-id1170958618402 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id1170958618402 ″]

Плотность ртути в 13,6 раза больше плотности воды. Для измерения давления атмосферы требуется примерно 76 см (29,9 дюйма) ртутного столба, тогда как для измерения давления потребуется примерно 10 м (34 фута).) воды.

[/ hidden-answer]

Единицы давления

Как указывалось ранее, единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), где

Помимо паскаля, широко используются многие другие единицы измерения давления ((рисунок)). В метеорологии атмосферное давление часто описывается в миллибарах (мбар), где

Миллибар — удобная единица измерения для метеорологов, потому что среднее атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет

.

.Используя уравнения, полученные при рассмотрении давления на глубине в жидкости, давление также можно измерить в миллиметрах или дюймах ртутного столба. Давление на дне столба 760 мм рт. Ст. На

в контейнере, в котором откачана верхняя часть, равно атмосферному давлению. Таким образом, 760 мм рт. Ст. Также используется вместо давления в 1 атмосферу. В лабораториях физики вакуума ученые часто используют другую единицу, называемую торр, названную в честь Торричелли, который, как мы только что видели, изобрел ртутный манометр для измерения давления.Один торр равен давлению 1 мм рт.

9.1 Давление газа — Химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определить свойство давления
• Определение и преобразование единиц измерения давления
• Описать работу обычных инструментов для измерения давления газа
• Рассчитать давление по данным манометра

Атмосфера Земли оказывает давление, как и любой другой газ. Хотя обычно мы не замечаем атмосферное давление, мы чувствительны к его изменениям — например, когда ваши уши «хлопают» во время взлета и посадки во время полета или когда вы ныряете под водой.Давление газа вызывается силой, действующей при столкновении молекул газа с поверхностями объектов (рис. 1). Хотя сила каждого столкновения очень мала, любая поверхность значительной площади подвергается большому количеству столкновений за короткое время, что может привести к высокому давлению. Фактически, нормальное давление воздуха достаточно велико, чтобы раздавить металлический контейнер, если он не уравновешен равным давлением внутри контейнера.

Рис. 1. Атмосфера над нами оказывает сильное давление на объекты на поверхности земли, примерно равное весу шара для боулинга, давящего на область размером с ноготь человека.

В этом коротком видеоролике представлена ​​наглядная иллюстрация атмосферного давления, на которой показан взрыв железнодорожной цистерны при понижении внутреннего давления.

Кратко объясняется демонстрация этого явления в меньшем масштабе.

Атмосферное давление создается за счет веса столба молекул воздуха в атмосфере над объектом, например цистерной. На уровне моря это давление примерно такое же, как у взрослого африканского слона, стоящего на коврике, или обычного шара для боулинга, опирающегося на большой палец руки.Это может показаться огромным, и это так, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле поместите шар для боулинга на ноготь большого пальца руки, испытанное давление будет вдвое обычного давления, и ощущение будет неприятным. 2 [/ латекс]

Даже несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее фигуриста, он оказывает меньше половины давления и, следовательно, с меньшей вероятностью упадет через тонкий лед.2 [/ латекс]

Рис. 2. Хотя (а) вес слона большой, что создает очень большую силу на земле, (б) фигуристка оказывает гораздо большее давление на лед из-за небольшой площади поверхности ее коньков. (кредит а: модификация работы Гвидо да Роззе; кредит б: модификация работы Рёске Яги)

Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па) , при этом 1 Па = 1 Н / м ² , где Н — ньютон, единица силы, определяемая как 1 кг м / с ² .Один паскаль — это небольшое давление; во многих случаях удобнее использовать единицы килопаскаль (1 кПа = 1000 Па) или бар (1 бар = 100000 Па). В Соединенных Штатах давление часто измеряется в фунтах силы на площади в один квадратный дюйм — фунтов на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью прибора атмосфера (атм) , который первоначально представлял среднее атмосферное давление на уровне моря на приблизительной широте Парижа (45 °).В таблице 1 представлена ​​некоторая информация об этих и некоторых других распространенных единицах измерения давления

Пример 1

Преобразование единиц давления
Национальная метеорологическая служба США сообщает давление как в дюймах ртутного столба, так и в миллибарах. Преобразуйте давление 29,2 дюйма рт. Ст. В:

(а) торр

(б) атм

(c) кПа

(d) мбар

Решение
Это проблема преобразования единиц измерения. Соотношения между различными единицами измерения давления приведены в таблице 1.

(a) [латекс] 29.2 \; \ rule [0.5ex] {2.2em} {0.1ex} \ hspace {-2.2em} \ text {in Hg} \ times \ frac {25.4 \; \ rule [0.25ex ] {1.2em} {0.1ex} \ hspace {-1.2em} \ text {mm}} {1 \; \ rule [0.25ex] {0.6em} {0.1ex} \ hspace {-0.6em} \ text { in}} \ times \ frac {1 \; \ text {torr}} {1 \; \ rule [0.25ex] {2em} {0.1ex} \ hspace {-2em} \ text {мм рт. ст.}} = 742 \ ; \ text {torr} [/ latex]

(b) [латекс] 742 \; \ rule [0.5ex] {1.8em} {0.1ex} \ hspace {-1.8em} \ text {torr} \ times \ frac {1 \; \ text {atm}} {760 \; \ rule [0.25ex] {1.2em} {0.1ex} \ hspace {-1.2em} \ text {torr}} = 0.976 \; \ text {atm} [/ latex]

(c) [латекс] 742 \; \ rule [0.5ex] {1.8em} {0.1ex} \ hspace {-1.8em} \ text {torr} \ times \ frac {101.325 \; \ text {kPa}} {760 \; \ rule [0.25ex] {1.0em} {0.1ex} \ hspace {-1.0em} \ text {torr}} = 98.9 \; \ text {kPa} [/ latex]

(d) [латекс] 98.9 \; \ rule [0.5ex] {1.9em} {0.1ex} \ hspace {-1.9em} \ text {kPa} \ times \ frac {1000 \; \ rule [0.25ex] {0.9em} {0.1ex} \ hspace {-0.9em} \ text {Pa}} {1 \; \ rule [0.25ex] {1.1em} {0.1ex} \ hspace {-1.1em} \ text {кПа }} \ times \ frac {1 \; \ rule [0.25ex] {0.9em} {0.1ex} \ hspace {-0.9em} \ text {bar}} {100 000 \; \ rule [0.25ex] {1.0em} {0.1ex} \ hspace {-1.0em} \ text {Pa}} \ times \ frac {1000 \; \ text { mbar}} {1 \; \ rule [0.25ex] {1.0em} {0.1ex} \ hspace {-1.0em} \ text {bar}} = 989 \; \ text {mbar} [/ latex]

Проверьте свои знания
Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба, килопаскалях и барах?

