Μετατροπέας μονάδων πίεσης: Pa, kPa, bar, atm και psi

Μετατροπέας μονάδων πίεσης

Η πίεση είναι το μέγεθος της δύναμης που ασκείται σε κάθε τμήμα μιας επιφάνειας. Ένας μετατροπέας μονάδων πίεσης μετατρέπει μια τιμή πίεσης από τη μία μονάδα στην άλλη, όπως από λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα σε bar. Αυτή η σελίδα μετατρέπει μεταξύ pascal, kilopascal, bar, τυπικών ατμοσφαιρών και psi και εμφανίζει και τις πέντε τιμές ταυτόχρονα.

Τι κάνει ο μετατροπέας

Ο επισκέπτης πληκτρολογεί έναν αριθμό και επιλέγει τη μονάδα στην οποία είναι εκφρασμένος. Η σελίδα εμφανίζει την ίδια πίεση και στις πέντε μονάδες.

• Τα αποτελέσματα εμφανίζονται με οκτώ σημαντικά ψηφία. Στρογγυλοποιείται μόνο η εμφάνιση. Η μετατροπή εκτελείται με τον αριθμό όπως πληκτρολογήθηκε.
• Ένα αποτέλεσμα μικρότερο από 0,0001 ή ίσο με ένα δισεκατομμύριο ή μεγαλύτερο εμφανίζεται σε επιστημονική γραφή. Το μηδέν εμφανίζεται ως απλό 0.
• Γίνονται δεκτές αρνητικές τιμές, επειδή μια ένδειξη μανόμετρου μπορεί να είναι αρνητική.
• Ένα κενό πεδίο εμφανίζει προτροπή αντί για αριθμό. Ένας σύνδεσμος που περιέχει μονάδα την οποία δεν προσφέρει η σελίδα εμφανίζει μήνυμα αντί για μετατροπή.

Οι πέντε μονάδες

Το pascal είναι δύναμη ενός newton κατανεμημένη σε ένα τετραγωνικό μέτρο. Οι άλλες τέσσερις μονάδες αντιστοιχούν η καθεμία σε έναν σταθερό αριθμό pascal και κανένας από αυτούς τους αριθμούς δεν είναι μέτρηση, επομένως κανένας δεν αλλάζει με τον χρόνο.

Τύπος μετατροπής πίεσης

Επειδή κάθε μονάδα εδώ είναι σταθερό πολλαπλάσιο του pascal, η μετατροπή αποτελείται από έναν πολλαπλασιασμό και στη συνέχεια μία διαίρεση. Η τιμή μετατρέπεται πρώτα σε pascal και έπειτα από pascal στη ζητούμενη μονάδα:

$P_2 = \frac{P_1 \times k_1}{k_2}$

όπου $P_1$ είναι η πίεση που πληκτρολογήθηκε, $k_1$ είναι ο αριθμός των pascal σε μία μονάδα της επιλεγμένης μονάδας, $k_2$ είναι ο αριθμός των pascal σε μία μονάδα της ζητούμενης μονάδας και $P_2$ είναι το αποτέλεσμα.

Κατά τη διαδικασία δεν προστίθεται ούτε αφαιρείται τίποτα. Και οι πέντε κλίμακες δείχνουν μηδέν στην ίδια πίεση, επομένως αλλάζει μόνο το μέγεθος του βήματος. Η θερμοκρασία είναι η περίπτωση όπου αυτό δεν ισχύει: οι κλίμακες Κελσίου και Φαρενάιτ αρχίζουν να μετρούν από διαφορετικά σημεία, επομένως ένας μετατροπέας που εκτελεί μόνο πολλαπλασιασμό θα εμφάνιζε το 0 °C ως 0 °F αντί για 32 °F.

Από πού προέρχεται ο συντελεστής του psi

Το psi είναι μία δύναμη λίβρας που ασκείται σε μία τετραγωνική ίντσα. Ο μετατροπέας το υπολογίζει από δύο ακριβείς ορισμούς, αντί να αντιγράφει έναν δεκαδικό αριθμό από κάποιον πίνακα:

$1\ \mathrm{psi} = \frac{F}{A} = \frac{4.4482216152605\ \mathrm{N}}{(0.0254\ \mathrm{m})^2}$

όπου $F$ είναι μία δύναμη λίβρας σε newton και $A$ είναι μία τετραγωνική ίντσα σε τετραγωνικά μέτρα.

