Рис.3.1 - Силы давления в жидкой и газообразной средах: Р - внешняя сила; Б - свободная поверхность (площадь) среды; АР - сила давления на внутреннюю площадку ДБ.

Давление является одним из важнейших физических параметров, и его измерение необходимо как в расчетных целях, например для определения расхода, количества и тепловой энергии среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозирования безопасных и эффективных гидравлических режимов напорных трубопроводов, резервуаров и другого оборудования, используемого на различных предприятиях. Для этих целей применяется большое разнообразие средств измерения давления и его перепадов, различающихся по принципу действия, устройству и точности.

Давлением Р называют отношение Р-Р/Б абсолютной величины нормального, то есть действующего перпендикулярно к поверхности тела, вектора силы к площади 5 этой поверхности. Если сила равномерно распределена по площади, то указанное отношение задает точное значение давления в каждой ее точке, в противном же случае только его среднее значение. Точное значение давления меняется от точки к точке на поверхности

и определяется следующим пределом  Шт^'—        - отношения силы АР,

приложенной на бесконечно малом участке поверхности, к его площади Д& В отличие от силы, величина которой может зависеть от размеров поверхности ее приложения, давление позволяет при рассмотрении взаимодействия физических тел исключить фактор площади, поскольку оно является удельной, т.е., приведенной к единице площади, силой.

При измерении давлений, действующих в различных средах, можно выделить различные его виды.

Так, жидкие и газообразные среды характеризуются упругими свойствами, т.е. обратимым изменением объема (уменьшение объема среды при ее сжатии под давлением и восстановления исходного объема после снятия этого давления), а также текучестью - обратимым изменением формы. В этих средах различают давление внешнее (поверхностное) - на границе поверхности сред и внутреннее - внутри объема или в массе среды. Внешнее давление Р на поверхность 5 жидкой или газообразной среды, равное отношению нормальной составляющей суммы сил F, приложенной извне, к площади поверхности £, передается внутрь среды, как показано на рис.3.1, без изменений и равномерно во все стороны. Таким образом, возникающее при этом внутреннее давление направлено перпендикулярно к любой внутренней площадке среды Д5¹, независимо от ее формы и положения в среде, а величина давления в среде в соответствии с законом Паскаля пропорциональна величине выделенной площадки. Очевидно, что Р-Р/З^АР/АЗ для любой точки среды.

Внутреннее давление покоящихся жидких и газообразных сред зависит не только от внеш него давления, но и от веса самой среды. Эта зависимость наиболее существенна для жидкостей, обладающих большей плотностью, чем газы.

Положение точки измерения относительно горизонтальных поверхностей равного давления определяет

весовую составляющую внутреннего давления - гидростатическое давление.

следует понимать его усредненное значение по трем взаимно перпендикулярным направлениям в точке измерения. Полное внутреннее давление в движущейся среде, например, горизонтального напорного трубопровода определяется суммой внешнего, гидростатического и гидродинамического давления - скоростного напора, а также потерями давления на трение по всей длине трубы и вихревыми потерями при изменениях величины и направления потока в гидравлических сопротивлениях (колена, задвижки, диафрагмы и др.). В напорных трубопроводах, как правило, измеряется статическое давление, которое является разностью полного и динамического давлений. Статическое давление измеряется также для большинства технических объектов. Динамическое давление учитывается только при определении скоростных характеристик потоков в расходомерах и счетчиках количества среды.

На практике давление газов и жидкостей обычно измеряется относительно двух

 различных уровней (см. рис.3.2): 1- уровня абсолютного

о^шшиа    или   яДг.ппттипгп       на   пяпптия   (гллтпвуис   гт>пи   я ■гяьпгмхгтм

объеме, если бы оттуда были удалены все молекулы); 2 - уровня атмосферного, или барометрического, давления. _f Давление, измеряемое относительно вакуума, называют давлением абсолютным (ДА). Барометрическое давление (ДБ) - это абсолютное давление земной атмосферы. Оно зависит от конкретных условий измерения: температуры воздуха и высоты над уровнем моря. Давление, которое больше или меньше атмосферного, но измеряется относительно атмосферного, называют соответственно избыточным (ДИ) или давлением разрежения, + вакуумметрическим (ДВ). Очевидно, что ДА-ДБ+ДИ или ДА=ДБ-ДВ. Разность давлений сред в двух различных процессах или двух точках одного процесса, при котором ни одно из давлений не является атмосферным, называют дифференциальным давлением (ДД).

В настоящее время при измерении давления часто пользуются как системными, так и внесистемными единицами давления.

В соответствии со стандартом (CT СЭВ 1052-89) единицы давления определяются одним из двух способов:

через высоту столба жидкости, уравновешивающей измеряемое давление в конкретном физическом процессе в единицах водяного столба при 4°С (мм вод. ст. или м вод. ст.) или ртутного столба при 0°С (мм рт. ст., или Topp) при нормальном ускорении свободного падения. В англоязычных странах используются соответствующие единицы in Н₂0 - дюйм вод. ст. или ,ft Н₂0 - фут вод. ст, а также in Hg - дюйм рт. ст.; (1 дюйм=25,4 мм, 1 фут*30,48 см);

через единицы силы и площади. В Международной системе единиц (СИ), принятой в 1960 году, единицей давления является Па (Паскаль), определяемая действием силы в 1 Н (ньютон) на единицу поверхности 1 м². Отсюда 1 Па » 1 Н/м², а ее производные соответственно - килопаскалъ (1 кПа~ 10³ Па), мегапаскапь (1 МПа ^ш 103 к Па * 106 Па) и т.д.

единицы. В технической системе единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) сила измеряется в килограммах силы (1 кгс ~ 9,8 Н). Единицы давления в МКГСС - кгс/м' и кгс/см². Единица кгс/см² получила название технической^ или метрической атмосферы {am). В случае измерения в единицах технической атмосферы избыточного давления используется обозначение (ати). В физической системе единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда) единицей силы является дина (1 дин » 10"⁵ Н). В рамках СГС введена единица давления бар (1 бар«1 дин/см²). Существует одноименная внесистемная, метеорологическая единица бар, или стандартная атмосфера (1 бар=106 дин/см²; 1 мбар - 10"³ бар * 103 дин/см²). Кроме указанных единиц на практике используется такая внесистемная единица, как физическая, или нормальная атмосфера (атм), которая эквивалентна уравновешивающему столбу 760 мм рт. ст. В англоязычных странах широко распространена единица давления пси (psi * llbf/in²) - фунт силы на квадратный дюйм (1 фунт= 0,4536 кг). При измерении абсолютного и избыточного давления используются соответственно обозначения psia (absolute - абсолютный) и psig (gage -избыточный).