Teorie měření tlaku
Co je tlak
Než se naučíte měřit tlak, je důležité přesně pochopit, co je tlak.
Tlak je velikost síly působící na konkrétní povrch. Vztah mezi tlakem, silou a povrchem je vyjádřen vzorcem:
P=F/A, kde P = tlak, F = síla, A = plocha.
Pokud na povrch působí síla (prostřednictvím fyzického kontaktu), vzniká tlak. Tlak se zvyšuje s rostoucí silou nebo zmenšující se plochou, na kterou síla působí.
Tlak závaží X a závaží Y (obrázek 1.1) na povrch je odlišný, ačkoli hmotnost závaží je stejná a rovná se 100 librám (444,82 N). Základní plocha nákladu X je 100 metrů čtverečních. palce (0,06 m2). Proto je tlak zátěže X 100 liber síly působící na plochu 100 čtverečních metrů. palce nebo 1 psi (6 895 Pa).
Tlak = 100 liber / 100 čtverečních palců = 6895 N/m2 = 6895 Pa
Hmotnost Y má základní plochu 1 m0,0006. palce (2 m100). Proto je tlak hmoty Y roven 444,82 lbf (1 N) působící na plochu 100 čtvereční. palce nebo 689475 psi (XNUMX Pa).
Tlak= 100 liber / 1 čtvereční palec = 689475 Pa
Abyste lépe porozuměli vztahu síly k ploše, představte si vliv své váhy na polštář pohovky. Sílu v tomto případě vytvoří vaše váha, která v tomto příkladu zůstává nezměněna. Pokud si lehnete na pohovku, vaše váha je aplikována na větší plochu a polštáře jsou stlačeny. Pokud na pohovce stojíte na jedné noze, vaše váha bude aplikována na mnohem menší plochu a polštáře se mnohem více stlačí. Síla (vaše váha) nyní působí na menší ploše, a proto se zvyšuje tlak.
Faktory, které ovlivňují tlak kapaliny, se liší od faktorů, které ovlivňují tlak plynu. Proto je při měření tlaku důležité porozumět vlastnostem kapalin a plynů.
Hydrostatický tlak
Tlak způsobený kapalinou závisí na třech faktorech:
- Hladina kapaliny
- Hustoty kapalin
- Tlak na povrch kapaliny (objem páry)
Tlak ve spodní části sloupce kapaliny se zvyšuje s rostoucí výškou sloupce. Pokud ostatní faktory (jako je hustota kapaliny a tlak na povrchu kapaliny) zůstanou konstantní, tlak na základně 10metrového sloupce vody ve velké nádrži se bude rovnat tlak na základně 3stopého (10metrového) sloupce vody v menší nádrži.
Hustota kapaliny
O hustotě se často uvažuje jako o relativní hustotě.
Relativní hustota je poměr hustoty kapaliny k hustotě vody při určité teplotě. Hustota vody je 1000 kg/m3 při 50 °F (10 °C).
Teplota je uvedena při indikaci tlaku, protože teplota ovlivňuje hustotu. Hustota benzínu je 660 kg/m3 při 50 °F (10 °C). Chcete-li určit relativní hustotu benzínu, musíte vydělit hustotu benzínu hustotou vody:
Protože relativní hustota se nemění se změnami v jednotkách změny. Relativní hustota benzínu při 60 °F (15.6 °C) je vždy 0,66, i když jsou hustota benzínu a hustota vody vyjádřeny v různých jednotkách (například lb/cu ft):
Nyní můžeme vypočítat hladinu kapaliny z měření hustoty a výšky.
Hustota je hmotnost látky na jednotku objemu. Tekutiny, které jsou hustší, vytvářejí větší hydrostatický tlak než kapaliny, které mají nižší hustotu.
Hustota = hmotnost / objem
Změny teploty způsobují rozpínání nebo smršťování kapalin, což vede ke zvětšení nebo zmenšení jejich objemu, a tedy i hustoty. Proto jsou hodnoty hustoty obvykle uvedeny při konkrétní teplotě.
Tlak na povrch kapaliny
Povrchový tlak kapaliny je tlak působící na měřený sloupec kapaliny. V otevřené nádrži se tlak na povrchu rovná atmosférickému tlaku (tlaku vytvářenému zemskou atmosférou). Když se plyn přidá nad sloupec kapaliny v uzavřené nádobě, vytvoří se tlak na povrchu. Pokud se nad povrchem kapaliny vytvoří vakuum, působí na povrch menší než atmosférický tlak.
Přetlak – toto je název pro velikost tlaku převyšující atmosférický tlak. Přečtěte si více o senzorech přetlaku.
V uzavřené nádrži se tlak na hladině (parní prostor) často nazývá horní tlak. Pro přesné měření tlaku je třeba vzít v úvahu povrchový tlak.
Povrchový tlak se typicky měří a odečítá od tlaku v místě měření, aby se určil tlak tekutiny, zejména při výpočtu hladiny tekutiny.
