Jednostki ciśnienia i sposoby określania jego wartości

Atmosfera techniczna [at] (1 at = 1 kG/cm2).

Ciśnienie o wartości 1 at oznacza, że na powierzchnię 1 cm2 naciska siła 1 kG.

W obowiązującym od wielu lat układzie jednostek SI, jednostką siły jest 1 niuton [N]. Nie ma w układzie jednostek SI jednostki kilogram siły [kG], dlatego ta jednostka siły nie jest już używana. Ciśnienie jest więc określane w paskalach [Pa] 1 Pa = 1 N/m2

Ciśnienie o wartości 1 Pa oznacza, że na powierzchnię 1 m2 naciska siła 1 N. 

W praktyce są stosowane jednostki wielokrotne jednostki paskal [Pa]. Są one następujące i są w następującej relacji do jednostki paskal [Pa]:

hektopaskal [hPa] - 1 hPa = 102 Pa = 100 Pa

kilopaskal [kPa] - 1 kPa = 103 Pa = 1000 Pa

megapaskal [MPa] - 1 MPa = 106 Pa = 1000000 Pa

Większość aktualnie oferowanych do sprzedaży manometrów jest wyskalowana w megapaskalach [MPa] lub w kilopaskalach [kPa].

Jakie są różnice w przeliczeniach wartości ciśnień gdy podane są różne jednostki?

Dwiema najczęściej stosowanymi w praktyce jednostkami ciśnień są:

atmosfera techniczna [at] - jest to jednostka używana jeszcze ze względów praktycznych, „z przyzwyczajenia”, mimo że oficjalnie nie jest już jednostką obowiązującą;

paskal [Pa] lub jej jednostki wielokrotne - są to jednostki obowiązujące.

Zależność pomiędzy wartościami ciśnienia podawanymi w atmosferach technicznych [at], a podawanymi w paskalach [Pa], jest następująca:

1 at = 98066,5 Pa

Dla praktyki warsztatowej całkowicie wystarczające jest następujące przybliżenie:

1 at »100000 Pa

W praktyce warsztatowej można stosować następujące zależności pomiędzy ciśnieniem podanym w atmosferach technicznych [at] a ciśnieniem podawanym w jednostkach wielokrotnych jednostki paskal [Pa]:

1 at »1000 hPa = 100 kPa = 0,1 MPa

Można również stosować następujące zależności pomiędzy ciśnieniem podanym w jednostkach wielokrotnych jednostki paskal [Pa] a ciśnieniem podanym w atmosferach technicznych [at]:

- 1 hPa »0,001 at

- 1 kPa »0,01 at

- 1 MPa »10 at

- 0,1 MPa »1 at

W kraju jest wiele urządzeń pomiarowych wyskalowanych w innych jednostkach ciśnienia lub wartości ciśnień podawanych w tych jednostkach, np. w dokumentacjach serwisowych:

- bar [bar] (ma taką samą nazwę i oznaczenie jednostki).

- milimetr słupa rtęci [mmHg]

- centymetr słupa rtęci [cmHg]

- cal słupa rtęci [inHg]

- kilopond na centymetr kwadratowy [kp/cm2]

W praktyce warsztatowej, dla najczęściej spotykanych jednostek, można przyjąć następujące przeliczenia:

- 1 bar = 10000 Pa »1 at

- 1 mmHg »133,3 Pa = 0,1333 kPa

- 1 kPa »7,5 mmHg

- 1 at »750 mmHg

- 1 cmHg = 10 mmHg

- 1 inHg »25,4 mmHg »3385,8 Pa »3,3858 kPa

- 1 kPa »0,295 inHg

- 1 kp/cm2 = 1 at

Przykłady przeliczeń jednostek

Jeśli z pomocą ręcznej pompki podciśnieniowej trzeba uzyskać podciśnienie 300 milimetrów słupa rtęci [mmHg], ale skala manometru jest wyskalowana w atmosferach technicznych [at], to należy wykonać następujące przeliczenie:

ponieważ: 1 mmHg = 0,1333 kPa

więc: 300 mmHg = 300 » 0,1333 kPa = 39,99 kPa » 40 kPa

Trzeba jeszcze przeliczyć ciśnienie z kilopaskali [kPa] na atmosfery techniczne [at], wykorzystując zależność:

1 kPa  0,01 at

Po przeliczeniu otrzymujemy więc:

40 kPa » 0,40 at

Jeśli skala manometru jest wyskalowana w calach słupa rtęci [inHg], a wskazówka pokazuje ciśnienie 13 inHg, to aby przeliczyć wynik na kilopaskale [kPa], jednostkę stosowaną w naszym kraju i bardziej znaną, należy wykonać następujące przeliczenie:

ponieważ: 1 inHg » 3,3858 kPa

więc: 13 inHg » 13 ´ 3,3858 kPa = 44,01 kPa » 44 kPa

Jeśli trzeba stale przeliczać jednostki, to warto przygotować tabele przeliczeniowe.