Ответ:

0,974 атм; 740 мм рт. 98,7 кПа; 0,987 бар

Мы можем измерить атмосферное давление, силу, действующую со стороны атмосферы на земную поверхность, с помощью барометра (рис. 3).Барометр представляет собой стеклянную трубку, которая закрыта с одного конца, заполнена нелетучей жидкостью, такой как ртуть, а затем перевернута и погружена в контейнер с этой жидкостью. Атмосфера оказывает давление на жидкость за пределами трубки, столб жидкости оказывает давление внутри трубки, а давление на поверхности жидкости одинаково внутри и снаружи трубки. Следовательно, высота жидкости в трубке пропорциональна давлению, оказываемому атмосферой.

Рис. 3. В барометре высота столба жидкости h используется как измерение давления воздуха.Использование очень плотной жидкой ртути (слева) позволяет создавать барометры разумного размера, тогда как для использования воды (справа) потребуется барометр более 30 футов в высоту.

Если жидкостью является вода, нормальное атмосферное давление будет поддерживать столб воды высотой более 10 метров, что довольно неудобно для изготовления (и считывания) барометра. Поскольку ртуть (Hg) примерно в 13,6 раз плотнее воды, ртутный барометр должен быть [латекс] \ frac {1} {13.6} [/ латекс] высотой с водяной барометр — более подходящий размер.Стандартное атмосферное давление в 1 атм на уровне моря (101 325 Па) соответствует столбу ртути высотой около 760 мм (29,92 дюйма). торр изначально задумывался как единица измерения, равная одному миллиметру ртутного столба, но теперь не соответствует точно. Давление, оказываемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление , p :

.

[латекс] p = h \ rho g [/ латекс]

, где h — высота жидкости, ρ — плотность жидкости, а g — ускорение свободного падения.

Пример 2

Расчет барометрического давления
Покажите расчет, подтверждающий утверждение о том, что атмосферное давление около уровня моря соответствует давлению, оказываемому столбом ртути высотой около 760 мм. Плотность ртути = 13,6 г / см ³ .

Раствор
Гидростатическое давление определяется как p = hρg , при h = 760 мм, ρ = 13,6 г / см ³ и г = 9.5 \; \ text {Pa} \ end {array} [/ latex]

Проверьте свои знания
Вычислите высоту водяного столба при 25 ° C, который соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре составляет 1,0 г / см ³ .

Манометр — устройство, подобное барометру, которое может использоваться для измерения давления газа, находящегося в контейнере. Манометр с закрытым концом представляет собой U-образную трубку с одним закрытым плечом, одним плечом, которое соединяется с измеряемым газом, и нелетучей жидкостью (обычно ртутью) между ними.Как и в случае с барометром, расстояние между уровнями жидкости в двух рукавах трубки ( х на диаграмме) пропорционально давлению газа в баллоне. Манометр с открытым концом (рис. 4) аналогичен манометру с закрытым концом, но одно из его рукавов открыто для атмосферы. В этом случае расстояние между уровнями жидкости соответствует разнице давлений между газом в емкости и атмосферой.

Рисунок 4. Манометр можно использовать для измерения давления газа.(Разница в высоте) между уровнями жидкости ( х ) является мерой давления. Обычно используется ртуть из-за ее большой плотности.

Пример 3

Расчет давления с помощью манометра с закрытым концом
Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом, как показано справа. Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:

(а) торр

(б) Па

(в) бар

Раствор
Давление газа равно столбу ртути высотой 26.4 см. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 26,4 см ртутного столба.) Мы могли бы использовать уравнение p = hρg , как в Примере 2, но проще просто преобразовать единицы, используя Таблицу 1.

(a) [латекс] 26.4 \; \ rule [0.5ex] {2.8em} {0.1ex} \ hspace {-2.8em} \ text {cm Hg} \ times \ frac {10 \; \ rule [0.25ex ] {2.5em} {0.1ex} \ hspace {-2.5em} \ text {мм рт. Ст.}} {1 \; \ rule [0.25ex] {2.5em} {0.1ex} \ hspace {-2.5em} \ text {мм рт. Ст.}} \ Times \ frac {1 \; \ text {torr}} {1 \; \ rule [0.25ex] {2.5 em} {0.1ex} \ hspace {-2.5em} \ text {мм рт. ст.}} = 264 \; \ text {torr} [/ latex]

(b) [латекс] 264 \; \ rule [0.5ex] {1.7em} {0.1ex} \ hspace {-1.7em} \ text {torr} \ times \ frac {1 \; \ rule [0.25ex] {1.3em} {0.1ex} \ hspace {-1.3em} \ text {atm}} {760 \; \ rule [0.25ex] {1.3em} {0.1ex} \ hspace {-1.3em} \ text {torr }} \ times \ frac {101,325 \; \ text {Pa}} {1 \; \ rule [0.25ex] {1.3em} {0.1ex} \ hspace {-1,3em} \ text {atm}} = 35 200 \; \ text {Па} [/ латекс]

(c) [латекс] 35,200 \; \ rule [0.5ex] {1.2em} {0.1ex} \ hspace {-1.2em} \ text {Pa} \ times \ frac {1 \; \ text {bar}} {100,000 \; \ rule [0.25ex] {1em} { 0,1ex} \ hspace {-1em} \ text {Pa}} = 0,352 \; \ text {bar} [/ latex]

Проверьте свои знания
Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:

(а) торр

(б) Па

(в) бар

Ответ:

(а) ~ 150 торр; (б) ~ 20 000 Па; (в) ~ 0.20 бар

Пример 4

Расчет давления с помощью манометра с открытым концом
Давление пробы газа измеряется на уровне моря с помощью ртутного манометра с открытым концом, как показано справа. Определите давление газа в:

(а) мм рт. Ст.

(б) атм

(c) кПа

Раствор
Давление газа равно гидростатическому давлению столба ртути высотой 13.7 см плюс давление атмосферы на уровне моря. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 13,7 см ртутного столба плюс атмосферное давление.)

(a) В мм рт. Ст. Это: 137 мм рт. Ст. + 760 мм рт. Ст. = 897 мм рт. Ст.

(b) [латекс] 897 \; \ rule [0.5ex] {3em} {0.1ex} \ hspace {-3em} \ text {мм рт. Ст.} \ Times \ frac {1 \; \ text {atm}} { 760 \; \ rule [0.25ex] {2.5em} {0.1ex} \ hspace {-2.5em} \ text {мм рт. Ст.}} = 1.2 \; \ text {кПа} [/ латекс]

Проверьте свои знания
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано справа. Определите давление газа в:

(а) мм рт. Ст.