Και οι δύο είσοδοι είναι ορισμοί. Η διεθνής ίντσα είναι ακριβώς 0,0254 m από τη Διεθνή Συμφωνία για την Αυλή και τη Λίβρα του 1959. Η δύναμη λίβρας είναι η διεθνής λίβρα του 1959, ακριβώς 0,45359237 kg, επί την πρότυπη βαρύτητα, την οποία η 3η Γενική Συνδιάσκεψη Μέτρων και Σταθμών καθόρισε ακριβώς σε 9,80665 m/s² το 1901. Το γινόμενο είναι ακριβώς 4,4482216152605 N, όπως παρατίθεται στη NIST Special Publication 811, Παράρτημα B.

Η διαίρεση είναι επίσης ακριβής, ως το κλάσμα 8.896.443.230.521 / 1.290.320.000. Η δεκαδική ανάπτυξή του δεν τελειώνει ποτέ. Αρχίζει με 6.894,757293168362000…, επομένως κάθε δεκαδική τιμή που έχει δημοσιευτεί ποτέ για το psi είναι στρογγυλοποιημένη εκδοχή του, συμπεριλαμβανομένων των 6.894,757 Pa που παρατίθενται από το NIST.

Παράδειγμα: ελαστικό αυτοκινήτου στα 32 psi

Ένα ελαστικό φουσκωμένο στα 32 psi (221 kPa) ασκεί δύναμη ίση με 32 λίβρες-δύναμης (14,5 kg) σε κάθε τετραγωνική ίντσα. Ο πολλαπλασιασμός με τον συντελεστή του psi τη μετατρέπει σε pascal:

$P = 32 \times 6\,894.757293168361\ldots = 220\,632.2333\ldots\ \mathrm{Pa}$

Η διαίρεση αυτού του αποτελέσματος με καθέναν από τους άλλους συντελεστές δίνει τις υπόλοιπες τιμές. Με οκτώ σημαντικά ψηφία, η σελίδα εμφανίζει 220.632,23 Pa, 220,63223 kPa, 2,2063223 bar και 2,1774708 atm.

Το ενδιάμεσο βήμα αξίζει να διαβαστεί δύο φορές. Τα bar προκύπτουν από διαίρεση με 100.000 και οι ατμόσφαιρες από διαίρεση με 101.325, επομένως οι δύο τιμές διαφέρουν κατά περίπου 1,3 τοις εκατό. Είναι κοντινές, αλλά δεν είναι ίδιες.

Συνήθεις μετατροπές πίεσης

Κάθε γραμμή παρακάτω είναι η τιμή που δίνει μία μονάδα στις άλλες τέσσερις, με οκτώ σημαντικά ψηφία.

Ποιες τιμές είναι ακριβείς και ποιες στρογγυλοποιούνται

Τέσσερις από τους πέντε συντελεστές είναι ακριβείς ακέραιοι αριθμοί, επομένως μια μετατροπή μεταξύ τους περιορίζεται μόνο από την αριθμητική και όχι από τις σταθερές.

• 1 kPa είναι ακριβώς 1.000 Pa. Το πρόθεμα kilo σημαίνει χίλια.
• 1 bar είναι ακριβώς 100.000 Pa. Το bar δεν είναι μονάδα SI, αλλά το Διεθνές Γραφείο Μέτρων και Σταθμών το περιλαμβάνει στο φυλλάδιο SI μεταξύ των μονάδων που επιτρέπεται να χρησιμοποιούνται μαζί με το SI, με αυτήν ακριβώς την τιμή.
• 1 atm είναι ακριβώς 101.325 Pa. Η 10η Γενική Συνδιάσκεψη Μέτρων και Σταθμών την καθόρισε το 1954, με το Ψήφισμα 4.
• Το 1 psi (6,9 kPa) είναι ακριβές ως κλάσμα και δεν μπορεί να γραφτεί ακριβώς ως δεκαδικός αριθμός, για τον λόγο που αναφέρθηκε παραπάνω.

