В чем измеряется давление кгс см2. Давление воды в водопроводе: единицы измерения, нормы, способ расчета

Что общего между человеком и рыбой? На первый взгляд ничего. Но, оказывается, что мы являемся обитателями океана. Только рыбы - водного мирового, а человек - воздушного атмосферного. Тогда почему же мы не можем свободно существовать на дне морском, да и рыбам в нашем атмосферном океане, мягко говоря, неуютно?

И ещё десяток вопросиков.

Начнём с главного. Давление - это физическая величина, являющаяся характеристикой способности вещества, в любом из трёх состояний, действовать на ту поверхность, с которой оно соприкасается. В самом понятии давления прописаны три фактора, от которых зависит величина давления:
фактор первый: сила, так как любое действие связано с ней, значит и давление напрямую связано с этой величиной;
фактор второй: поверхность, вернее её площадь, на которую давят;
фактор третий: способность самого вещества действовать с определённой силой на поверхность, с которой соприкасается.

Для определения давления используют формулу, которая в общем виде является универсальной для твёрдых тел, жидкостей, газов:

Запомнить! Сила давления и площадь поверхности - взаимно перпендикулярны.

Учитывая, что мировой океан - это жидкость, а воздушный - газ, попробуем разобраться именно в особенностях давления в жидкостях и газах. Молекулы газообразных веществ, свободно двигаясь во всех направлениях, беспорядочно ударяют по телам, которые находятся в них и по ограждающим стенкам. При этом оказывают одинаковое давление по всем направлениям. Молекулы жидкости такой свободы передвижения не имеют, а давление оказывают верхние слои на нижние, его называют - гидростатическим.

Запомнить! На уровне одного слоя давление в жидкости одинаково во всех направлениях.

Чем больше верхний слой, тем большее давление жидкость оказывает по всему периметру. Определяется оно с помощью формулы

P=ρgh

Для газов такая формула так же применима, особенно когда h (высота) имеет большое значение. У жидкостей есть одна особенность: попадая в ёмкость, она под действием силы тяжести занимает нижнюю часть объёма, а верхний слой остаётся свободным. Это касается и простого стакана с чаем, и океанической выемки. А что сверху? А сверху вся толщ воздушной атмосферы Земли. Поэтому, на обитателей морских глубин "давит" не только слой воды, но и атмосфера. Человек же приспособлен только к действию нагрузки атмосферы. Получается, что любое значение давления на Земле прямо или косвенно, но зависит от атмосферного давления.

Как же определить, какое давление оказывается? Прежде всего необходимо знать, в каких единицах оно измеряется. Определение единиц измерения давления напрямую связано с развитием технической мысли. Так, за 300 лет до нашей эры Аристотель ломал голову над тем, почему вода поднимается при работе поршня насоса. Он, как всегда, сделал несколько философское утверждение, что "вода не терпит пустоты". Слова древнего философа не подвергались сомнению до тех пор, пока в 1638 году герцогу Тосканскому не захотелось украсить Флоренцию фонтанами. Оказалось, что вода не поднималась более чем на 10,3 м и пустота ничем не помогала, а, наоборот, "нечто" не давало жидкости подниматься выше. Сам Галилей не смог объяснить причину такого поведения воды.

Только его ученик, Эванджелиста Торричелли, смог поставить опыт, в результате которого определил, что любая жидкость поднимается вверх до тех пор, пока давление её столба не уравновесится давлением атмосферы. Опыты Торричелли проводил со ртутью и определил фактически первую единицу измерения давления - миллиметр ртутного столба.

Дальнейшие научные работы по изучению давления газа и жидкости, позволили ввести единую единицу измерения давления - Па (паскаль). Давление в Паскалях измеряется в Международной системе единиц (СИ), но существует ещё несколько единиц измерения в других системах:

Бар (bar) - равен примерно одной атмосфере или давлению столба воздуха массой 1 кг на каждый квадратный сантиметр Земной поверхности;
Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), применяется, в основном, в метрологии;
Атмосфера - различают техническую (at) и физическую (atm), значение которых соответствует атмосферному давлению в пределах уровня Мирового океана;
Метр водяного столба (m H2O) - используется в узких областях техники, например, гидравлике;
Дюйм ртутного столба (inHg) как внесистемная единица определяет атмосферное давление в США в прогнозах погоды, а так же узкоспециализированное применение в авиации;

Фунт на квадратный дюйм (psi), очень узкое применение.
Существуют взаимные соотношения между всеми перечисленными единицами измерения

1 бар = 105 Па = 0,98692 атм = 750,06 мм.рт.ст. = 10,197 м.вод.ст.