Jak można określać wartości ciśnień?

Są dwa sposoby określania wartości mierzonego ciśnienia:

- przez porównanie wartości mierzonego ciśnienia z ciśnieniem panującym w próżni;

- przez porównanie wartości mierzonego ciśnienia z ciśnieniem otoczenia, zwanym w skrócie ciśnieniem atmosferycznym, które na nas oddziałuje.

Względem ciśnienia panującego w próżni.

W idealnej próżni ciśnienie nie występuje - wynosi zero (niezależnie od jednostek ciśnienia). Każde ciśnienie, jest większe od ciśnienia panującego w idealnej próżni, dlatego wartość ciśnienia występującego w idealnej próżni jest stosowana jako odniesienie przy wyznaczaniu tzw. ciśnienia absolutnego. Określenie „ciśnienie absolutne” oznacza, że wartość danego ciśnienia porównujemy do ciśnienia występującego w próżni.

Na rys.1, na lewej osi, jest naniesiona skala dla podawania ciśnień w skali absolutnej. Ciśnienie atmosferyczne oznaczone jako paa, wynosi w przybliżeniu: 0,1 MPa lub 100 kPa lub 1000 hPa lub 1 at lub 750 mmHg. W rzeczywistości, jego wartość ulega zmianie. Aktualną wartość ciśnienia atmosferycznego, w [mmHg] lub [hPa], w odniesieniu do określonego miejsca np. płyty lotniska Okęcie w Warszawie, podają komunikaty pogodowe. Ze zmianą wysokości pomiaru nad poziomem morza, wartość ta ulega zmianie. Maleje przy wzroście wysokości i rośnie przy obniżaniu wysokości w stosunku do poziomu morza. Podane wartości ciśnienia atmosferycznego można przyjąć jako stałe, jeśli nie przebywamy w miejscach położonych na znacznych wysokościach w stosunku do poziomu morza.

Względem ciśnienia atmosferycznego.

Z tym sposobem podawania ciśnienia można się spotkać w praktyce warsztatowej na co dzień. Jako ciśnienie odniesienia, jest przyjmowane aktualne ciśnienie atmosferyczne. W tym wypadku wartość jego jest przyjmowana jako zero. Na rys.1, na prawej osi, jest naniesiona skala dla określania ciśnień w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego.

Przy tym sposobie określania ciśnień rozróżniamy:

- podciśnienie, informujące o ile dana wartość ciśnienia jest mniejsza od ciśnienia atmosferycznego - na rys.1, podciśnienie jest oznaczone symbolem pp1; jeśli nie jest używany termin „podciśnienie”, należy wartość ciśnienia poprzedzić znakiem minus (-);

- nadciśnienie, informujące o ile dana wartość ciśnienia jest większa od ciśnienia atmosferycznego - na rys.1 nadciśnienie jest ono oznaczone symbolem pn2; jeśli nie jest używany termin „nadciśnienie”, to wartość dodatnią ciśnienia przyjmujemy jako nadciśnienie.

Jakie są  sposoby określania wartości ciśnień? Skala manometru

Manometrem nazywamy ogólnie miernik do pomiarów ciśnień. Rozróżniamy ich następujące rodzaje:

- manometr – można przyjąć domyślnie, że manometr mierzy nadciśnienie;

- wakuometr - miernik do pomiaru podciśnienia;

- manowakuometr - miernik do pomiaru i podciśnienia i nadciśnienia.

Skala każdego manometru, wakuometru lub manowakuometru podaje wartość mierzonego ciśnienia względem ciśnienia atmosferycznego. Na rys.2, na skali manowakuometru, są zaznaczone wielkości i zakresy ciśnień charakterystyczne dla tego sposobu określania ciśnienia:

- cyfra zero na skali każdego manometru, wakuometru lub manowakuometru jest ciśnieniem odniesienia; jego wartość jest równa aktualnej wartości ciśnienia atmosferycznego, względem którego są porównywane wartości mierzonych ciśnień; jeśli wskazówka manometru, wakuometru lub manowakuometru spoczywa na cyfrze zero to oznacza, że aktualnie mierzone ciśnienie jest równe ciśnieniu atmosferycznemu;

- jeśli wskazówka manowakuometru lub wakuometru znajduje się po lewej stronie zera, to mierzone jest podciśnienie, czyli ciśnienie o wartości niższej od atmosferycznego;

- jeśli wskazówka manometru lub manowakuometru znajduje się po prawej stronie zera, to mierzone jest nadciśnienie, czyli ciśnienie o wartości wyższej od atmosferycznego;

Na rys.2 na skali manowakuometru, jest zaznaczone ciśnienie odniesienia dla absolutnej skali ciśnienia. Według skali manowakuometru, podciśnienie panujące w próżni ma wartość 0,10 MPa, ale w skali absolutnej ciśnienie w próżni ma wartość zero (rys.1). Ta wiedza umożliwia odczyt ciśnienia w skali absolutnej, bezpośrednio na skali manometru, wakuometru lub manowakuometru.