(б) атм

(c) кПа

Ответ:

(а) 642 мм рт. (б) 0,845 атм; (c) 85,6 кПа

Измерение артериального давления

Артериальное давление измеряется с помощью устройства, называемого сфигмоманометром (греч. sphygmos = «пульс»).Он состоит из надувной манжеты для ограничения кровотока, манометра для измерения давления и метода определения, когда кровоток начинается и когда он становится затрудненным (рис. 5). С момента своего изобретения в 1881 году он был незаменимым медицинским устройством. Существует много типов сфигмоманометров: ручные, для которых требуется стетоскоп и которые используются медицинскими работниками; ртутные, когда требуется наибольшая точность; менее точные механические; и цифровые, которые можно использовать после небольшого обучения, но у них есть ограничения.При использовании сфигмоманометра манжету надевают вокруг плеча и накачивают до тех пор, пока кровоток полностью не блокируется, а затем медленно отпускают. Когда сердце бьется, кровь, проходящая через артерии, вызывает повышение давления. Это повышение давления, при котором начинается кровоток, составляет систолическое давление — пиковое давление в сердечном цикле. Когда давление в манжете сравняется с артериальным систолическим давлением, кровь течет мимо манжеты, создавая слышимые звуки, которые можно услышать с помощью стетоскопа.За этим следует снижение давления, поскольку желудочки сердца готовятся к новому удару. Поскольку давление в манжете продолжает снижаться, звук в конце концов перестает быть слышным; это диастолическое давление — наименьшее давление (фаза покоя) в сердечном цикле. Единицы измерения артериального давления тонометра выражаются в миллиметрах ртутного столба (мм рт. Ст.).

Рис. 5. (a) Медицинский техник готовится измерить артериальное давление пациента с помощью сфигмоманометра. (b) Типичный сфигмоманометр использует резиновую грушу с клапаном для надувания манжеты и диафрагменный манометр для измерения давления.(кредит а: модификация работы магистра-сержанта Джеффри Аллена)

Метеорология, климатология и атмосферные науки

На протяжении веков люди наблюдали облака, ветры и осадки, пытаясь определить закономерности и сделать прогнозы: когда лучше сажать и собирать урожай; безопасно ли отправляться в морское путешествие; и многое другое. Сейчас мы сталкиваемся со сложными проблемами, связанными с погодой и атмосферой, которые окажут серьезное влияние на нашу цивилизацию и экосистему. Несколько различных научных дисциплин используют химические принципы, чтобы помочь нам лучше понять погоду, атмосферу и климат.Это метеорология, климатология и атмосферная наука. Метеорология — это изучение атмосферы, атмосферных явлений и атмосферных воздействий на погоду Земли. Метеорологи стремятся понять и предсказать погоду в краткосрочной перспективе, что может спасти жизни и принести пользу экономике. Прогнозы погоды (рис. 6) являются результатом тысяч измерений атмосферного давления, температуры и т.п., которые собираются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.

Рисунок 6. Метеорологи используют карты погоды для описания и предсказания погоды. Области высокого (H) и низкого (L) давления сильно влияют на погодные условия. Серые линии представляют собой места постоянного давления, известные как изобары. (кредит: модификация работы Национального управления океанических и атмосферных исследований)

С точки зрения погоды, системы низкого давления возникают, когда атмосферное давление на земной поверхности ниже, чем в окружающей среде: влажный воздух поднимается и конденсируется, образуя облака.Движение влаги и воздуха в пределах различных погодных фронтов провоцирует большинство погодных явлений.

Атмосфера — это газовый слой, окружающий планету. Атмосфера Земли, имеющая толщину примерно 100–125 км, состоит примерно на 78,1% азота и 21,0% кислорода и может быть подразделена на области, показанные на рисунке 7: экзосфера (наиболее удаленная от Земли,> 700 км над уровнем моря) , термосфера (80–700 км), мезосфера (50–80 км), стратосфера (второй нижний уровень нашей атмосферы, 12–50 км над уровнем моря) и тропосфера (до 12 км над уровнем моря, примерно 80% земной атмосферы по массе и слой, в котором происходит большинство погодных явлений).По мере того, как вы поднимаетесь в тропосфере, плотность и температура воздуха снижаются.

Рис. 7. Атмосфера Земли состоит из пяти слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

Климатология — это изучение климата, усредненных погодных условий за длительные периоды времени с использованием атмосферных данных. Однако климатологи изучают закономерности и эффекты, которые происходят в течение десятилетий, столетий и тысячелетий, а не более короткие временные рамки в часы, дни и недели, как метеорологи.Атмосферная наука — это еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.

Газы оказывают давление, то есть силу на единицу площади. Давление газа может быть выражено в единицах СИ — паскаль или килопаскаль, а также во многих других единицах, включая торр, атмосферу и бар. Атмосферное давление измеряется с помощью барометра; другие давления газа можно измерить с помощью одного из нескольких типов манометров.

• [латекс] P = \ frac {F} {A} [/ латекс]
• [латекс] p = h \ rho g [/ латекс]

Химия: упражнения в конце главы

1. Почему острые ножи более эффективны, чем тупые (подсказка: подумайте об определении давления)?
2. Почему у некоторых небольших мостов есть ограничения по весу, которые зависят от количества колес или осей у проезжающего транспортного средства?
3. Почему лучше кататься или ползать животом, чем ходить по замерзшему пруду?
4. Типичное атмосферное давление в Реддинге, Калифорния, составляет около 750 мм рт.Вычислите это давление в атм и кПа.
5. Типичное барометрическое давление в Денвере, штат Колорадо, составляет 615 мм рт. Что это за давление в атмосферах и килопаскалях?
6. Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба и килопаскалях?
7. Канадские манометры имеют маркировку в килопаскалях. Какое значение на таком манометре соответствует 32 фунтам на квадратный дюйм?
8. Во время высадки викингов на Марс атмосферное давление было определено в среднем около 6.50 миллибар (1 бар = 0,987 атм). Что это за давление в торр и кПа?
9. Давление атмосферы на поверхности планеты Венера составляет около 88,8 атм. Сравните это давление в фунтах на квадратный дюйм с нормальным давлением на Земле на уровне моря в фунтах на квадратный дюйм.
10. Каталог медицинских лабораторий описывает давление в баллоне газа как 14,82 МПа. Какое давление у этого газа в атмосферах и торр?
11. Рассмотрите этот сценарий и ответьте на следующие вопросы: В середине августа на северо-востоке США в местной газете появилась следующая информация: атмосферное давление на уровне моря 29.97 дюймов, 1013,9 мбар.