1 мм.рт.ст. = 133,3 Па =1,2*10 -3 бар = 1,32*10 -3 атм = 13,595*10 -3 м.вод.ст.

Запомнить все соотношения не так просто, а таблица перевода одних единиц измерения в другие очень будет кстати. Но сидение с калькулятором - это прошлый век, можно воспользоваться удобной онлайн программой пересчета, которая все громоздкие вычисления выполнит за несколько секунд.

За многие века существования, человечество привыкло нести на себе давление атмосферы. Постоянно на каждую клеточку человеческого организма слой воздуха давит с силой 1471103 Н, а в среднем давление атмосферы равно 10 5 Па.

Наш организм адаптировался к этим значениям, но при погружении под воду или при восхождении в горы, изменение давления может стать угрозой для жизнедеятельности.

Если посмотреть глазами физика, можно очень много интересного "из жизни давления" увидеть:

благодаря давлению атмосферы мухи ползают по потолку, так как на лапку-присоску (под ней вакуум) действует только внешнее давление и муха спокойно висит на потолке;
жизненные соки поднимаются вверх по стволу деревьев благодаря давлению;
кровь в сосудах движется под давлением: в артериях - 80-120 мм.рт.ст, в венах - 50-100 мм.рт.ст.

Embed Embed this video on your site

где F-сила, ньютон, Н; S- площадь, m2.

Единица 1 Н/м2 = 1 Па, а 1 атм = 101325 Па, внесистемная единица давления "бар" равна 105 Па.Для измерения давления широко применяют ртутные и водяные манометры. С ними связаны еще две единицы измерения давления: миллиметр ртутного столба, сокращенно - мм рт. ст., или торр, и миллиметр водяного столбе сокращенно - мм вод. ст., или мм Н2O.

Обозначение единицы давления "торр" связано с именем Торричелли, Эванджелиста (1608 - 1647) - итальянского физика и математика, ученика Г. Галлилея. Торричелли впервые изобрел ртутный барометр. Единица давления 1 торр равна гидростатическому давлению столба ртути высотой 1 мм на плоское основание при 0 °С. Единица давления 1 мм вол. ст. равна гидростатическому давлению столба воды высотой 1 мм на плоское основание при +4 °с

Соотношения между единицами измерения давления: 1 торр = 133,322 Па 1 атм = 760 торр, 1 торр = 13,5951 мм вод. ст., 1 мм вод. ст. = 9,807 Па = 7,678-10 -2 торр.

Для измерения давления применяют жидкостные, мембранные, пружинные, тепловые и электрические манометры различных конструкций с использованием простых и сложных электронных и оптических схем.

Манометры, предназначенные для измерения атмосферного давления, называют барометрами (от греч. baros - тяжесть и metreo - измеряю), для измерения давления ниже атмосферного - вакуумметрами, а для измерения разности двух давлений ни одно из которых не является атмосферным, - дифманотрами, или дифференциальными манометрами.

Жидкостные манометры. Жидкостные манометры - самые простые и точные приборы для измерения давления. В таком приборе измеряемое давление (или вакуум) либо разность давлений уравновешиваются давлением столба манометрической жидкости, заполняющей прибор. Диапазон измерения давления жидкостными манометрами - от 10 -4 до 10 5 Па (или от 10 -6 до 760 торр).

Жидкостные манометры делят на две большие группы: барометры и вакуумметры. Их применяют в основном для определения давления в лабораторных условиях и для проверки других манометров.

Манометрической жидкостью в жидкостных манометрах чаще всего является ртуть, а при малых диапазонах измерения давления - вода, этанол, толуол, силиконовое масло.

