Quando si progetta un sensore di pressione, ancora prima di verificare le caratteristiche elettriche di un dispositivo, è necessario rispondere a due domande: quale tipo di pressione occorre misurare e qual è l'unità di misura?
Tre termini descrivono il tipo di pressione: assoluta, manometrica o differenziale.
-La pressione assoluta assume come riferimento lo zero rispetto a un vuoto perfetto
-La pressione manometrica assume come riferimento lo zero rispetto alla pressione atmosferica.
-La pressione differenziale è la differenza della pressione tra due punti.
Dunque, la pressione può essere descritta da molte unità e, a prima vista, può creare confusione; Pascal, psi (libbre per pollice quadrato), bar, inHg (pollici di mercurio), mm H2O (millimetro di colonna d'acqua), mmHg (millimetro di mercurio), atm (atmosfera), per nominarne solo alcune, sono regolarmente usate per misurare la pressione e, a seconda dell'unità dell'applicazione richiesta, possono essere ordinati diversi sensori di pressione (che si tratti di sensori di pressione su scheda o sensori di pressione industriali).
Il gran numero di unità è spiegato da molteplici ragioni: ragioni storiche e legate alla tradizione poiché la pressione è uno dei primi parametri ambientali a essere stato misurato, consuetudini dei vari Paesi, e gamma della pressione valutata che richiede numeri comodi e di facile lettura.
L'unità del sistema internazionale per la pressione è il Pascal (Pa). Un Pascal è definito come un Newton su metro quadrato. Ricordiamo che un Newton è la forza necessaria per imprimere a un chilogrammo di massa un'accelerazione di un metro al secondo quadrato. Da qui deriva la formula seguente:
Il Pascal è l'unità da usare quando si eseguono calcoli con altri valori che derivano dal sistema internazionale delle unità di misura. Tuttavia, il Pa non è il modo più comodo per valutare la pressione nelle applicazioni.
Ad esempio, è molto utile per fare riferimento alla pressione sulla terra rispetto alla pressione sul livello del mare. Pertanto, un'atmosfera (atm) era definita come la pressione al livello del mare e il riferimento è calcolato come il peso dell'aria sopra il livello del mare a 45° Nord su una colonna d'aria di un metro quadro. Questo peso si attesta generalmente su 10,333 kg. Con un'accelerazione di 9,80665 m/s2 abbiamo:
Il Pascal si basa sul sistema metrico, diverso dal sistema imperiale tradizionale che usava le libbre e i pollici al posto dei grammi e dei metri. Per cui, viene definita anche la pressione espressa in libbre per pollici quadrato (PSI). Poiché una libbra equivale a 0,45359237 kg e un pollice corrisponde a 0,0254 metri, abbiamo l'equazione:
Nella storia, i primi manometri di precisione sono stati i manometri a mercurio. Pertanto, unità come millimetri di mercurio o pollici di mercurio erano molto comuni e, oggi, sono ancora usate per la pressione sanguigna, ad esempio. Poiché la densità del mercurio dipende dalla temperatura e dalla gravità di superficie, entrambe soggette a variazione a seconda delle condizioni locali, furono adottati valori standard specifici per questi 2 parametri. Ciò ha portato a definire un millimetro di mercurio come la pressione esercitata sulla base di una colonna di mercurio alta un millimetro con una densità precisa di 13.595,1 kg/m3 (densità del mercurio a 0°C) quando l'accelerazione dovuta alla gravità equivale esattamente a 9,80665 m/s2. Sulla base di questi numeri:
La versione imperiale del millimetro di mercurio (mmHg) è il pollice di mercurio (inHg). Con un pollice che corrisponde a 25,4 mm,
Il pollice di mercurio è ancora usato negli Stati Uniti.
Poiché la pressione è comunemente misurata per la sua capacità di spostare una colonna di liquido in un manometro, le pressioni non sono espresse solo con il mercurio ma anche con l'acqua, dando vita a una nuova unità di misura denominata millimetro di colonna d'acqua (mmH2O) La definizione di mmH2O è la pressione esercitata alla base di una colonna d'acqua alta 1 millimetro con una densità precisa di 1.000 kg/m3. Attraverso la definizione del Pa, effettuiamo immediatamente la conversione:
L'unità della pressione mmH2O è usata per il monitoraggio dei flussi d'aria a bassa pressione nei sistemi di ventilazione degli edifici o dei livelli d'acqua molto bassi di fiumi e torrenti. In passato, l'aria a bassa pressione era misurata usando manometri a colonna d'acqua, ma sebbene questi strumenti siano stati in gran parte sostituiti dai manometri digitali che usano sensori elettronici, l'unità della pressione mmH2O è tuttora in uso. La pressione polmonare è misurata in centimetri di acqua (cmH2O) che è un semplice rapporto di 10 rispetto all'mmH2O.
Per la pressione atmosferica, viene ancora ampiamente usata l'unità bar anche se non si tratta di un'unità del sistema internazionale. Sul livello del mare, la pressione è definita come 1.000 mbar o 1 bar equivalenti a 100 kPa. Molti meteorologi di tutto il mondo continuano a fornire informazioni meteorologiche in mbar, poiché si tratta di un valore comodo. Nella stessa famiglia di unità, il decibar (dbar) equivale a un decimo di bar, ed è solitamente usato dagli oceanografi per misurare la pressione sottomarina dal momento che la pressione nell'oceano aumenta di circa un decibar per metro di profondità.
Quando si progettano i sensori di pressione, tutte queste unità possono generare confusione e può essere necessario effettuare varie conversioni. La tabella seguente riepiloga tutte le conversioni delle unità più comuni
Ci auguriamo di avere fatto un po' di chiarezza sulle diverse unità usate per misurare la pressione e di averti aiutato a decidere quale sensore usare nel tuo prossimo progetto!