Definicja, izobary, przykłady zastosowania

CIŚNIENIE BEZWZGLĘDNE

Istnieje wiele rodzajów ciśnienia w zależności od punktu odniesienia. W przypadku ciśnienia bezwzględnego punktem odniesienia (punktem zerowym) jest próżnia. Zatem na wartość mierzonego ciśnienia składa się ciśnienie atmosferyczne oraz nad lub podciśnienie w procesie podlegającym pomiarowi. Innym rodzajem ciśnienia jest ciśnienie względne, inaczej ciśnienie manometryczne. Jego wartość to różnica między ciśnieniem bezwzględnym a atmosferycznym. Chcąc utrzymać w procesie stałe ciśnienie względne, należy kompensować zmiany ciśnienia atmosferycznego. Trzecim rodzajem ciśnienia jest ciśnienie różnicowe. Jak nazwa wskazuje, wartość ciśnienia różnicowego wynika z różnicy dwóch ciśnień. Na przykład ciśnienie manometryczne to wartość bezwzględna różnicy ciśnienia atmosferycznego pamb i bezwzględnego pabs.

Definicja ciśnienia bezwzględnego

Jak wspomniano powyżej, ciśnieniem bezwzględnym nazywamy ciśnienie liczone względem próżni. Próżnią określa się przestrzeń pozbawioną cząstek gazu. Uzyskuje się ją na przykład za pomocą pompy próżniowej. Dlatego też dane dotyczące ciśnienia bezwzględnego są zawsze mierzone w odniesieniu do niej. Przykładem ciśnienia bezwzględnego jest ciśnienie atmosferyczne pamb. Ciśnienie bezwzględne atmosfery, inaczej ciśnienie absolutne, i jego wartość wynika z siły ciężkości naszej atmosfery ziemskiej i wprost proporcjonalnie zależy od wysokości nad poziomem morza. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie atmosferyczne maleje. Na poziomie morza ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1013 mbarabs. Natomiast na szczycie najwyższej góry świata Mount Everest ciśnienie atmosferyczne wynosi zaledwie ok. 400 mbarabs. Ciśnieniem bezwzględnym nazywa się również ciśnienie hydrostatyczne liczone względem dna zbiornika jako suma ciśnienia atmosferycznego oraz ciężar słupa cieczy.

Ciśnienie bezwzględne pogoda

W prognozach pogody kształtowanie się ciśnienia atmosferycznego przedstawia się za pomocą izobar (rys. 1). Miejsca o tym samym ciśnieniu atmosferycznym są połączone liniami. Na kształtowanie się izobar mają nie tylko wartości temperatury, ale również ukształtowanie terenu oraz pory roku. Izobary te są zwykle dzielone na przyrosty co 5 hPa. Jeśli obszar jest otoczony okręgami izobar, to centrum jest identyfikowane jako obszar wysokiego lub niskiego ciśnienia, w zależności od kierunku zmiany ciśnienia (spadek lub wzrost). Wahania związane z pogodą pomiędzy obszarami wysokiego i niskiego ciśnienia wynoszą około +/-20 hPa. Odpowiada to wartościom 20 mbar / 2% ciśnienia atmosferycznego / 0,2 mH2O.


Gdzie stosuje się ciśnienie absolutne?

Typowym zastosowaniem zawsze były pomiary ciśnienia powietrza, np. barometry lub wysokościomierze w samolotach. Masa naszej atmosfery określa ciśnienie powietrza Pamb. Na poziomie morza wynosi ono około 1013 mbarabów i maleje wraz ze wzrostem wysokości geograficznej. Na przykład na szczycie Mount Everestu wynosi ono tylko około 400 mbarabów.


Rys. 1 Izobary na mapie pogodowej © ZAMG

Ciśnienie względne a bezwzględne

Jak wspomniano wyżej, izobary dzielą przyrosty o wartości ciśnienia 5hPa. Podana wartość to ciśnienie różnicowe, które wynika z różnicy dwóch ciśnień bezwzględnych. Innymi słowy, izobara obrazująca ciśnienie bezwzględne 1025 hPa sąsiaduje obok izobary 1030 hPa, a różnica między nimi to ciśnienie względne wynoszące 5 hPa.

Ciśnienie bezwzględne – przykłady zastosowania

Procesy w inżynierii procesowej często odbywają się w zbiornikach próżniowych, np. w sterylizatorach lub autoklawach. Zbiornikami próżniowymi powszechnie określa się przestrzenie, w których występuje podciśnienie. Podciśnienie to wartość ciśnienia, które jest niższe od ciśnienia atmosferycznego. Podciśnienie określa się jako ciśnienie różnicowe wynikające z różnicy ciśnienia bezwzględnego i atmosferycznego.

Producenci samochodów używają robotów z chwytakami próżniowymi do transportu dużych elementów, takich jak pokrywy silnika. Tego typu rozwiązanie niweluje ryzyko uszkodzenia elementów podlegających transportowi. Podciśnienie jest wówczas monitorowane, aby zapewnić utrzymanie wydajności ssania chwytaków. Zapewnienie stałej wartości podciśnienia wymaga śledzenia ciśnienia atmosferycznego w celu jego kompensacji.

W przypadku maszyn do pakowania z wykorzystaniem tworzyw sztucznych poziom podciśnienia jest mierzony w celu kontrolowania procesu pakowania w folię termokurczliwą. W tego typu procesach wykorzystuje się termin "zapakowane próżniowo". Jest to potoczne określenie wykorzystania zjawiska podciśnienia.