Ртуть в обычных условиях имеет очень небольшое давление пара и обладает неизмеримо малой способностью растворять газы.

Рис. 241. Ртутный барометр (в). Высота мениска (б). U-образный барометр с отрытым коленом (в) и U-образный дифбарометр (г)

Однако высокое поверхностное натяжение ртути приводит к тому, что ее мениск даже в достаточно широких трубках имеет выпуклый вид. Обусловленная этим явлением погрешность измерений для манометрических трубок с внутренним диаметром 8 мм составляет около минус 0,07 мм, а при диаметре 16 мм -примерно минус 0,01 мм.

Ртутные барометры делят на чашечные с вертикальным расположением барометрической трубки, U-образные и на приборы с наклонной барометрической трубкой.

В первом типе приборов чашка 5 (рис. 241,а), наполненная ртутью, непосредственно сообщается с атмосферой через защитный патрон 6, а барометрическая трубка 3 имеет запаянный конец и снабжена наружной шкалой 1 с подвижной шкалой-нониусом 4, позволяющей измерять положение мениска ртути с погрешностью ±0,1 мм. Положение мениска ртути и определяет внешнее атмосферное давление в мм рт. ст. Защитный патрон 6 служит для предотвращения попадания пыли на открытую поверхность ртути в сосуде 5. Он содержит активированный уголь, пропитанный иодом, и закрыт с двух сторон полимерной ватой. Такой фильтр защищает ртуть от пыли и одновременно не позволяет проникать пару ртути из сосуда 5 в помещение.

Для приготовления адсорбента 20 г активированного угля пропитывают раствором, содержащим 5 г иода в 50 мл метанола, отфильтровывают и высушила воздухе.

Прежде чем проводить какие-либо отсчеты, барометр устанавливают строго вертикально по отвесу 7. Отклонение на 1° от вертикали вызывает погрешность в измерении давления ±0,1 мм при высоте столбика ртути h=760 торр.

Отсчет значения h, берут от нижней нулевой точки шкалы когда острие 8 касается поверхности ртути, до верхней линии 0-0 мениска ртути в трубке 3 (рис. 241,6). При оценке положения мениска он должен находиться на уровне глаз. Вследствие отражения делений шкалы, нанесенных на трубку, от поверхности ртути, положение верхней точки мениска трудно заметить. Поэтому отсчет для барометрических трубок с нанесенными на них делениями рекомендуют брать на фоне передвижном полости бумаги или стекла, имеющей одну половину черную -другую белую (см. рис. 81,е). Окулярную нить зрительной трубы для отметки 0-0 (на рис. не показана) устанавливают так, чтобы деления шкалы, если она нанесена на барометрическую трубку оказались сбоку, а не перед глазами.

Истинное расстояние h отвечающее температуре 1 между острием 8 и верхней точкой мениска 0-0 на шкале, отличается из-за термического расширения шкалы от произведенного отсчета ht и равно:

где отсчет по шкале при температуре t, - температура, при которой градуировалась шкала; а - коэффициент линейного расширения материала шкалы; значения а для стекла и латуни равны соответственно 1 10 -5 и 2 10 -5 на 1 °С.

После приведения значения ht, к истинному ht0 вносят еще и температурную поправку. Тогда

(10.3)

где beta - коэффициент объемного расширения ртути, равный 1,8168*10 -4 на 1 °С в температурном интервале 0-100 o C.

Эта поправка приводит объем ртути, отвечающий температуре t, к объему, занимаемому ею при 0 °С. Поэтому ртутные манометры в процессе измерения давления должны быть защищены от изменения температуры вдоль барометрической трубки. Погрешность в оценке температуры на 1 °С будет соответствовать погрешности 0,12 мм при определении давления.

Если ртутный барометр содержит над ртутью остаточный воздух, то исключить его влияние на показания прибора можно только калибровкой такого барометра по образцовому прибору

Ртутный барометр U-образного типа с открытым концом (рис. 241,в) имеет около изгиба сужение 3 для того, чтобы резкие колебания давления не привели к выбросу ртути. Этот типы манометров широко применяют для измерения давлений от 5 до 300 торр. При измерениях трубку 4 соединяют с системой повышенного давления, а трубку 1, снабженную шкалой 2, оставляют открытой на атмосферу.