Przeliczanie podciśnienia lub nadciśnienia na ciśnienie absolutne i odwrotnie

Jeszcze do niedawna, pomiar ciśnienia względem ciśnienia atmosferycznego był w warunkach warsztatowych wystarczający. Wprowadzenie w układach sterowania, np. silnika, czujników ciśnienia absolutnego, o różnych zakresach pomiarowych, wymusiło posługiwanie się w warsztacie skalą absolutną ciśnienia i umiejętność przeliczania wartości absolutnych na podciśnienie lub nadciśnienie, i odwrotnie.

Jeśli przykładowo zmierzona wakuometrem wartość podciśnienia wynosi pp1 = 0,06 MPa (rys.1), to przy panującym ciśnieniu atmosferycznym absolutnym, o wartości paa = 0,1 MPa, wartość tego ciśnienia wyrażona w skali absolutnej, oznaczona pa1, wynosi (oznaczenia we wzorze zgodne z rys.1 i 3):

(1) pa1 = paa - pp1 = 0,1 - 0,06 = 0,04 MPa

Wartości ciśnienia absolutnego pa1 i podciśnienia pp1 są zaznaczone na skali manowakuometru, na rys.3. Wartość podciśnienia pp1 można odczytać bezpośrednio na skali manowakuometru i wakuometru. Wartość ciśnienia absolutnego pa1 można również, oprócz obliczenia z wzoru (1), odczytać na skali manowakuometru lub wakuometru, licząc liczbę działek od kreski skali oznaczającej podciśnienie o wartości  0,10 MPa (ciśnienie odniesienia dla skali absolutnej ciśnień) do miejsca  na skali wskazywanego wskazówką (rys.3) jest to kreska na skali oznaczającą wartość podciśnienia pp1= 0,06 MPa. 

Analogicznie jest dla nadciśnień. Jeśli zmierzone manometrem nadciśnienie wynosi pn2=0,08 MPa (rys. 1), to przy ciśnieniu atmosferycznym absolutnym o wartości paa=0,1 MPa, wartość tego ciśnienia wyrażona w skali absolutnej , oznaczona pa2, wynosi (oznaczenia we wzorze zgodne z rys. 1 i 4):

(2)  Pa2=paa+pn2=0,1+0,08=0,18 MPa

Wartości ciśnienia absolutnego pa2 i nadciśnienia pn2 są zaznaczone na skali manowakuometru  (rys. 4). Wartość nadciśnienia pn2 można odczytać bezpośrednio na skali manowakuometru i manometru. Wartość ciśnienia absolutnego pa2 można również, oprócz obliczenia z wzoru (2) odczytać na skali manowakuometru, licząc liczbę działek od kreski skali oznaczającej  podciśnienie o wartości 0,10 MPa (ciśnienie odniesienia dla skali absolutnej ciśnień) do miejsca na skali wskazywanego wskazówką (rys. 4) jest to kreska  na skali oznaczająca wartość nadciśnienia pn2=0,08 MPa.

Dla przeliczania ciśnienia o wartości podanej  w skali absolutnej  (np. zmierzonego czujnikiem ciśnienia absolutnego) na podciśnienie lub nadciśnienie należy użyć poniższych wzorów ogólnych:

Dla przeliczenia ciśnienia w skali absolutnej na podciśnienie:

(3) pp=paa-pa

Dla przeliczenia ciśnienia w skali absolutnej na nadciśnienie:

(4) pn=pa-paa

Gdzie:

Pp – wartość podciśnieniawartość podciśnienia

Pn- wartość nadciśnienia

Paa- wartość absolutna ciśnienia atmosferycznego 

Pa – wartość absolutna ciśnienia

Tekst i zdjęcia pochodzą z artykułu "Ciśnienia – jednostki i sposoby określania jego wartości" w dodatku technicznym do Wiadomości Inter Cars S.A nr 34/Marzec 2010 - Diagnostyka układu paliwowego układu wtrysku  benzyny silnika ZI, Kompendium praktycznej wiedzy