Tlak plynu
Na rozdíl od kapaliny působí plyn stejným tlakem na všechny části nádrže, ve které se nachází. Tlak plynu ovlivňují dva faktory:
q Objem nádrže obsahující plyn
q Teplota plynu
V technologických procesech je obvyklé nazývat kapaliny a plyny médii.
Vztah mezi tlakem vytvořeným plynem a objemem nádoby obsahující plyn je známý jako Boylův zákon. Protože plyn může být stlačen, tlak plynu se zvyšuje úměrně se zmenšováním objemu nádoby, která jej obsahuje. Naopak, pokud se stejné množství plynu přesune do většího zásobníku, tlak se sníží úměrně se zvětšením objemu zásobníku (při konstantní teplotě).
Vztah mezi tlakem plynu a jeho teplotou je známý jako Charlesův zákon. Změny teploty ovlivňují tlak plynu. S rostoucí teplotou plynu roste energie jednotlivých molekul. Díky tomu molekuly plynu častěji a větší silou narážejí na stěny nádrže a zvyšuje se tlak na vnitřní stěny nádrže.
Pokud objem nádrže a množství plynu zůstanou nezměněny, mění se tlak plynu na stěny nádrže úměrně změně teploty plynu.
Tlak je nejdůležitějším parametrem při provozu hydraulických a pneumatických strojů, přístrojů, mechanismů a zařízení. Charakterizuje potenciální složku energie, kterou je stroj schopen přeměnit na užitečnou práci. Zařízení, které umožňovalo měřit skutečnou hodnotu tlaku – tlakoměr – vytvořili již v roce 1833 fyzikové Georg Parrott a Emil Lenz. Byl vynalezen k měření tlaku plynu. Od té doby uplynulo téměř 200 let a design zařízení se zásadně nezměnil. Přibližně ve stejné době byly nejprve v Evropě a poté v dalších zemích zavedeny jednotky pro měření tlaku kapalin a plynů:
Spolu s bary a pascaly se v Ruské federaci používají další nesystémové jednotky měření tlaku:
- kgf/cm²;
- mm vodního sloupce;
- mmHg;
- m vodního sloupce;
- technickou atmosféru.
Funkce: k označení těchto jednotek se nepoužívají dílčí násobky a vícenásobné předpony.
Jednotky tlaku a kapacity
Dnes je oficiální soustavou měrných jednotek soustava SI – SI. Jednotkou měření tlaku je jeden Pascal. Jeden Pascal je síla jednoho Newtonu působící na jeden čtvereční metr povrchu:
Při výpočtech se také používají kilopascaly a megapascaly. Jeden kilopascal obsahuje tisíc pascalů a jeden megapascal obsahuje milion:
Tlak se měří i v dalších veličinách – milimetrech rtuti, technických a fyzikálních atmosférách. V anglicky mluvících a některých evropských zemích se k měření tlaku používají libry na čtvereční palec.
Jednotky kapacity plynu
Každá jednotka s elektrickým, hydraulickým nebo mechanickým pohonem určená k přívodu stlačeného vzduchu se vyznačuje nejdůležitějším technickým parametrem – výkonem. Vyjadřuje množství/objem vzduchu vytvořeného za jednotku času: sekundu, minutu, hodinu. Základní hodnotou u kompresorů je zpravidla výkon v m³/hod. Používají se i další množství – litr za minutu (l/min), litr za sekundu (l/s), metr krychlový za hodinu (m³/hod). V evropských zemích se jako jednotka pro měření produktivity používají kubické stopy za minutu. 1CFM = 28,3168 l/min. 1 m³/min = 35,314 CFM.
Kolik bar je v 1 kgf/cm²?
