在设计压力传感器时,甚至是在检查设备电气特性之前,必须回答两个问题:必须测量哪种类型的压力,以及测量单位是什么?
有三个术语可以描述压力:绝对压力、计示压力和压差。
-绝对压力是对绝对真空的零参考
-计示压力是对环境气压的零参考。
-压差是两点之间的压力差。
压力可由多个单位来描述,第一眼看上去会让人很迷惑:帕斯卡、psi(磅/平方英寸)、巴、inHg(英寸汞柱)、mm H2O(毫米水柱)、mmHg(毫米汞柱)、atm(大气压)-- 这些都是常见单位 -- 通常用于测量压力,压差传感器(无论是板上贴装压力传感器还是工业用压力传感器)都可以根据所需的应用单位来订购。
使用这些单位的原因有很多:历史遗留原因是压力是测得的最古老的环境参数之一,按照每个国家的习惯,压力评估结果范围需要是简单易读且实用的数字。
SI 压力单位是帕斯卡(帕)。1 帕斯卡被定义为每平方米 1 牛顿。作为提醒,1 牛顿等于以每平方秒 1 米的加速度加速 1 千克质量所需的力。因此,以下公式:
帕斯卡是在对其他符合国际单位制的值进行计算时必须使用的单位。但是帕并不是实际应用中最方便的压力评估方式。
例如,其在参考地面压力对比海平面压力时很有用。因此,1 个大气压 (atm) 被定义为海平面上的压力,参考被计算为在 45 度北的海平面上一平方米空气柱的空气重量。该重量通常约为 10,333 千克。在加速度为 9.80665m/s2 时,我们得到:
帕斯卡单位基于公制,这与使用磅和英寸,而不是克和米的传统英制系统不同。因此,还定义了以磅/平方英寸 (PSI) 表示的压力。由于 1 磅等于 0.45359237 千克,1 英寸等于 0.0254 米,我们得到等式:
历史上,汞压力计是第一种准确的压力表。因此,单位毫米汞柱或英寸汞柱曾作为十分常见的单位,目前仍用于量血压等应用。由于汞的密度取决于温度和表面重力,而这两者都会随着当地具体条件而变化,因此采用了这两个参数的指定标准值。这导致了将毫米汞柱定义为在因重力导致的准确加速度为 9.80665 m/s2,准确密度为 13,595.1 kg/m3(0oC 的汞密度)的一毫米高汞柱底部施加的压力。基于这些数值:
毫米汞柱 (mmHg) 的英制版本为英寸汞柱 (inHg)。1 英寸等于 25.4 毫米,
英寸汞柱仍在美国使用。
由于压力通常由其让压力计中液体柱产生位移的能力来衡量,因此并不只是由汞柱来表示压力,还可以使用水柱来表示,这就产生了一个新单位,被称为毫米水柱 (mmH2O)。mmH2O 的定义是在精确密度为 1,000 kg/m3 的一毫米高的水柱底部施加的压力。由帕的定义,我们可以立即得到转换公式:
mmH2O 压力单位可用于监视建筑通风系统中的低气流压力,或者河流和小溪中非常低的水位。曾经,低空气压力使用水柱压力计来测量,但尽管这些仪器大部分都已经被使用电子传感器的数字压力计所替换,mmH2O 压力单位仍在使用。肺压力通过厘米水柱 (cmH2O) 来测量,是 mmH2O 的 10 倍。
对于大气压力,即使单位巴不是一个 SI 单位,但它仍在广泛使用。在海平面上,压力被定义为 1,000 毫巴或 1 巴,等于 100 千帕。全球很多气象学家继续使用毫巴报告气象信息,因为这是一个很方便的值。在同一个单位系列中,分巴 (dbar) 等于巴的十分之一,通常由海洋学家用来表示水下压力,因为在海洋中,每 1 米深的海水会增加大约 1 分巴的压力。
在设计压力传感器时,所有这些单位都会令人困惑,将需要多种转换。下表总结了最常见单位的所有转换。
我们希望能清楚地说明用于测量压力的不同单位,并帮助您决定在下一个项目中使用哪种传感器!