    (а) Какое было давление в кПа?

    (b) Давление у побережья на северо-востоке США обычно составляет около 30,0 дюймов рт. Ст. Во время урагана давление может упасть примерно до 28,0 дюймов рт. Ст. Рассчитайте падение давления в торр.

12. Почему необходимо использовать нелетучую жидкость в барометре или манометре?
13. Давление пробы газа измеряется на уровне моря манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть.Определите давление газа в:

    (а) торр

    (б) Па

    (в) бар

14. Давление пробы газа измеряется манометром с открытым концом, частично показанным справа. Жидкость в манометре — ртуть. Предполагая, что атмосферное давление составляет 29,92 дюйма рт. Ст., Определите давление газа в:

    (а) торр

    (б) Па

    (в) бар

15. Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом.Предполагая, что атмосферное давление составляет 760,0 мм рт. Ст., Определите давление газа в:

    (а) мм рт. Ст.

    (б) атм

    (c) кПа

16. Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом. Предполагая, что атмосферное давление составляет 760 мм рт. Ст., Определите давление газа в:

    (а) мм рт. Ст.

    (б) атм

    (c) кПа

17. Как использование летучей жидкости повлияет на измерение газа с помощью манометров открытого типа по сравнению сзакрытые манометры?

Глоссарий

атмосфера (атм)

ед. Давления; 1 атм = 101,325 Па

бар

(бар или б) единица давления; 1 бар = 100000 Па

барометр

прибор для измерения атмосферного давления

гидростатическое давление

Давление жидкости под действием силы тяжести

манометр

Устройство для измерения давления газа в контейнере

паскаль (Па)

единица давления СИ; 1 Па = 1 Н / м ²

фунтов на квадратный дюйм (psi)

единица давления, общепринятая в США

давление

сила на единицу площади

торр

ед. Давления; [латекс] 1 \; \ text {torr} = \ frac {1} {760} \; \ text {atm} [/ latex]

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Режущая кромка заточенного ножа имеет меньшую площадь поверхности, чем затупившийся нож. Поскольку давление — это сила на единицу площади, острый нож будет оказывать более высокое давление с той же силой и более эффективно прорезать материал.

3. Лежа распределяет ваш вес на большую площадь поверхности, оказывая меньшее давление на лед по сравнению со стоянием. Если вы будете меньше нажимать, у вас меньше шансов пробить тонкий лед.

5. 0,809 атм; 82,0 кПа

7.2,2 × 10 ² кПа

9. Земля: 14,7 фунта на дюйм ^–2 ; Венера: 13,1 × 10 ³ фунтов на дюйм ⁻²

11. (a) 101,5 кПа; (б) падение 51 торр

13. (а) 264 торр; (b) 35 200 Па; (c) 0,352 бар

15. (a) 623 мм рт. (б) 0,820 атм; (c) 83,1 кПа

17. При использовании манометра с закрытым концом никаких изменений не наблюдалось бы, поскольку испаренная жидкость будет вносить равные противодействующие давления в обоих рукавах трубки манометра. Однако при использовании манометра с открытым концом давление газа будет более высоким, чем ожидалось, поскольку P _газ = P _атм + P _{объем жидкости} .

Полезная информация по давлению

Для описания давления используется множество терминов, сокращений и акронимов, а значения могут быть указаны в различных единицах измерения. Это большое разнообразие частично объясняется историческими или культурными различиями, или конкретный метод определения и измерения давления более удобен, интуитивно понятен и полезен в некоторых приложениях, но не в других.

Что такое система SI?

Система единиц СИ — это Международная система единиц (Système International), производная от метрической системы и основанная на килограмме и метре.Он широко распространен и используется во всем мире. Базовая единица давления — паскаль, определяемая как давление, оказываемое силой в один ньютон перпендикулярно на площадь в один квадратный метр.

В Северной Америке, однако, предпочтительна обычная система США. Это основано на британских единицах измерения, таких как фунт (фунт), дюйм (дюйм) или фут (фут). Стандартная единица давления в этой системе — фунт на квадратный дюйм (PSI): давление, возникающее в результате приложения силы в один фунт к площади в один квадратный дюйм.1 фунт / кв. Дюйм примерно равен 6895 Па.

Таблица 1. Единицы давления систем SI и USCS

Как измеряется давление?

Значения давления можно указать тремя способами:

• Относительное
  Большинство измерений давления (манометрическое давление) производится относительно давления окружающего воздуха — манометр показывает нулевое значение при атмосферном давлении.
• Абсолютное
  Абсолютное давление сравнивается с абсолютным вакуумом с использованием абсолютной шкалы, поэтому оно равно избыточному давлению плюс атмосферное давление (торр — это абсолютная единица измерения).
• Дифференциал
  Дифференциальное давление — это разница давлений между двумя точками в системе (значения напора — это перепады давлений).

Иногда к единицам давления добавляются буквы, чтобы показать, как было измерено значение.Например, в системе USCS фунт-сила / дюйм ² («f» обозначает силу) или фунт / кв. Дюйм («g» обозначает манометр) показывает, что значение относится к атмосферному давлению окружающей среды. Это отличает его от измерения абсолютного давления (фунт / дюйм ² , фунт / кв. Дюйм), которое относится к вакууму. Подобные суффиксы и примечания иногда применяются к единицам СИ, например 101 кПа (абс.).

Поскольку паскаль — очень маленькая единица, его обычно используют в вакуумных системах. Для определения промышленного давления используется килопаскаль, если предпочтительны единицы системы СИ (1000 кПа = 145 фунтов на квадратный дюйм).Исходя из исходного определения, можно заменить другие единицы (г на кг; см или мм на м) для получения целого ряда комбинаций, таких как гс / м², кгс / см² и гс / мм².

Что такое атмосфера?

Стандартная «атмосфера» (сокращенно атм) — удобная единица измерения давления. 1 атм равен 101,325 кПа или 14,7 фунтов на квадратный дюйм, что соответствует атмосферному давлению на среднем уровне моря. На самом деле атмосферное давление довольно сильно зависит от высоты, погоды, температуры и влажности.Например, атмосферное давление в Денвере, штат Колорадо, составляет всего около 12,1 фунта на квадратный дюйм.

Аббревиатура ata обозначает абсолютное измерение общего давления в системе, включая атмосферное давление. Например, давление воды 3 ата состоит из 1 атм давления воздуха и 2 атм давления воды.

