Виды давления

Виды давления — это способы отсчёта давления относительно разных начал: абсолютного нуля или атмосферного давления. На практике различают абсолютное, избыточное (манометрическое) и вакуумметрическое давление, а отдельно рассматривают барометрическое (атмосферное) давление, относительно которого ведётся отсчёт. Понимание видов давления определяет правильный выбор датчика или манометра, корректную обработку показаний и однозначность технической документации.

Ниже разобраны все основные виды давления, связь между ними, роль барометрического давления и единицы измерения. Терминология и числовые значения приведены по действующим стандартам.

Что такое давление и от чего его отсчитывают

Давление — физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно к поверхности, к площади этой поверхности. В Международной системе единиц (СИ) давление измеряют в паскалях.

Одно и то же физическое состояние среды можно описать разными числами в зависимости от того, от какого начала ведётся отсчёт. Вид давления определяется именно точкой отсчёта: абсолютным нулём (полное отсутствие давления) или текущим атмосферным давлением. Отсюда и вытекают три основных вида: абсолютное, избыточное и вакуумметрическое.

Абсолютное давление

Абсолютное давление (Pабс) отсчитывается от абсолютного нуля — состояния полного вакуума. Это результирующее давление, действующее на среду с учётом атмосферного. Абсолютное давление всегда положительно и не может быть меньше нуля.

Абсолютное давление применяют в термодинамических расчётах, где уравнения состояния газов оперируют именно абсолютной величиной, а также там, где показания не должны зависеть от колебаний атмосферного давления. Приборы, измеряющие эту величину, — манометры абсолютного давления; их измерительная ячейка изолирована от атмосферы.

Абсолютное давление — единственный вид, отсчитываемый от абсолютного нуля; именно оно фигурирует в физических уравнениях состояния.

Избыточное (манометрическое) давление

Избыточное давление (Pизб) — это величина, на которую абсолютное давление среды превышает атмосферное. Его также называют манометрическим, поскольку именно избыточное давление показывает обычный технический манометр: при сообщении измерительной ячейки с атмосферой прибор отсчитывает разность между давлением в системе и окружающим воздухом.

Нулевое избыточное давление означает, что абсолютное давление в системе равно атмосферному. Избыточное давление — наиболее распространённая в технике величина: по нему подбирают оборудование и трубопроводную арматуру, ведут классификацию сосудов и трубопроводов, наносят маркировку.

Вакуумметрическое давление

Вакуумметрическое давление (Pвак), или вакуум, — это величина, на которую абсолютное давление среды меньше атмосферного, то есть недостаток давления до атмосферного. Возникает, когда абсолютное давление в системе ниже барометрического. Измеряется вакуумметром.

Вакуумметрическое давление можно рассматривать как отрицательное избыточное давление: если избыток над атмосферой выражают положительными значениями, то разрежение — отрицательными. Максимальное по модулю вакуумметрическое давление достигается при абсолютном нуле и по величине равно текущему атмосферному давлению.

Приборы для одновременного измерения избыточного и вакуумметрического давления называют мановакуумметрами. Малые значения избыточного давления в газовых средах измеряют напоромерами, а малые значения разрежения (тягу) — тягомерами.

Барометрическое (атмосферное) давление

Барометрическое давление — это абсолютное давление атмосферного воздуха у поверхности Земли. Именно относительно него отсчитывают избыточное давление и вакуум. Измеряют его барометром; барометр по сути является манометром абсолютного давления для атмосферы.

Атмосферное давление непостоянно: оно зависит от высоты над уровнем моря, ускорения свободного падения и метеоусловий. Нормальное атмосферное давление принято равным 101 325 Па (101,325 кПа), что соответствует 760 мм рт. ст. и одной физической атмосфере.

Связь между видами давления

Все виды давления связаны через атмосферное (барометрическое) давление. Базовое соотношение выражает абсолютное давление как сумму атмосферного и избыточного:

Ключевые опорные точки: нуль избыточного давления совпадает с текущим атмосферным давлением, а нуль абсолютного давления — с абсолютным вакуумом. При абсолютном вакууме избыточное давление по модулю равно атмосферному со знаком «минус».

Единицы измерения давления

Единица давления в СИ — паскаль (Па): это давление, вызываемое силой в один ньютон, равномерно распределённой по площади один квадратный метр (1 Па = 1 Н/м²). Паскаль вместе с кратными и дольными единицами (кПа, МПа) — основная единица давления в технике. Поскольку паскаль — малая величина, на практике применяют также ряд внесистемных единиц.

Обозначение единицы не заменяет указания вида давления. В документации вид давления указывают явно (абсолютное, избыточное, вакуумметрическое), поскольку одно и то же число в разных шкалах описывает разные состояния среды.

Как выбрать вид давления и прибор

1. Определите задачу измерения. Для технологического контроля в трубопроводах и сосудах обычно нужно избыточное давление; для термодинамических расчётов и процессов, чувствительных к колебаниям атмосферы, — абсолютное.
2. Оцените диапазон. Если давление среды может опускаться ниже атмосферного, потребуется вакуумметр или мановакуумметр, охватывающий и разрежение, и избыток.
3. Подберите прибор по виду давления. Манометр — избыточное, вакуумметр — разрежение, мановакуумметр — обе области, манометр абсолютного давления — абсолютное, барометр — атмосферное.
4. Согласуйте единицы. Приводите значения к единицам СИ (Па, кПа, МПа) или к принятым отраслевым, следя за единообразием в документации.
5. Зафиксируйте вид давления. В паспортах, расчётах и на шкалах явно указывайте, какое давление измеряется, чтобы исключить ошибки при пересчёте.

Частые вопросы