圧力センサーを設計する場合、デバイスの電気的特性を確認する前であっても、次の2つの質問に答える必要があります。測定する必要がある圧力の種類と測定単位は何ですか?
圧力の種類
圧力の種類を表す用語には、絶対圧、ゲージ圧、差圧の3つがあります。
- 絶対圧力は完全な真空に対してゼロ基準となる
- ゲージ圧力は周囲の空気圧に対してゼロ基準になります。
- 差圧とは、2点間の圧力の差です。
圧力は多くの単位で表すことができ、一見すると混乱します。パスカル、psi（平方インチ当たりのポンド）、bar、inHg（水銀柱インチ）、mmH2O（水銀柱ミリメートル）、mmHg（水銀柱ミリメートル）、atm（気圧）など、最も一般的な単位が圧力の測定によく使用され、さまざまな圧力センサー（ 基板実装圧力センサー または 工業用圧力センサー）は、アプリケーションの要求単位に応じて注文できます。
これらの単位の数値には、圧力が測定された最も古い環境パラメータの1つであるという歴史的および遺産的理由、国ごとの習慣、読みやすく便利な数値になるように評価された圧力の範囲など、さまざまな理由があります。
圧力のSI単位系におけるパスカル
圧力のSI単位はパスカル (Pa) です。1パスカルは1平方メートルあたり1ニュートンとして定義されます。念のため、1ニュートンは1キログラムの質量を1平方秒あたり1メートルの速度で加速するために必要な力です。したがって、次の式が得られます。
パスカルは、国際単位系に従って他の値を使用して計算を実行するときに使用する必要がある単位です。しかし、Paはアプリケーションで圧力を評価する最も便利な方法ではありません。
たとえば、地球上の圧力と海面での圧力を比較することは非常に便利です。したがって、1気圧 (atm) は海面での圧力として定義され、基準は海面より北緯45度の1平方メートルの空気柱上の空気の重量として計算されます。この重量は通常約10,333kgです。加速度が9.80665m/s2の場合、次のようになります。
パスカル単位は、グラムとメートルの代わりにポンドとインチを使用する従来のヤードポンド法とは異なるメートル法に基づいています。したがって、平方インチあたりのポンド数 (PSI) で表される圧力も定義されます。1ポンド = 0.45359237 kg、1インチ = 0.0254メートルなので、次の式が成り立ちます。
水銀マノメーター圧力
歴史的に、水銀圧力計は最初の正確な圧力計でした。したがって、水銀柱ミリメートルや水銀柱インチという単位は非常に一般的な単位であり、現在でも血圧などに使用されています。水銀の密度は温度と表面重力に依存しますが、どちらも地域の状況によって変化するため、これら2つのパラメータには特定の標準値が採用されました。この結果、1ミリメートル水銀柱は、重力加速度が正確に9.80665 m/s2のときに、正確な密度が13,595.1 kg/m3（0℃での水銀の密度）である高さ1ミリメートルの水銀柱の底部にかかる圧力として定義されました。これらの数字に基づくと:
水銀ミリメートル (mmHg) のヤードポンド法バージョンは水銀インチ (inHg) です。1インチは25.4 mmに等しいため、
では、米国では現在でも水銀インチが使用されています。
mmH20からPAへの変換
圧力は一般に、マノメーター内の液体の柱を動かす能力によって測定されるため、圧力は水銀だけでなく水でも表され、ミリメートル水 (mmH2O) と呼ばれる新しい単位が与えられます。mmH2Oの定義は、正確な密度が1,000 kg/m3で高さ1ミリメートルの水柱の底にかかる圧力です。Paの定義により、次の変換がすぐに得られます。
mmH2O圧力ユニットは、建物の換気システムで使用される低い空気流圧力や、川や小川の非常に低い水位を監視するために使用されます。歴史的に、低気圧は水柱マノメーターを使用して測定されていましたが、これらの計測器はほとんどが電子センサーを使用するデジタルマノメーターに置き換えられましたが、mmH2O圧力単位は引き続き使用されています。肺圧はセンチメートル水圧（cmH2O）で測定され、これはmmH2Oとの比率でちょうど10になります。
標準大気圧
大気圧の場合、SI単位でなくても単位バーが依然として広く使用されています。海面での圧力は1,000 mbarまたは1 barと定義され、これは100 kPaに相当します。世界中の多くの気象学者は、便利な値であるため、気象情報をmbarで報告し続けています。同じ単位系では、デシバール (dbar) はバールの10分の1に相当し、海洋学者は水中の圧力を測定するために通常これを使用します。これは、海中の圧力が深さ1メートルあたり約1デシバール増加するためです。
圧力センサーを設計する場合、これらすべての単位が混乱を招き、さまざまな変換が必要になることがあります。以下の表は、最も一般的な単位のすべての変換をまとめたものです。
圧力を測定するために使用されるさまざまな単位について少し理解し、次のプロジェクトでどのセンサーを使用するかを決定するのに役立つことを願っています。