Давление, создаваемое 10-метровым столбом пресной воды, примерно равно атмосферному давлению, и это максимальная высота, на которую вода может быть поднята насосом с помощью всасывания.На самом деле предел составляет всего около 7-8 м из-за неэффективности насоса, потерь на трение, перепада высот и температур. Этот предел всасывания можно преодолеть только путем создания давления в резервуаре подачи или с помощью нескольких насосов и промежуточных резервуаров.

Что такое бар?

Бар определяется как 100 000 Па (100 кПа). Это немного ниже стандартного атмосферного давления (101325 Па). Полоса обычно используется в прогнозировании погоды и инженерии. При измерении вакуума давление обычно указывается в миллибарах (мбар), хотя также используются торр или миллиметр ртутного столба (мм рт. Ст.) (См. Ниже).

Что такое торр?

Атмосферное давление впервые было измерено итальянским ученым Евангелистой Торричелли с помощью стеклянной трубки, заполненной ртутью. Он обнаружил, что атмосферное давление может выдержать столб ртути размером около 760 мм. Раннее широкое использование ртути в манометрах привело к широкому распространению мм рт. Ст. В качестве удобной единицы измерения давления. В Северной Америке предпочтительным является «дюйм ртутного столба», дюймы ртутного столба. В честь работы Торричелли давление в 1 мм рт. Ст. Стало известно как 1 торр.Эти устройства по-прежнему широко используются во многих других областях науки и техники.

Что такое голова?

Исторически насосы впервые использовались для подъема воды для орошения или дренажа. Было важно, чтобы насос был способен поднимать воду с нижнего уровня на верхний. Высота подачи стала известна как Напор , и, несмотря на значительно расширенный диапазон современных насосных приложений, этот термин до сих пор используется для характеристики производительности ротодинамического насоса.Напор указывается как высота в метрах (м) или футах (футах), а не как фактическое давление. Часто это обсуждается в двух частях: Высота всасывания — вертикальный подъем от исходного резервуара к насосу, и Напор нагнетания — вертикальный подъем от насоса к точке нагнетания. В следующей таблице перечислены некоторые общие термины, используемые для описания давления напора в насосах.

Таблица 2. Определения терминов, используемых для описания значений напора

Что такое NPSH?

NPSH (чистый положительный напор на всасывании) — это мера давления, испытываемого жидкостью на всасывающей стороне центробежного насоса. Он используется для предотвращения работы насоса в условиях, благоприятствующих кавитации . NPSH-R (требуется NPSH) и NPSH-A (NPSH доступен) — два ключевых значения NPSH:

• NPSH-R — это свойство насоса, указанное производителями насосов как давление всасывания, при котором кавитация уже снизила производительность насоса на 3%.
• NPSH-A — это системное свойство, рассчитанное на основе конфигурации системы на стороне всасывания. По сути, это давление на стороне всасывания минус давление пара перекачиваемой жидкости в этой точке.

Во избежание кавитации необходимо убедиться, что NPSH-A превышает NPSH-R с достаточным запасом прочности, например: NPSH-A ³ NPSH-R + 0,5 м. Этот запас зависит от типа насоса и области применения и может быть указан как коэффициент или разница напора.

Что такое НПИП?

Насосы прямого вытеснения работают по принципу, совершенно отличному от центробежных насосов.Жидкость передается от входа к выпуску путем многократного закрытия фиксированного объема с помощью уплотнений или клапанов и механического перемещения ее по системе.

Для насосов

этого типа также требуется давление на входе, превышающее давление пара жидкости, чтобы избежать кавитации во время фазы всасывания, и это обсуждается с точки зрения чистого положительного давления на входе (NPIP) аналогично NPSH для центробежных насосов. В то время как NPSH измеряется в метрах или футах, NPIP измеряется в единицах давления: Па, фунт / кв. Дюйм или бар.При преобразовании в одни и те же единицы измерения NPSH и NPIP одинаковы. Для преобразования значения напора (м) в давление (бар) можно использовать следующую формулу:

где: h = 10,197 x (p / d)

или p = 0,0981 x h x d

h = напор (м)
p = давление (бар)
d = плотность жидкости (кг / дм ³ )

Производители могут указать NPIP-R в качестве рекомендуемого давления на входе и предоставить диаграммы, показывающие, как оно изменяется в зависимости от скорости насоса.Доступное или фактическое давление на входе в операционную систему называется NPIP-A.

Коэффициенты преобразования

Часто бывает необходимо преобразовать значения давления из одной системы единиц в другую. Это поможет избежать путаницы или недоразумений, но это особенно важно при вводе значений в вычисления. Важно, чтобы все значения в уравнении были в совместимых единицах измерения. Обратите внимание на расхождения в абсолютных или относительных значениях. При преобразовании значений напора в другие единицы давления с жидкостями, отличными от воды, необходимо учитывать удельный вес жидкости.

Таблица 3. Коэффициенты пересчета для обычно используемых единиц давления.

* 1 Торр изначально был таким же, как 1 мм рт. Однако в результате переопределения этих двух единиц они немного отличаются друг от друга, слишком малы, чтобы их можно было показать в этой таблице.

Общие сведения об измерении давления

Учебное пособие по основным понятиям механики жидкости.

Дэвид Хили, разработка систем и приложений, сектор полупроводниковой продукции Motorola, подразделение сенсорной продукции

Что такое давление жидкости?
Давление жидкости можно определить как меру силы на единицу площади, оказываемой жидкостью, действующей перпендикулярно любой поверхности, с которой она контактирует (примечание: «жидкость» может быть как газом, так и жидкостью.Жидкость и жидкость не являются синонимами.). Стандартная единица измерения давления в системе СИ — Паскаль (Па), что эквивалентно одному Ньютону на квадратный метр (Н / м 2), или Килопаскаль (кПа), где 1 кПа = 1000 Па. В английской системе давление обычно выражается в фунтах на квадратный дюйм (psi). Давление может быть выражено во многих различных единицах, включая высоту столба жидкости. В таблице ниже перечислены наиболее часто используемые единицы измерения давления и их преобразование.

Рисунок 1.Таблица преобразования для общих единиц давления

Измерения давления можно разделить на три категории: абсолютное давление , избыточное давление и дифференциальное давление . Абсолютное давление относится к абсолютному значению силы на единицу площади, оказываемой жидкостью на поверхность. Следовательно, абсолютное давление — это разница между давлением в данной точке жидкости и абсолютным нулем давления или абсолютным вакуумом. Избыточное давление — это измерение разницы между абсолютным давлением и местным атмосферным давлением. Местное атмосферное давление может меняться в зависимости от температуры окружающей среды, высоты над уровнем моря и местных погодных условий. Стандартное атмосферное давление США на уровне моря и 59 ° F (20 ° C) составляет 14,696 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) или 101,325 кПа (абс.). При обсуждении измерения давления очень важно указать, какая система отсчета используется.