Tabulka vztahů mezi hlavními jednotkami měření tlaku
| Jednotka | Převést na | Koeficient |
|---|---|---|
| 1 kilogram síly na centimetr 2 (kgf/cm 2) | bar | 0,980665 |
| 1 kilogram síly na centimetr 2 (kgf/cm 2) | MPa | 0,0980665 |
| 1 kilogram síly na centimetr 2 (kgf/cm 2) | KPa | 98,0665 |
| 1 kilogram síly na centimetr 2 (kgf/cm 2) | PSI | 14,22334 |
| 1 libra na palec 2 (PSI) | kgf/cm 2 | 0,07030696 |
| 1 libra na palec 2 (PSI) | bar | 0,06894757 |
| 1 bar | PSI | 14,50377 |
| 1 libra na palec 2 (PSI) | MPa | 0,006894757 |
| 1 megapascal (MPa) | PSI | 145,035 |
| 1 kilopascal (kPa) | bar | 0,01 |
| Lišta 1 | KPa | 100 |
| 1 megapascal (MPa) | bar | 10 |
| Lišta 1 | MPa | 0,1 |
| 1 technická atmosféra (atm) | MPa | 0.0980665 |
| 1 technická atmosféra (atm) | bar | 0,980665 |
| 1 megapascal (MPa) | bankomat | 9,869233 |
Shoda PSI s metrickými tlakovými jednotkami
*hodnoty jsou pro praktické účely zaokrouhleny
| PSI PSI 2 | KPa kilopascal | MPa Megapascal | bar Bar |
|---|---|---|---|
| 10 | 68,9 | 0,07 | 0,7 |
| 20 | 137,9 | 0,14 | 1,4 |
| 30 | 206,8 | 0,21 | 2,1 |
| 40 | 275,8 | 0,28 | 2,8 |
| 50 | 344,7 | 0,34 | 3,4 |
| 60 | 413,7 | 0,41 | 4,1 |
| 70 | 482,6 | 0,48 | 4,8 |
| 80 | 551,6 | 0,55 | 5,5 |
| 90 | 620,5 | 0,62 | 6,2 |
| 100 | 689 | 0,7 | 6,9 |
| 200 | 1,379 | 1,4 | 13,8 |
| 300 | 2,068 | 2,1 | 20,7 |
| 400 | 2,758 | 2,8 | 27,6 |
| 500 | 3,447 | 3,4 | 34,5 |
| 600 | 4,137 | 4,1 | 41,4 |
| 700 | 4,826 | 4,8 | 48,3 |
| 800 | 5,516 | 5,5 | 55,2 |
| 900 | 6,205 | 6,2 | 62,1 |
| 1’000 | 6,895 | 6,9 | 68,9 |
| 2’000 | 13,790 | 13,8 | 137,9 |
| 3’000 | 20,684 | 20,7 | 206,8 |
| 4’000 | 27,579 | 27,6 | 275,8 |
| 5’000 | 34,474 | 34,5 | 344,7 |
| 6’000 | 41,369 | 41,4 | 413,7 |
| 7’000 | 48,263 | 48,3 | 482,6 |
| 8’000 | 55,158 | 55,2 | 551,6 |
| 9’000 | 62,053 | 62,1 | 620,5 |
| 10’000 | 68,948 | 68,9 | 689 |
| 20’000 | 137,895 | 137,9 | 1,379 |
| 30’000 | 206,843 | 206,8 | 2,068 |
| 40’000 | 275,790 | 275,8 | 2,758 |
Druhy tlaku
Senzory a přístroje jsou schopny měřit různé tlaky. Zpravidla je to uvedeno v jejich charakteristikách.
- Absolutní tlak je hodnota ukazující skutečný, tzn. skutečný tlak tekutiny vzhledem k prostředí vakua. Pokud například změříte tlak vzduchu v normální den, bude se rovnat 1 atmosféře. Přepočteno na pascaly je výsledek 101 325. Právě tato hodnota odpovídá atmosférickému tlaku na hladině moře a je výchozí hodnotou pro všechny technické výpočty.
- Barometrický tlak je zjednodušeně řečeno tlak, kterým působí atmosféra na zemský povrch. Velikost tohoto tlaku závisí na nadmořské výšce, teplotě vzduchu a atmosférických podmínkách. Barometrický tlak se měří různými přístroji: rtuťovými, aneroidními a elektronickými barometry;
- Přetlak je kladný rozdíl mezi barometrickým a skutečně naměřeným tlakem. K měření nadměrného tlaku se používají tlakoměry. Přetlak ve skutečnosti ukazuje, o kolik je tlak pracovního média v uzavřeném okruhu vyšší než tlak atmosférický.
Méně často se používají pojmy diferenční a hydrostatický tlak. Poslední je tlak vodního sloupce nad konvenční úrovní.
Přístroje na měření tlaku
Všechny přístroje používané k měření tlaku jsou rozděleny do tří velkých skupin:
- manometry;
- vakuometry;
- barometry.
Vakuoměry se používají především v továrnách, zkušebních laboratořích a centrech. Tlakoměry a barometry se používají jak v průmyslu, tak v běžném životě. Pomocí posledně jmenovaného se měří atmosférický tlak.
Podle provedení se tlakoměry dělí na elektrické, mechanické a kapalinové.
Průmysl také vyrábí tlakoměry, které měří absolutní tlak, a diferenční tlakoměry. Činnost diferenčních tlakoměrů je založena na měření rozdílu tlaku kapaliny nebo vzduchu. Tento princip se využívá v systémech ochrany pneumatických a hydraulických obvodů lokomotiv, speciálních zařízení, zdvihacích strojů a mechanismů. Jakmile tlak v provozním okruhu klesne na minimální přípustnou hodnotu, zařízení se uvede do provozu a vypne napájecí okruh.
Tabulka poměrů jednotek měření výkonu
| m³/hod | m³/min | l/min | l/sec | CFM | |
|---|---|---|---|---|---|
| m³/hod | 1 | 1.667 * 10 -2 | 16.667 | 0.278 | 0.588 |
| m³/min | 60 | 1 | 103 | 16.6667 | 35.29 |
| l/min | 0.06 | 1 * 10 -3 | 1 | 1.667 * 10 -2 | 3.5 * 10 -2 |
| l/sec | 3.6 | 0.06 | 60 | 1 | 2.12 |
| CFM | 1.7 | 2.8 * 10 -2 | 28.57 | 0.47 | 1 |
Kupte si tlakové jednotky