Атмосферное давление - один из важнейших параметров окружающей среды. Оно оказывает существенное влияние на многие природные и технические процессы. Но что такое 1 атмосфера в современных единицах измерения давления?
История единицы "атмосфера"
Термин "атмосфера" произошел от греческих слов, означающих "пар" и "сфера". Изначально этим словом называли газовую оболочку вокруг Земли. Позже стали использовать для обозначения единицы давления, равной давлению воздуха на поверхности нашей планеты.
Существуют два основных вида атмосферы как единицы измерения:
- Физическая атмосфера - давление столба ртути высотой 760 мм при 0°C.
- Техническая атмосфера - давление силы 1 кгс, распределенное на 1 см2.
Ранее широко использовали понятия "избыточное давление в атмосферах" и "разреженное (вакуум) в атмосферах". Например:
- Избыточное давление = Абсолютное давление - Атмосферное давление
- Разрежение = Атмосферное давление - Абсолютное давление
Однако со временем от использования единицы "атмосфера" стали отказываться в пользу современных систем измерения. В настоящее время
атмосфера отнесена Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ) к единицам, которые должны быть изъяты из обращения.
В России разрешено применение только технической атмосферы без ограничения срока.
Современные единицы давления
В Международной системе единиц (СИ) основной является паскаль (Па). Определяется как давление в 1 Н на площадь 1 м2. Используются также кратные единицы: кПа, МПа.
На практике часто применяют бар - давление в 100 кПа или 105 Па. Это примерно равно:
- 1,02 кгс/см2
- 0,98 физических атмосфер
- 1,01 технических атмосфер
Другие распространенные единицы давления
Помимо паскалей и баров, в технической литературе можно встретить такие единицы как:
- мм ртутного столба (мм. рт. ст.)
- мм водяного столба (мм вод. ст.)
- кгс/см2
Между ними существуют следующие соотношения:
| 1 мм рт. ст. | = 133,3 Па |
| 1 мм вод. ст. | = 9,8 Па |
| 1 кгс/см2 | = 0,981 атм |
1 атмосфера равна другим единицам давления
Теперь давайте разберемся, как конвертировать атмосферы в современные единицы с максимальной точностью.
- 1 атмосфера равна 101 325 Па
- 1 атмосфера равна 0,98692 МПа
- 1 атмосфера равна 1,0332 кг на см2
Округляя значения, получаем приближенные соотношения:
- 1 атмосфера равна 0,1 МПа
- 1 атмосфера равна 1 бар
Анализ погрешностей перевода
Точность перевода атмосфер в другие единицы зависит от допустимой погрешности вычислений. Чем выше требования к точности, тем ближе значения к приведенным в таблице.
Если допустимая погрешность 0,5%, то 1 атмосфера равна 0,98 барам.
При снижении требований к точности используют более простые соотношения между единицами давления, например 1 атмосфера равна 1 бару или 0,1 МПа.
Применение на практике
Правильный перевод атмосфер в современные единицы необходим при расчетах давления в гидравлических системах, газопроводах, резервуарах высокого давления и другом промышленном оборудовании.
Расчет давления в трубопроводах
Рассмотрим конкретный пример. Необходимо определить максимально допустимое давление в трубопроводе диаметром 250 мм с толщиной стенки 12 мм. Материал труб - сталь 09Г2С. Предел прочности данной стали составляет 500 МПа или 5000 кгс на см2.
- Переводим предел прочности стали в атмосферы:
- 5000 кгс/см2 = 5000 x 0,981 = 4900 атм
- Рассчитываем допускаемое напряжение с учетом коэффициента запаса прочности:
- 4900 атм / 2,5 = 1960 атм
- Вычисляем давление по формуле Ламе:
- P = 1960 атм x (250 - 2 x 12) / (250 + 12) = 1820 атм
- Переводим результат в МПа:
- 1820 атм x 0,1 МПа/атм = 182 МПа
Итого, максимально допустимое давление в данном трубопроводе составляет 182 МПа.
Выбор контрольно-измерительных приборов
Для контроля давления в системах часто используют различные датчики и манометры. Правильный выбор диапазона измерений таких устройств - важная задача.
В нашем случае, учитывая полученное максимальное давление в 182 МПа, выберем:
- манометр с верхним пределом 200 МПа;
- датчик давления с диапазоном 0-250 МПа.
Это позволит с запасом контролировать параметры системы, не выходя за границы шкалы приборов.
Оформление технической документации
При составлении технической документации на оборудование, работающее под давлением, очень важно правильно записывать единицы измерения.
Например, в паспорте к сосуду высокого давления должны быть указаны:
- Рабочее давление в МПа или кгс/см2
- Пробное давление при испытаниях в МПа или кгс/см2
- Максимально допустимое давление в МПа или кгс/см2
Недопустимо указывать давление в устаревших единицах типа:
- атмосферы;
- мм или м водяного/ртутного столба.
Автоматизация расчетов давления
Для упрощения переводов между различными единицами давления можно воспользоваться специальными онлайн-калькуляторами или создать собственные таблицы в Excel.
Например, формула для перевода атмосфер в МПа в Excel:
- =А1*0,101325
Где А1 - ячейка со значением давления в атмосферах. Такие формулы позволяют быстро пересчитывать параметры системы.