В английской системе единиц измерение давления по отношению к эталону осуществляется путем определения давления в фунтах на квадратный дюйм абсолютного (psia) или фунтах на квадратный дюйм манометра (psig). Для других единиц измерения важно указать манометрические или абсолютные. Аббревиатура «абс» означает абсолютное измерение. Избыточное давление по условию всегда положительное. «Отрицательное» избыточное давление определяется как вакуум. Вакуум — это величина, на которую местное атмосферное давление превышает абсолютное давление.Идеальный вакуум — это нулевое абсолютное давление. На рисунке 2 показано соотношение между абсолютным, избыточным давлением и вакуумом.

Дифференциальное давление , как следует из названия, представляет собой математическую разницу между двумя измеренными значениями давления. Этот тип измерения давления обычно используется для определения падения давления в жидкостной системе. Поскольку перепад давления является мерой одного давления по отношению к другому, указывать эталонное давление необязательно. Для английской системы единиц это может быть просто фунт / кв. Дюйм, а для системы СИ — кПа.

Рис. 2. Взаимосвязь между давлением и периодом

В дополнение к трем типам измерения давления существуют различные типы жидкостных систем и давления жидкости. Есть два типа жидкостных систем; статические системы и динамические системы. Как следует из названий, статическая система — это система, в которой жидкость находится в состоянии покоя, а динамическая система — это система, в которой жидкость движется.

Системы статического давления
Давление, измеренное в статической системе, является статическим давлением.В системе давления, показанной на Рисунке 3, однородная статическая жидкость непрерывно распределяется, причем давление изменяется только с вертикальным расстоянием. Давление одинаково во всех точках в одной и той же горизонтальной плоскости в жидкости и не зависит от формы контейнера. Давление увеличивается с глубиной в жидкости и действует одинаково во всех направлениях. Увеличение давления по мере увеличения глубины, по сути, является эффектом веса жидкости над заданной глубиной.

Рисунок 3: Система непрерывной подачи жидкости

На рисунке 4 показаны две емкости с одной и той же жидкостью, подверженные одинаковому внешнему давлению — P .На одинаковой глубине внутри любого резервуара давление будет одинаковым. Обратите внимание, что стороны большого резервуара не вертикальны. Давление зависит только от глубины и не имеет никакого отношения к форме контейнера. Если рабочая текучая среда представляет собой газ, увеличение давления в текучей среде из-за высоты текучей среды в большинстве случаев незначительно, поскольку плотность и, следовательно, вес текучей среды намного меньше давления, прикладываемого к системе. Однако это может не соответствовать действительности, если система достаточно велика или давление достаточно низкое.В одном примере рассматривается изменение атмосферного давления с высотой. На уровне моря стандартное атмосферное давление в США составляет 14,696 фунтов на квадратный дюйм (101,325 кПа). На высоте 10 000 футов (3048 м) над уровнем моря стандартное атмосферное давление в США составляет 10,106 фунтов на квадратный дюйм (69,698 кПа), а на высоте 30 000 футов (9144 м) стандартное атмосферное давление в США составляет 30,101 кПа (4,365 фунтов на квадратный дюйм).

Рисунок 4: Измерение давления на глубине в жидкости

Давление в статической жидкости можно легко рассчитать, если известна ее плотность.Абсолютное давление в жидкости на глубине H определяется как:

P абс = P + (r x g x H)

Где:

P абс — абсолютное давление на глубине Н.

P — внешнее давление в верхней части жидкости. Для большинства открытых систем это будет атмосферное давление.

r — плотность жидкости.

g — ускорение свободного падения (g = 32,174 фут / сек 2 (9,81 м / сек 2)).

H — глубина, на которой требуется давление.

Системы динамического давления
Системы динамического давления более сложны, чем статические системы, и их может быть труднее измерить. В динамической системе давление обычно определяется с помощью трех разных терминов. Первое давление, которое мы можем измерить, — это статическое давление . Статическое давление не зависит от движения или потока жидкости и, как и в статической системе, действует одинаково во всех направлениях. Второй тип давления называется динамическим давлением .Этот член давления связан со скоростью или потоком жидкости. Третье давление — , полное давление — .
и это просто статическое давление плюс динамическое давление.

Стационарные динамические системы
Необходимо соблюдать осторожность при измерении давления в динамической системе. Для динамической системы в установившихся условиях точные статические давления могут быть измерены путем врезания в поток жидкости перпендикулярно потоку жидкости. Для динамической системы стационарные условия определяются как отсутствие изменения условий потока в системе: давления, скорости потока и т. Д.

На рисунке 5 показана динамическая система с жидкостью, протекающей по трубе или воздуховоду. В этом примере отвод статического давления расположен в стенке воздуховода в точке А. Трубка, введенная в поток, называется трубкой Пито. Трубка Пито измеряет общее давление в точке B в системе. Общее давление, измеренное в этой точке, называется давлением торможения. Давление торможения — это величина, полученная, когда текущая жидкость замедляется до нулевой скорости в изэнтропическом (без трения) процессе.Этот процесс преобразует всю энергию текущей жидкости в давление, которое можно измерить. Застой или полное давление — это статическое давление плюс динамическое давление. Очень сложно точно измерить динамическое давление. Когда требуется измерение динамического давления, общее и статическое давления измеряются, а затем вычитаются для получения динамического давления. Динамическое давление можно использовать для определения скорости жидкости и расхода в динамических системах.

Рисунок 5.Статические и общие измерения давления в динамической жидкостной системе.

При измерении давления в динамической системе необходимо следить за точностью. Для измерения статического давления место отвода давления следует выбирать так, чтобы на измерение не влиял поток жидкости. Обычно отводы располагаются перпендикулярно полю потока. На рисунке 5 отвод статического давления в точке A находится в стенке воздуховода и перпендикулярен полю потока. На рисунках 6a и 6c статические отводы (точка A) в датчиках давления также перпендикулярны полю потока.Эти примеры показывают наиболее распространенный тип отводов статического давления, однако существует множество различных вариантов отводов статического давления.

