Изучаем единицы измерения давления

Незнающий человек довольно легко может запутаться во всех существующих единицах измерения давления. И это вполне объяснимо, ведь каждая отрасль науки использует свои показатели. Цель данной статьи – разобраться с возникающими сложностями.

Типология

В первую очередь нужно рассказать о том, что существует два вида давления:

1. Абсолютное. Это давление, которое принято измерять относительно абсолютного нуля (чего можно достичь исключительно в вакууме).

2. Относительное. Оно измеряется относительно земной атмосферы.

Поясним данную ситуацию: если абсолютное давление в вакууме будет равно нулю, то относительное – минус единице. И напротив, атмосферное давление по абсолютной шкале будет равняться 1, и 0 – по относительной.

Определение единиц

Важным является следующее утверждение: единицы измерения давления можно определить одним из двух известных на сегодняшний день способов:

1. С помощью высоты столба жидкости (уравновешивающего давление в определенном физическом процессе). В таком случае измерение происходит в единицах водяного столба (обозначение: мм.вод.ст) при 4°С – это так называемый дюйм вод.ст. (in H₂O) или же фут вод.ст. (обозначение: ft Н₂О) или ртутного столба (мм.рт.ст). При 0°С (с условием нормального ускорения падения) это дюйм рт.ст. (in Hg). В нашей стране чаще всего используются не футы, а миллиметры ртутного столба. Поэтому полезной будет следующая информация: 1 дюйм = 25,4 мм, 1 фут = 30,48 сантиметрам.

2. Благодаря единицам площади и силы.

О системе СИ

Итак, изучаем далее единицы измерения давления. Главная информация об этом содержится в системе СИ, т.е. в Международной системе единиц. Принята она была международным сообществом еще в далеком 1960 году, при этом единицей измерения силы является Ньютон (обозначение: Н), а площади – 1 м² (метр квадратный). Благодаря этим показателям и можно найти единицу давления – это один Па (Паскаль). Определяется он отношением силы к площади. В виде формулы это выглядит следующим образом: 1 Па = 1Н/м².

Производные

Рассматривая единицы измерения давления, стоит сказать и о том, что они, естественно, имеют свои производные. Так, ученые чаще всего используют следующие определения, хотя классификацию можно продолжить и дальше:

1. Килопаскаль (кПа): 1 кПа = 10³ Па.

2. Мегапаскаль (мПа): 1 МПа = 10³ кПа, а также = 10⁶ Па.

Однако стоит сказать и о том, что наряду с системой СИ сегодня не менее распространены и используются иные единицы измерения давления, принятые ранее. К тому же часто используются и так называемые внесистемные единицы, которые заслуживают особого внимания.

Торры

Существует еще одна обозначение единицы давления, именуемое торром. Связано это название с именем Эванджелиста Торричелли – итальянского математика и физика, который к тому же являлся учеником великого Г. Галилея. Важен следующий факт: именно Торричелли изобрел ртутный барометр. Сама же эта единица измерения давления (1 торр) равняется гидростатическому давлению исследуемого столба ртути (обязательно высотой 1 мм) на плоское основание (обязательно при температуре 0°С). При этом 1 торр = 13,5951 миллиметра водного столба = 133,322 Па. Также важно следующее уравнение: 1 атмосфера = 760 торр.

Техническая система

Существует еще техническая система единиц, аббревиатура которой выглядит следующим образом: МКГСС (расшифровка: метр, килограмм-сила, секунда). В данном случае сила измеряется именно в килограммах и равняется 9,8 Н. Единица давления в таком случае выглядит следующим образом: кгс/м² или же кгс/см² и носит название технической атмосферы (или же метрической) – ат. Если устанавливается избыточное давление, единица измерения пишется как «ати».

Физическая система единиц

Обозначается данная система измерения следующей аббревиатурой: СГС (расшифровка: сантиметр, грамм, секунда). В этом случае единица силы, которая используется, – дина (соответствует 10^–5 Н). В данной системе единица измерения давления называется «бар» и исчисляется отношением одного дина к сантиметру квадратному: 1 дин/см². Однако существует один нюанс: есть еще одна внесистемная метеорологическая единица измерения давления, которая также называется «бар». Она имеет несколько иные показатели: 1 бар = 106 дин/см², что иногда вызывает путаницу. Еще одна внесистемная (вне системы СИ) единица измерения давления, которая чаще всего используется на практике, это нормальная (или физическая) атмосфера, которая равняется 760 миллиметрам ртутного столба. Эти единицы имеют свои производные, которые используются для облегчения процесса исчисления.

Иные системы

Существует еще одна система измерения давления – МТС (расшифровка: метр-тонна-секунда), которая также имеет свою единицу, именуемую «пьеза». Одна пз (т.е. пьеза) = 1 сн/м². В свою очередь 1 сн – это сила в 1 стен. Стоит сказать и о том, что в англоязычных странах для измерения давления используется чаще всего обозначение «psi» – пси (один psi равен отношению lbf/in²) – один фунт силы делится на квадратный дюйм (при этом 1 дюйм = 0,4536 кг). Если оно применяется для определения абсолютного давления, единица измерения будет такой: psia (приставка «а», т.е. absolute – абсолютный). В случае измерения избыточного давления это будет выглядеть как psig (приставка «g», т.е. gage, что переводится как «избыточный», «лишний»).

Основные соотношения

Разбираясь в единицах измерения давления, человек нередко путается во всех показателях. Для облегчения этого процесса были составлены специальные таблицы, благодаря которым можно в считанные минуты перевести показатели из одной системы в другую. Наиболее распространенные соотношения выглядят следующим образом: 1 ат = 10⁴ кгс/м² (1 кгс/см²), что также равно 0,98∙10⁵ Па (чему соответствуют 98 кПа и 0,098 МПа). При этом атмосфера = 0,98∙10³ мбар (это равно 0,98 бар и 0,97 атм). Ну и, конечно же, не стоит забывать, что это еще равняется 10⁴ миллиметров водного столба, что соответствует 10 м водного и 735 мм ртутного столба.

Ошибки

Обязательно нужно сказать и о том, что при расчетах могут возникать небольшие ошибки, которыми, впрочем, в некоторых ситуациях пренебрегают:

1. Ошибку в 2% можно не заметить при разнице между технической и стандартной атмосферами, а также одной десятой частью МПа, т.е. мегапаскаля: 1 ат = 1 бар = 0,1 МПа.

2. Допустима также ошибка в 3% при рассмотрении физической и технической атмосфер: 1 ат = 1 атм.

Данные показатели весьма важны, так как потребность в переводе указанных единиц возникает часто (основная причина: использование оборудования различных стран изготовления, к тому же разных годов выпуска).

Чем измеряют давление

Рассмотрев различные единицы измерения давления (газа, атмосферного давления и т.д.), стоит также уделить внимание тем инструментам, благодаря которым и получают искомые показатели. Так, для этого используются мембранные, жидкостные (самые простые и точные измерители), пружинные, электрические и тепловые манометры самых различных конструкций (при этом могут использоваться как простые, так и весьма сложные оптические и электронные схемы). Рассмотрев единицы измерения атмосферного давления, стоит сказать, что приборы, которыми этот показатель определяется, называются барометрами (от греческого «baros» – «тяжесть», «metreo» – «измеряю»). Если же надо определить давление, которое ниже атмосферного, тут уже используются вакуумметры. При возникновении необходимости узнать разницу между двумя давлениями (если ни одно из них не является атмосферным) надо использовать дифманометры, то есть дифференциальные манометры.