Тогда давление в системе, связной с манометром через трубку 4, будет равно алгебраической сумме показаний барометра, расположенного вблизи, и данного барометра.

В показания этих двух барометров вносят все поправки, рассмотренные выше при описании барометра. Наиболее серьезным источником погрешностей является капиллярное понижение мениска ртути. В табл. 35 приведены поправки на это явление, которые прибавляют к наблюдаемой высоте ртутного столба.

Данными табл. 35 можно пользоваться только при работе с совершенно сухой и чистой ртутью. Из табл. 35 видно, что применение для манометров трубок небольшого внутреннего диаметра приводит к неприемлемо высоким значениям капиллярного понижения мениска ртути, которое сильно зависит от высоты мениска 1. Поэтому применять для ртутных Урометров и манометров трубки с диаметром меньше 8 мм не Рекомендуют.

Если сечения левой и правой трубок барометра и манометра одинаковы и мениски ртути имеют одну и ту же высоту l, то никаких добавочных измерений проводить не нужно. Если же диаметры трубок разные и мениски ртути не одинаковы по высоте, то следует ввести поправку, представляющую собой разить поправок для верхнего и нижнего менисков.

Рис. 242. Наклонный барометр (а) и U-образный вакуумметр (б)

Перед началом измерений U-образным барометром проводят проверку нуля, соединив с атмосферой оба колена а в дифбарометре (рис. 241,г), соединив оба колена между собой при помощи крана 3 при закрытых кранах 1 и 2 По закону сообщающихся сосудов уровни в обоих коленах при этом устанавливаются на одной горизонтали. Перемещая шкалу 4 вверх или вниз, совмещают ноль шкалы с этой горизонталью.

Наклонный барометр с открытым концом 1 (рис. 242,а) обладает более высокой чувствительностью к изменениям давления по сравнению с U-образным вертикальным барометром. В наклонном колене 3 ртуть продвигается на большее расстояние 1 и измеряемое давление ее столба по шкале 2 равно

(10.4)

где α - угол наклона трубки к горизонтали.

Жидкостные вакуумметры - приборы для измерения небольших давлений газа в системе (вакуум от лат. vacuum - пустота). Вакуум считают низким, если давление соответствует 100 - Па Па (примерно, 1 - 100 торр), среднему вакууму отвечает давление от 100 до 0,1 Па, и высокому - от 0,1 до 10 -6 Па.

Для измерения низкого вакуума в интервале 600 - 4*10 -4 Па (5 - 300 торр) в лабораториях широко используют U-образный вакуумметр (рис. 242,6). Он является составной частью любой установки по вакуумной перегонке жидкостей (см. разл-8.4).

Высота вакуумметрической трубки 1 определяет значение измеряемого давления. Внутренний диаметр этой трубки равен 9-10 мм.

Критерием отсутствия воздуха в трубке 1 служит появления резкого звука, когда ртуть ударяется в запаянный конец трубки Если в трубке 1 виден хотя бы мельчайший пузырек воздуха вакуумметр нельзя использовать.

В чем измеряется давление воды в водопроводе холодного или горячего водоснабжения? Каким образом снимаются замеры давления? Существуют ли какие-то нормативные границы его значения? В этой статье мы постараемся ответить на эти вопросы, а заодно научиться рассчитывать падение давления в водопроводе с известными параметрами.

Единицы

Для начала выясним, какие единицы измерения давления воды в водопроводе используются в настоящее время.

Атмосфера

Эта единица соответствует атмосферному давлению на уровне моря. Здесь, однако, есть небольшая тонкость: речь идет об избыточном давлении относительно атмосферного. Его значение в водопроводе в 0,2 атмосферы, показанное манометром, соответствует абсолютному значению в 1,2 атмосферы.

Полезно: вместо слова «атмосфера» часто используется равноценное понятие — кгс/см2.
Физический смысл единицы — усилие, с которым масса в 1 кг при земном ускорении свободного падения будет давить на площадь в 1 см2.