Для измерения общего давления или давления торможения важно, чтобы трубка Пито или ударная трубка была выровнена параллельно полю потока, а конец трубки был направлен прямо в поток. На рисунках 6b и 6c трубка Пито выровнена параллельно потоку, причем отверстие трубки направлено прямо в поток. Хотя статическое давление не зависит от направления, динамическое давление является векторной величиной, которая зависит как от величины, так и от направления для общего измеренного значения.Если трубка Пито не совмещена с потоком, точность измерения общего давления может пострадать. Кроме того, для точных измерений давления отверстия для отвода давления и зонды должны быть гладкими и без заусенцев или препятствий, которые могут вызвать нарушения потока.

Рисунок 6. Типы датчиков давления

Также необходимо тщательно выбирать расположение отводов давления и датчиков, статических и общих. Следует избегать любого места в системе, где поле потока может быть нарушено, как вверх по потоку, так и после него.Эти места включают любые препятствия или изменения, такие как клапаны, колена, разделители потока, насосы, вентиляторы и т. Д. Чтобы повысить точность измерения давления в динамической системе, допускайте, чтобы за любым изменением или препятствием было не менее 10 диаметров трубы / воздуховода и Минимум 2 диаметра трубы / воздуховода перед. Кроме того, диаметр трубы / воздуховода должен быть намного больше диаметра трубки Пито. Диаметр трубы / воздуховода должен быть как минимум в 30 раз больше диаметра трубки Пито. Выпрямители потока также могут использоваться для минимизации любых изменений направления потока.Кроме того, при использовании трубки Пито рекомендуется, чтобы отвод статического давления был выровнен в той же плоскости, что и отвод общего давления. На трубке Пито-Статик разница в местоположении считается незначительной.

Проточные трубы и воздуховоды приведут к неоднородному полю скорости и полю динамического давления. На стенке любого воздуховода или трубы существует граница, препятствующая скольжению из-за трения. Это означает, что у самой стенки скорость жидкости равна нулю. На рис. 5 показано мнимое распределение скорости в воздуховоде.Форма распределения будет зависеть от условий жидкости, потока в системе и давления. Чтобы точно определить среднее динамическое давление в секции воздуховода, необходимо снять серию показаний общего давления в воздуховоде. Эти измерения давления следует проводить при разных радиусах и положениях часов.
поперек поперечного сечения круглого воздуховода или в местах различной ширины и высоты для прямоугольного воздуховода. После того, как эта характеристика была выполнена для воздуховода, можно легко провести корреляцию между измерением общего давления в центре воздуховода относительно среднего общего давления в воздуховоде.Этот метод также используется для определения профиля скорости в воздуховоде.

Переходные системы
Переходные системы — это системы с изменяющимися условиями, такими как давление, скорость потока и т. Д. Труднее всего получить точные измерения в переходных системах. Если система измерения, используемая для измерения давления, имеет более быстрое время отклика, чем скорость изменения в системе, то систему можно рассматривать как квазистационарную. То есть измерения будут примерно такими же точными, как и измерения в стационарной системе.Если предполагается, что измерение системы является моментальным снимком того, что происходит в системе, тогда вы хотите иметь возможность делать снимок быстрее, чем скорость изменения в системе, иначе изображение будет размытым. Другими словами, результаты измерений не будут точными.

В системе измерения давления есть два фактора, которые определяют общий отклик измерения: (1) отклик элемента преобразователя, который измеряет давление, и (2) отклик границы раздела между преобразователем и системой давления (т.е.e жидкость, передающая давление, и соединительная трубка). Для датчиков давления Motorola второй фактор обычно определяет общую частотную характеристику системы измерения давления. Подавляющее большинство систем давления, требующих измерений сегодня, представляют собой квазистационарные системы, в которых системные условия меняются относительно медленно по сравнению со скоростью реакции измерительной системы, или изменение происходит мгновенно, а затем стабилизируется.

Два примера переходных систем включают стиральные машины и вентиляционные каналы в зданиях.В стиральной машине высота воды в баке измеряется косвенно, путем измерения давления на дне бака. Когда ванна наполняется, давление меняется. Скорость наполнения бака и изменения давления намного ниже, чем скорость отклика измерительной системы. В вентиляционном канале давление изменяется при открытии и закрытии регистров воздуховода, регулируя движение воздуха внутри здания. По мере того, как открываются и закрываются все больше регистров, давление в системе изменяется.Изменения давления практически мгновенные. В этом случае изменения давления по существу являются инкрементными, и поэтому их легко измерить точно, за исключением момента изменения. Для большинства промышленных и строительных приложений запаздывание системы измерения давления незначительно. По мере того, как система управления или измерения становится более точной, необходимо учитывать частотную характеристику системы измерения.

Заключение
В этой статье рассмотрены различные типы давлений и простым языком объяснено, как подключиться к системе для измерения этого давления.Но как выбрать подходящие инструменты?

Существует множество типов систем измерения давления, от простых жидкостных трубчатых манометров до датчиков с трубкой Бурдона и пьезоэлектрических преобразователей на основе кремния. Сегодня, когда электронные системы управления и измерения заменяют механические системы, кремниевые преобразователи давления и датчики становятся предпочтительными датчиками. Силиконовые микромашинные датчики обеспечивают очень высокую точность при очень низкой стоимости и обеспечивают интерфейс между механическим миром и электрической системой.С кремниевыми датчиками также возможны различные уровни интеграции, начиная с базового некомпенсированного, некалиброванного датчика давления и заканчивая полностью интегрированными датчиками давления с температурной компенсацией, калибровкой и обработкой сигнала.

В конце концов, тот, который вы выберете, будет зависеть от того, что вы пытаетесь измерить. Надеюсь, это базовое руководство по механике жидкости и измерению давления поможет сделать этот выбор немного проще.

Дэвид Хили, Разработка систем и приложений, Сектор полупроводниковой продукции Motorola, Отдел сенсорной продукции, П.O. Box 20912, Phoenix, AZ 85036, телефон: (800) 521-6274.

Как работают манометры? | Sciencing

Обновлено 22 декабря 2019 г.

Автор: Кевин Бек

Когда вы проверяете погоду, если вы похожи на большинство людей, вас больше всего интересуют вещи, которые определяют ваше платье: вероятны ли какие-то осадки. упасть с неба во время пребывания на открытом воздухе, какая температура воздуха и ветрено ли.

В зависимости от того, где вы живете и времени года, вы также можете проверить (иногда со страхом), чтобы увидеть уровень относительной влажности, чтобы убедиться, что вы достаточно гидратированы для потоотделения, которое, вероятно, последует при высоких показаниях.

Большинство людей знают о явлении атмосферного (обычно называемого барометрическим) давления, потому что слышат, что оно упоминается как стандартная характеристика прогнозов погоды, но большинство людей не доходят до исследования того, какова взаимосвязь и почему воздух вообще испытывает перепады давления.Разве ветер не дует горизонтально, а давление измеряется сверху как своего рода «толчок»?

