相对压力,绝对压力和真空的关系
玩工控的朋友经常和流体/气体的压力打交道,发现不少朋友对相对压力和绝对压力的概念不是很清晰,今天这篇文章我们就来聊聊相对压力、绝对压力和真空的关系。
物理上的压力属于力的范畴,单位为”牛顿(N)”;在工程中我们所说的压力,指的是单位面积上所承受的压力,也就是压强,其国际单位为”帕斯卡(Pa)”。本文所讨论的”相对压力”和”绝对压力”,属于压强的范畴,只不过我们已经习惯了压力的称呼,比如”压力传感器’,很少有人说”压强传感器”,所以这里我们还是用压力来称谓。
我们生活的环境被大气覆盖着,大气所产生的压强称为大气压。大气压有多大呢?史料记载的最早测量大气压的是意大利科学家托里拆利,早在1643年,托里拆利把一根1米长的细玻璃管中注满水银,然后倒置在盛有水银的水槽中。他发现倒置之后的玻璃管中的水银高度会下降,但是下降到大约760毫米后就不再下降了。这760毫米刻度之上的空间无空气进入,属于真空状态。
当把水银棒倾斜后,水银在垂直方向的高度没有发生变化,还是760毫米。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱产生的压强,这就是著名的托里拆利实验。
科学家们还发现大气压并不是固定不变的,它随着温度、海拔的变化而变化,为了能在科学和工程上计算压强,需要一个标准的大气压值。于是在1954年的第十届国际计量大会上做出决议,规定标准大气压值为101.325kPa。在工程上计算压强时常用的单位有”巴(bar)”和”兆帕(mPa)”,它们的换算关系是这样的:1 Bar(巴)=1个标准大气压=100 000 Pa(帕)=100 kPa=0.1MPa(兆帕)=760mm汞柱。工程上也经常使用”公斤”来表示压强,它是表示1公斤重的物体作用在1平方厘米的面积上所产生的压强,1 公斤的压强 =1 巴的压强。
我们来说说相对压力(压强)和绝对压力(压强)。所谓相对压力,是把1个标准大气压的值作为参考点(零点)而计算出的压力;绝对压力是把绝对真空作为参考点(零点)而计算出的压力。工程上讲的压力,没有特殊说明的话,都是指相对压力(相对于标准大气压)。比如,项目要求供给5巴(bar)的压力,是指在1个标准大气的基础上再增加5巴(bar),它的绝对压力是6巴(bar)。工程上把高于1个标准大气压的压力称为正压,把低于1个标准大气压的压力称为负压。负压的大小用真空值来衡量。当把一个密闭容器用真空泵抽足够长的时间后,容器中没有任何气体,这是理想真空状态,此时容器中的绝对压力为零巴。真空值是容器中气体的压力相对于绝对压力零的值,其单位为毫巴(mbar)。真空值越低,越接近于绝对压力零,真空度就越好。所以记住一句话:压力是相对的(相对于标准大气压),真空是绝对的(绝对压力)。