Zasada pomiaru ciśnienia bezwzględnego

Czujniki ciśnienia bezwzględnego składają się z membrany i przestrzeni próżniowej. Na membranę działa ciśnienie atmosferyczne oraz nad lub podciśnienie. Odkształcenie membrany jest rejestrowane i na tej podstawie odczytywana jest wartość ciśnienia bezwzględnego. Przetwornik ciśnienia bezwzględnego i jego element pomiarowy przedstawione są na rys.2.

Wzór na ciśnienie bezwzględne

Ciśnienie bezwzględne pabs określane jest względem próżni. Zatem jego wartość zależy od ciśnienia atmosferycznego pamb oraz od ciśnienia w procesie pp.

pabs=pamb+pp


Należy zwrócić uwagę na fakt, że ciśnienie procesowe pp może przybierać wartości dodatnie lub ujemne w zależności czy występuje nad lub podciśnienie względem ciśnienia atmosferycznego.

Jak przeliczyć ciśnienie względne na bezwzględne

Przeliczając ciśnienie bezwzględne na względne, lub odwrotnie, należy wiedzieć do którego z nich odnosi się dany pomiar. Przyrządy wykorzystywane do pomiaru ciśnienia, w zależności od konstrukcji, mogą mierzyć i wskazywać dwa rodzaje ciśnienia: bezwzględne i względne. Przetwornik ciśnienia bez kompensacji ciśnienia atmosferycznego będzie wskazywał wartość bezwzględną. Urządzenie, które mierzy nie tylko ciśnienie bezwzględne (ciśnienie absolutne), ale również ciśnienie atmosferyczne, na wyjściu będzie podawał wartość względną ciśnienia. Użytkownik aplikacji posiadający przyrządy mierzące tylko ciśnienie absolutne powinien mieć świadomość, że na wynik wpływa zmienne, zależne od wielu czynników, ciśnienie atmosferyczne.

Przetworniki ciśnienia bezwzględnego do pomiaru poziomu

W wielu aplikacjach przemysłowych do pomiaru poziomu w zbiornikach wykorzystywane są przetworniki ciśnienia względnego lub różnicowego. W przypadku zbiorników otwartych, punktem odniesienia jest ciśnienie otoczenia, a mierzone jest ciśnienie bezwzględne. W przypadku takiego rozwiązania na wynik pomiaru mają wpływ wahania pogody zmieniające wartość ciśnienia otoczenia. Co więcej, przetwornik ciśnienia bezwzględnego, uwzględniając ciśnienie atmosferyczne, musi mieć większy zakres pomiarowy co niestety przekłada się na większy błąd pomiarowy. Lepszym rozwiązaniem do pomiaru poziomu jest przetwornik różnicy ciśnień. Urządzenie to posiada dwa przyłącza procesowe dostosowane do pomiaru ciśnienia procesowego oraz ciśnienia otoczenia. Ciśnienie otoczenia jest kompensowane i tym samym wahania pogody nie mają negatywnego wpływu na wyniki pomiaru.


Jak przebiega pomiar ciśnienia absolutnego?

Czujniki ciśnienia absolutnego składają się z membrany i komory próżniowej. Ciśnienie atmosferyczne, nadciśnienie i podciśnienie działają na membranę, której odkształcenie jest rejestrowane i pozwala wyciągnąć wnioski na temat wartości ciśnienia absolutnego.

Jaki jest wzór na ciśnienie bezwzględne?

Ciśnienie bezwzględne pabs jest określane względem próżni. Dlatego jego wartość zależy od ciśnienia atmosferycznego pamb i ciśnienia procesowego pp ab. W zależności od tego, czy występuje dodatnie czy ujemne ciśnienie względem ciśnienia atmosferycznego, ciśnienie procesowe pp może przyjmować wartości dodatnie lub ujemne.

W jaki sposób ciśnienie względne jest przeliczane na ciśnienie bezwzględne?

Podczas przeliczania ciśnienia absolutnego na ciśnienie względne lub odwrotnie, ważne jest, aby wiedzieć, do jakiej wartości odnosi się pomiar. Manometry mogą mierzyć i wyświetlać dwa rodzaje ciśnienia, w zależności od ich konstrukcji: ciśnienie względne i absolutne. Przetwornik ciśnienia bez kompensacji ciśnienia atmosferycznego wyświetla wartość bezwzględną. Przyrząd, który mierzy nie tylko ciśnienie absolutne, ale również ciśnienie atmosferyczne, poda odczyt ciśnienia względnego. Użytkownik aplikacji z urządzeniami mierzącymi tylko ciśnienie bezwzględne powinien mieć świadomość, że na wynik ma wpływ zmieniające się ciśnienie atmosferyczne, które zależy od wielu czynników.



Jaką rolę odgrywają przetworniki ciśnienia w pomiarach poziomu?

W wielu zastosowaniach przemysłowych do pomiaru poziomu w zbiornikach wykorzystywane są przetworniki ciśnienia względnego lub różnicowego. W zbiornikach otwartych punktem odniesienia jest ciśnienie otoczenia, a mierzone jest ciśnienie bezwzględne. W tym przypadku na wynik pomiaru mają wpływ wahania pogodowe, które zmieniają ciśnienie otoczenia. Ponadto przetwornik ciśnienia absolutnego musi mieć większy zakres pomiarowy przy uwzględnieniu ciśnienia atmosferycznego, ale prowadzi to do większego błędu pomiarowego. Lepszym rozwiązaniem do pomiaru poziomu jest przetwornik ciśnienia różnicowego. Urządzenie posiada dwa przyłącza procesowe do pomiaru ciśnienia procesowego i ciśnienia otoczenia. Ciśnienie otoczenia jest kompensowane, dzięki czemu wahania pogodowe nie mają negatywnego wpływu na wyniki pomiarów.

Rys. 2 Schemat czujnika ciśnienia bezwzględnego