Давление — это величина в физике, которая применяется почти ко всем мыслимым физическим процессам. Он связывает силу F с областью A во множестве контекстов выражается и определяется математически в своей простейшей форме как P = F / A . Он играет особенно важную роль в области гидродинамики. (Жидкость состоит из вещества в жидком или газообразном состоянии.) Атмосфера вокруг вас жидкая, и она оказывает на вас и все остальное гораздо большее давление, чем вы думаете.

Что такое давление?

Формально давление — это измерение эффекта распространения силы (измеряется в ньютонах или Н в стандартной международной системе измерений) по некоторой реальной или математически определенной поверхности (измеряется в квадратных метрах или м ² ). Возможно, вы уже сталкивались с физическими проблемами, в которых сила (например, гравитация или вы) действует на объект с массой и перемещает его, но давление отличается тем, что фактически описывает разбавление или концентрацию силы.

• Представьте себе два разных твердых ящика, каждый объемом V 10 м ³ (кубических метров) и заполненных однородным твердым материалом с плотностью ρ

  вдвое меньшей плотности воды, или 0,5 кг. / Л, или (500 кг / м ³ ). Один ящик имеет длину 1 м, ширину 1 м и высоту 10 м, а другой — 2,5 м в длину, 2,5 м в ширину и 1,6 м в высоту. Ни один из ящиков не должен поворачиваться из своего положения. Если вы хотите быть уверены, что ближайшая платформа , выглядящая как древняя, может поддерживать как , так и коробку , но вы можете выбрать только одну из двух, чтобы подтвердить это, что бы вы выбрали?

  Масса объектов одинакова, поскольку их объем и плотность одинаковы (ρ = м / В, поэтому m = ρV = (500 кг / м ³ ) (10 м ³ ) = 5000 кг.Учитывая, что ускорение свободного падения на поверхности Земли составляет 9,8 м / с ² , сила (или вес) каждого ящика, следовательно, (5000 кг) (9,8 м / с2) = 49000 Н.

  Однако сравните площади, по которым эти соответствующие массы распределены: первая коробка имеет основание (длина умноженная на ширину) 1 м × 1 м = 1 м ² , а другая коробка имеет основание 2,5 × 2,5 = 6,25 м ² . Поскольку давление равно силе, разделенной на площадь, узкая коробка с менее чем одной шестой площади основания, с которой приходится работать в качестве второй коробки, будет прикладывать 6. оказывает давление на платформу в 25 раз больше, чем его партнер. Таким образом, если ветхая платформа может поддерживать первый ящик, она должна удерживать и второй отдельно — при условии, что вы сможете поднять их туда!

Единицы измерения давления и терминология

В приведенном выше примере давление первого ящика на любую поверхность, на которую он опирается, составляет (49000 Н) / (1 м ² ), а давление второго — (49000 Н ) (6,25 м ² ). Таким образом, единицы измерения давления в стандартной системе — Н / м ² , чаще называемые паскаль (Па).Поскольку в реальном мире это очень мало, килопаскаль (кПа) используется гораздо чаще.

Давление атмосферы у поверхности Земли составляет около 101,325 Па , или 101,3 кПа . Однако из-за того, что люди определяют давление, в повседневной жизни используется ряд других единиц. Один из них — торр и , также известный как миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.). (Любое любопытство относительно того, почему был выбран этот металл, будет удовлетворено через мгновение.) 101,3 кПа, также называемый для справки 1 атм, по этому стандарту соответствует 760 торр. Так как 1 дюйм = 25,4 мм, 760 мм рт. Ст. = (760 / 25,4) = 29,92 дюйма рт. Ст. . Наконец, 1 миллибар = 0,001 атм, поэтому атмосферное давление в миллибарах = 1013 мбар.

Наконец, как насчет тех фунтов на квадратный дюйм (psi или фунт / дюйм ² ), которые обычно используются для измерения давления в шинах в Соединенных Штатах? После преобразования между фунтами и килограммами и дюймами и метрами вы можете показать, что это 101.3 кПа = 14,7 фунт / дюйм ² . Учитывая, что рекомендуемое минимальное давление в шинах автомобиля составляет всего около 30 фунтов на квадратный дюйм, что это говорит о вашей интуиции относительно «незначительного» веса и, следовательно, давления воздуха?

Как измеряется давление

Манометр — это устройство, которое измеряет давление воздуха с помощью контейнера с U-образной трубкой, открытой с одного или обоих концов. В закрытом манометре проба газа вводится в один конец, который затем закрывается. Затем в другой конец наливают жидкость известной плотности.Жидкость перестанет двигаться, когда давление газа, заключенного между крышкой и жидкостью, вместе с давлением в нижней части столба жидкости на этой стороне будет соответствовать давлению воздуха плюс давление столба жидкости на открытой стороне.

Высота жидкости на открытой стороне будет на выше, на на этой стороне, когда давление воздуха меньше давления газа, и на ниже, на на открытой стороне, когда давление воздуха превышает давление газа. Вы можете использовать эту разницу высот для расчета давления газа.

Поскольку P = F / A = мг / А, m = ρV и V = Ah для цилиндрической трубы (т. Е. Объем = площадь, умноженная на высоту), можно показать, что давление, создаваемое вертикальным столбом жидкости, равно ρgh , где h = высота в метрах. Это давление представляет собой положительную или отрицательную разницу между давлением газа и атмосферным давлением.

• Человек — это латинский корень слова, означающего «рука», от которого также происходит слово «манипулировать». Один простой способ передать концепцию давления, если ограничиться невербальным языком, — это мягко надавливать рукой против чужого.

• Барометр — это манометр, используемый специально для измерения атмосферного давления.

• Ручное устройство, используемое для измерения артериального давления в медицинских учреждениях, называется сфигмоманометром , с sphyg , что в переводе означает «сжатие». Это связано с тем, что манжета должна быть накачана на руку до уровня выше кровяного давления тела на , чтобы правильно его измерить; для этого они должны буквально сжать вашу руку.

Давление и погода

Атмосферное давление непостоянно и колеблется в пределах обычного диапазона, как температура и другие геофизические величины. Само по себе это давление — надежный индикатор приближающейся погоды. Когда система низкого давления входит в область, результатом обычно являются облака, ветер и осадки, тогда как система высокого давления обычно обеспечивает ясную и тихую погоду. (Понятно? «Высокое давление» заканчивается «спокойствием»… только в дурацком мире физики!)

.