Бар

Устаревшая единица измерения, заимствованная из использовавшейся до СИ системы измерений СГС. О ней достаточно знать, что бар приблизительно (с точностью около 2%) равен атмосфере. Довольно часто манометр для измерения давления воды в водопроводе имеет две шкалы — в барах и мегапаскалях.

Мегапаскаль

Паскаль соответствует одному ньютону на квадратный метр поверхности. Поскольку масса в один килограмм давит на основание с силой в 9,8 ньютонов, 1 мегапаскаль примерно соответствует 9,8 кгс/см2. Иногда это значение округляют до 10.

Напор

Под понятием напора, измеряемого в метрах, понимается высота водяного столба, соответствующая определенному избыточному давлению. Как узнать напор при известных показаниях манометра в кгс/см2? Достаточно просто умножить их на 10: одна избыточная атмосфера способно поднять водяной столб на 10 метров.

Замеры

Прибор для измерения давления воды в водопроводе, как известно, называется манометром. Цена наиболее доступных манометров начинается примерно от 150-200 рублей; впрочем, цифровые устройства могут обходиться в единицы и даже десятки тысяч.

Способ измерения интересующего нас параметра своими руками прост донельзя:

1. Подмотанный льном или другим герметизирующим материалом прибор вкручивается в контрольный вентиль .
2. Вентиль открывается, после чего снимается замер .

Контрольные вентиля для снятия замеров всегда присутствуют в элеваторном узле (подача, обратка и смесь после элеватора) и в водомере (как правило, до и после счетчика). При необходимости снять замер в произвольной точке системы водоснабжения это несложно сделать, вкрутив манометр вместо заглушки в один из стояков и запустив его.

Как всегда, есть ряд тонкостей.

• Чтобы составить детальную картину работы водопровода, измерения нужно проводить в пик водоразбора, приходящийся на вечерние часы.
• Постоянно подключенный к водопроводу прибор довольно часто «залипает»: стрелка застревает в одном положении. Чтобы этого не произошло, вместо контрольного вентиля ставится трехходовой кран с дренажным отверстием, позволяющий сбросить воду из его корпуса после замера.

• постоянно снимаемого прибора быстро изнашивается. Решить проблему поможет простая инструкция: снабдите манометр стальным удлинителем.

Нормативы

Вот нормы давления воды в водопроводе, содержащиеся в действующем СНиП 2.04.01-85.

Как несложно подсчитать, давление воды в городском водопроводе в общем случае может отличаться от его значения на верхнем этаже всего на 0,25 МПа, что соответствует напору в 25 метров. При большей высоте здания на средних этажах должна устанавливаться промежуточная подкачка.

На фото — интерьер насосной станции.

На практике типовые значения давления в трассах и магистралях таковы:

• ХВС — 3 — 4 кгс/см2.
• ГВС — 3,5 — 6,5 кгс/см2.

Падение напора

При токе на выходе будет меньше, чем на входе.

Падение определяется несколькими факторами:

1. Диаметром трубы.
2. Ее длиной.
3. Шершавостью ее стенок.

1. Скоростью потока в ней.

Для расчета используется формула H = iL(1+K).

В ней:

• H — падение напора в метрах. Чтобы перевести его в атмосферы, достаточно полученное значение разделить на 10.
• i — гидравлический уклон, определяющийся диаметром, материалом трубы и скоростью потока в ней.
• L -длина трубы в метрах.
• K — коэффициент, для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения принимаемый равным 0,3.

Где взять значение гидравлического уклона? В так называемых таблицах Шевелева. Приведем фрагмент одной из них, актуальной для новой стальной трубы размером ДУ15.

Значение 1000i — это гидравлический уклон при протяженности трубы в 1 км. Чтобы рассчитать значение i для погонного метра, достаточно разделить его на 1000.

Так, для стальной трубы ДУ15 длиной 25 метров при расходе воды через нее в 0,2 л/с падение напора составит (360,5/1000)*25*(1+0,3)=11,7 метра, что соответствует разнице давлений в 1,17 кгс/см2.

Заключение

Надеемся, что предложенная информация поможет читателю в реализации его собственных проектов. Узнать больше о том, какое давление воды в водопроводе считается нормой, позволит видео в этой статье. Успехов!