Η στρογγυλοποίηση που θα δει στην πράξη ο αναγνώστης προέρχεται από την εμφάνιση και όχι από τις σταθερές. Οκτώ σημαντικά ψηφία αρκούν για να εμφανιστεί πλήρως μια καθοριστική τιμή, αλλά είναι αρκετά λίγα ώστε να αποκρύπτονται τα τελευταία ψηφία των υπολογισμών του υπολογιστή, τα οποία περιέχουν σφάλμα στρογγυλοποίησης και όχι πληροφορία.

Πίεση μετρητή και απόλυτη πίεση

Ένα μανόμετρο ελαστικού δεν μετρά ολόκληρη την πίεση στο εσωτερικό του ελαστικού. Μετρά πόσο υπερβαίνει αυτή η πίεση την πίεση του εξωτερικού αέρα. Η ένδειξη που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι μανομετρική πίεση, ενώ η ένδειξη που υπολογίζεται από το απόλυτο κενό είναι απόλυτη πίεση. Στο επίπεδο της θάλασσας οι δύο διαφέρουν περίπου κατά μία ατμόσφαιρα.

Επομένως, ένα ελαστικό στα 32 psi (221 kPa) στο μανόμετρο έχει απόλυτη πίεση περίπου 46,7 psi (322 kPa). Ο μετατροπέας δεν γνωρίζει ποιος τύπος ένδειξης έχει πληκτρολογηθεί, επομένως μετατρέπει τον αριθμό όπως δόθηκε και δεν θέτει κατώτατο όριο. Αυτό είναι σκόπιμο: η απόλυτη πίεση δεν μπορεί να πέσει κάτω από το μηδέν, αλλά η πίεση μετρητή κάτω από το μηδέν είναι ένα συνηθισμένο μερικό κενό.

Συχνές ερωτήσεις

Πόσα psi είναι το 1 bar; Το 1 bar είναι 100.000 Pa και η διαίρεση με τον συντελεστή του psi δίνει 14,503774 psi (100 kPa) με οκτώ σημαντικά ψηφία. Η συνήθης στρογγυλοποίηση είναι 14,5 psi (100 kPa).

Είναι ένα bar το ίδιο με μία ατμόσφαιρα; Όχι. Ένα bar είναι 100.000 Pa και μία τυπική ατμόσφαιρα είναι 101.325 Pa, επομένως 1 atm είναι ακριβώς 1,01325 bar. Η ατμόσφαιρα είναι περίπου 1,3 τοις εκατό μεγαλύτερη. Οι δύο μονάδες συχνά εναλλάσσονται στην καθημερινή χρήση, κάτι που είναι αποδεκτό για μια πρόχειρη εκτίμηση αλλά λανθασμένο σε έναν υπολογισμό.

Πόσα kilopascal είναι το 1 psi; 6,8947573 kPa με οκτώ σημαντικά ψηφία, συνήθως στρογγυλοποιημένο σε 6,895 kPa.

Γιατί ο συντελεστής του psi έχει τόσα πολλά ψηφία; Επειδή είναι μια διαίρεση που δεν δίνει ποτέ ακέραιο αποτέλεσμα. Ο μετατροπέας τον υπολογίζει από την ακριβή ίντσα και την ακριβή δύναμη λίβρας, αντί να αποθηκεύει έναν δεκαδικό αριθμό που έχει ήδη περικοπεί. Ένας περικομμένος συντελεστής θα εισήγαγε μικρό σφάλμα σε κάθε αποτέλεσμα σε psi.

Μπορεί να μετατραπεί αρνητική πίεση; Ναι. Οι ενδείξεις μανόμετρου πέφτουν κάτω από το μηδέν όταν η πίεση στο εσωτερικό είναι χαμηλότερη από την εξωτερική πίεση του αέρα, επομένως η σελίδα μετατρέπει αρνητικές τιμές αντί να τις απορρίπτει.

Ποια μονάδα πρέπει να χρησιμοποιείται; Το pascal και το kilopascal είναι οι μονάδες SI και αποτελούν το πρότυπο στην επιστήμη και τη μηχανική. Τα bar είναι συνηθισμένα στη βιομηχανία της Ευρώπης και στον καταδυτικό εξοπλισμό, το psi είναι συνηθισμένο στις Ηνωμένες Πολιτείες και στα μανόμετρα ελαστικών, ενώ οι ατμόσφαιρες χρησιμοποιούνται κυρίως για σύγκριση με τη συνηθισμένη πίεση του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας.