W odniesieniu do pomiarów ciśnienia stosowane są rozmaite jednostki. Pomimo powstania znormalizowanego jednostek układu miar SI, w zastosowaniach technicznych wciąż można spotkać takie jednostki jak np. atmosfera techniczna (at) lub fizyczna (atm), czy też psi – funt na cal kwadratowy. Niniejszy artykuł pomoże Państwu usystematyzować wiedzę dotyczącą jednostek ciśnienia.
Paskal (Pa) to podstawowa jednostka ciśnienia w układzie SI. W przypadku zadziałania na powierzchnię 1 m2 siłą ciężkości F=1N (wartość 1N odpowiada sile definiowanej jako jednostka masy 1 kilogram pomnożonej przez przyspieszenie ziemskie g=10m/s2), ciśnienie wyniesie 1 Paskal (Pa).*
1 Pa = 1N/1m² = 1kg/1m*s²
1 Pa = 1,019716*10⁻⁵ kG/cm², gdzie
kG - jednostka siły (kilogram - siła), z jaką przyciągana jest masa 1 kilograma zakładając, że przyspieszenie ziemskie ma stałą wartość równą g = 9,80665 m/s²,
Paskal jako jednostka ciśnienia jest stosowana przy określaniu ciśnienia atmosferycznego.
W dalszej części artykułu stosowane są skróty przedstawiające ciśnienie MPa oraz hPa, które oznaczają kolejno megapaskal tj. 106 Pa oraz hektopaskal tj. 102 Pa = 100 Pa.
Powszechnie stosowaną ze względów praktycznych jednostką jest bar (bar). Poniżej przedstawiono przeliczenie 1 bar na odpowiadającą wartość ciśnienia w jednostce Pa.
Zwyczajową jednostką dla wyższych ciśnień w Europie jest bar (bar), ponieważ Pascal (Pa) jest zbyt małą jednostką miary dla większości zastosowań technicznych. Poniżej znajduje się konwersja z 1 bara na odpowiadającą mu wartość ciśnienia w jednostce Pa.
1 bar = 105 N/m² = 100 000 Pa = 0,1 MPa
1 Pa = 10⁻⁵ bar
Powyższe przekształcenia pokazują, że Paskal (Pa) to zbyt mała jednostka ciśnienia atmosferycznego dla większości zastosowań technicznych.
1 bar odpowiada w przybliżeniu ciśnieniu wywieranemu przez masę 1 kg na powierzchnię 1 cm2 lub 10 t na 1 m2.
Rysunek 1 Graficzne przedstawienie generacji ciśnienia
*Komentarz: Nie została tu wykorzystana dokładna wartość przyspieszenia grawitacyjnego g = 9,81 m/s2. Zamiast tego użyto zaokrąglonej wartości 10 m/s2.
| Wartości jednostek ciśnienia | |
|---|---|
| mbar | |
| 1 Pa | 0.01 |
| 1 hPa | 1 |
| 1 psi | 68.97 |
| 1 mH20 | 98.07 |
| 1 mmHg (torr) | 1.333 |
| 1 at | 980.07 |
| 1 atm | 1013.3 |
Prawnie dopuszczona jednostka bar zastąpiła poprzednio używane jednostki ciśnienia at i atm w 1978 roku. Obecnie jednostki te nie mogą być wykorzystywane.
Atmosfera techniczna (at) definiowana jest jako wartość ciśnienia u podstawy słupa wody o wysokości 10 metrów. Przy gęstości ρ = 1 kg/dm3 i przy przyspieszeniu grawitacyjnym g = 9,80665 m/s2, zachodzi równość:
1 at = 0.980665 bar = 10 mH₂O
1 at = 98066,5 Pa = 0,0980665 MPa
1 at = 1 kG/cm²
Odniesienie do atmosfery fizycznej atm to średnie ciśnienie atmosferyczne panujące na poziomie morza, spowodowane siłą ciężaru atmosfery ziemskiej.
Ciśnienie atm:
1 atm = 1.01325 bar = 760 Torr = 760 mmHg
Jednostka miary mmHg jest identyczna z jednostką ciśnienia Torr i oznacza ciśnienie wywierane przez słup rtęci o wysokości 1 milimetra, którego gęstość wynosi 13,5951 g/cm3, a przyspieszenie ziemskie 9,80665 m/s2.
Jednostka ciśnienia mmHg:
1 mm Hg = 133,322387415 Pa
Milimetr słupa rtęci jak również paskal to jednostki ciśnienia hydrostatycznego.
Jako ciekawostkę warto wspomnieć, że jednostka milimetr słupa rtęci w medycynie opisuje ciśnienie krwi. Podobne zastosowanie znajdowała dawna jednostka ciśnienia, jaką jest milimetr słupa wody (mmH2O), która obecnie nie jest legalna w Polsce.
Spośród podanych powyżej tylko bar, paskal są wymienione w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar (SI). W USA jednostki związane z systemem metrycznym są wykorzystywane w kontekście ekonomicznym i technicznym. Jednakże odpowiednie informacje w specyfikacjach produktów lub kartach katalogowych są zazwyczaj podawane w psi (funt na cal kwadratowy). Jednostka ciśnienia psi:
1 psi = 1 ibf/in², gdzie:
ibf - jednostka siły (funt-siła) definiowana jako siła, która przyciąga ciało o masie 1 funta zakładając, że przyspieszenie ziemskie ma stałą wartość równą g = 9,80665 m/s²,
in/inch lub cal - jednostka miary wynosząca 25,4 mm. W Polsce stosowana przy definiowaniu rur i złączy w zastosowaniach hydraulicznych jak i pneumatycznych.
1 psi = 6 894,75729 Pa = 6,894 kPa
W zależności od rodzaju opisywanego zjawiska/fenomenu różne jednostki ciśnienia będą wykorzystywane. Takie same dane w USA dotyczące np. naprężeń mechanicznych występujących w danym elemencie urządzenia będą przedstawiane za pomocą innych jednostek niż miałoby to miejsce w Polsce. Jednostką naprężenia w układzie SI jest paskal (Pa). Natomiast powszechnie stosowaną jednostką w USA jest funt na cal kwadratowy (psi).
Wykorzystując poniższe przekształcenia można w prosty sposób dokonać przeliczenia pomiędzy najpopularniejszymi jednostkami ciśnienia.
Legenda:
1 bar (bar) = 100 000 Pa = 0,1 MPa = 1,02 at = 0,987 atm = 750 Tr = 705,062 mmHg = 14,50377 psi
1 megapaskal (MPa) = 1000 000 Pa = 10 bar = 10,2 at = 9,87 atm = 7500,637 Tr = 7 500,615 mmHg = 145,038 psi
1 funt na cal kwadratowy (psi) = 6894,76 Pa = 0,07 bar = 0,07 at = 0,07 atm = 51,71 Tr = 51,71 mmHg
1 metr słupa wody (mH2O) = 9806,65 Pa = 0,10 bar = 0,10 at = 0,10 atm = 73,56 Tr = 73,56 mmHg = 1,42 psi
1 milimetr słupa rtęci (mmHg) = 133,322 Pa = 0,00133 bar = 0,00136 at = 0,00132 atm = 1.000000142 Tr = 0,0193 psi
1 Tor (Tr) = 133,322 Pa = 0,00133 bar = 0,00136 at = 0,00132 atm = 0,999999857 mmHg = 0,0193 psi
1 atmosfera techniczna (at) = 98066,50 Pa = 0,981 bar = 0,968 atm = 735,561 Tr = 735,561 mmHg = 14,223 psi
1 atmosfera fizyczna (atm) = 101325 Pa = 1,01325 bar = 1,0332 at = 760,002 Tr = 7 760,002 mmHg = 14,696 psi
Przykładem zamiany jednostek ciśnienia może posłużyć specyfikacja urządzenia do pomiaru ciśnienia, jakim jest przetwornik ciśnienia np. JUMO TAROS S47 P. W wersji z zakresem pomiarowym od 0 do 6 bar ciśnienia względnego ciśnienie rozrywające wynosi 60 bar. Oznacza to, że przy ciśnieniu wynoszącym 60 bar = 6MPa = 61,183 at = 59,215 atm = 870,226 psi = 37503,18 mmHg dochodzi do nieodwracalnych zniszczeń urządzenia.
Warto również wspomnieć o urządzeniu przeznaczonym pomiaru ciśnienia, jakim jest przetwornik różnicy ciśnień np. czujnik ciśnienia dla gazów nieagresywnych. Ciśnienie wejściowe mieści się w zakresie od 0 do 5 mbar. Oznacza to, że maksymalną różnicę ciśnień, jaką może wykryć czujnik to 5mbar = 10-3 Pa = 1 hPa = 0,0051 at = 0,00493 atm = 0,0725 psi.
