Paineyksikkömuunnin: Pa, kPa, bar, atm ja psi

Paineyksikkömuunnin

Paine on voima, joka kohdistuu jokaiseen pinnan osaan. Paineyksikkömuunnin muuntaa paineen yksiköstä toiseen, esimerkiksi paunoista neliötuumaa kohti baareiksi. Tämä sivu muuntaa pascaleiden, kilopascaleiden, baarien, standardi-ilmakehien ja psi-yksikön välillä ja näyttää kaikki viisi arvoa samanaikaisesti.

Mitä muunnin tekee

Käyttäjä syöttää yhden luvun ja valitsee yksikön, jossa luku on ilmoitettu. Sivu palauttaa saman paineen kaikissa viidessä yksikössä.

• Tulokset näytetään kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella. Vain näyttöarvo pyöristetään. Muunnos tehdään sellaisenaan kirjoitetulla luvulla.
• Kooltaan alle 0,0001 oleva tai vähintään miljardin suuruinen tulos esitetään tieteellisessä merkintätavassa. Nolla esitetään tavallisena arvona 0.
• Negatiiviset arvot hyväksytään, koska painemittarin lukema voi olla negatiivinen.
• Tyhjä kenttä tuottaa kehotteen luvun sijaan. Linkki, jossa on sivun tarjoamaton yksikkö, tuottaa viestin muunnoksen sijaan.

Viisi yksikköä

Pascali on paine, joka syntyy, kun yhden newtonin voima kohdistuu yhden neliömetrin alalle. Kukin neljästä muusta yksiköstä vastaa kiinteää pascalimäärää, eikä mikään näistä luvuista ole mittaustulos, joten ne eivät muutu ajan myötä.

Paineen muuntokaava

Koska jokainen tässä käytetty yksikkö on paskalin kiinteä monikerta, muunnos koostuu yhdestä kertolaskusta ja sitä seuraavasta jakolaskusta. Arvo muunnetaan ensin paskaleiksi ja sitten takaisin haluttuun yksikköön:

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

jossa $P_1$ on syötetty paine, $k_1$ on valitun yksikön sisältämien paskalien määrä, $k_2$ on halutun yksikön sisältämien paskalien määrä ja $P_2$ on tulos.

Matkan varrella ei lisätä eikä vähennetä mitään. Kaikki viisi asteikkoa näyttävät nollaa samassa paineessa, joten vain askelen koko muuttuu. Lämpötila on tapaus, jossa näin ei ole: Celsius- ja Fahrenheit-asteikot alkavat eri kohdista, joten pelkästään kertova muunnin ilmoittaisi 0 °C arvoksi 0 °F eikä arvoksi 32 °F.

Mistä psi-kerroin tulee

Psi on yhden naulavoiman paine yhdelle neliötuumalle. Muunnin muodostaa sen kahdesta täsmällisestä määritelmästä sen sijaan, että se kopioisi painetun desimaaliarvon:

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

jossa $F$ on yhden naulavoiman suuruus newtoneina ja $A$ on yhden neliötuuman pinta-ala neliömetreinä.

Molemmat lähtöarvot ovat määritelmiä. Kansainvälinen tuuma on ollut täsmälleen 0,0254 m Kansainvälisen jaardin ja naulan sopimuksesta 1959 lähtien. Naulavoima on kansainvälinen 1959 naula, täsmälleen 0,45359237 kg, kerrottuna standardipainovoimalla, jonka paino- ja mittakonferenssi vahvisti täsmälleen arvoon 3. yleisessä konferenssissa 9,80665 m/s² vuonna 1901. Tämä tulo on täsmälleen 4,4482216152605 N, kuten NIST:n erityisjulkaisun 811 liitteessä B on taulukoitu.

Jakolasku on myös täsmällinen, murtolukuna 8 896 443 230 521 / 1 290 320 000. Sen desimaalikehitelmä ei pääty koskaan. Se alkaa luvusta 6 894,757293168362000…, joten jokainen koskaan painettu psi-arvo on sen pyöristetty muoto, mukaan lukien NIST:n ilmoittama arvo 6 894,757 Pa.

Esimerkki: auton rengas paineella 32 psi

Paineeseen 32 psi (221 kPa) täytetty rengas kohdistaa 32 naulavoiman jokaiseen neliötuumaan. Kertominen psi-kertoimella muuntaa tämän paskaleiksi:

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

Jakamalla tämä tulos kullakin muulla kertoimella saadaan loput arvot. Kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella sivu näyttää arvot 220 632,23 Pa, 220,63223 kPa, 2,2063223 bar ja 2,1774708 atm.

Keskimmäinen vaihe kannattaa lukea kahdesti. Baarit saadaan jakamalla luvulla 100 000 ja ilmakehät jakamalla luvulla 101 325, joten nämä kaksi vastausta eroavat toisistaan noin 1,3 prosenttia. Ne ovat lähellä toisiaan, mutta eivät samoja.

Yleisiä paineen muunnoksia

Jokainen alla oleva rivi näyttää arvon, jonka yksi yksikkö tuottaa neljässä muussa yksikössä, kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella.

Mitkä arvot ovat täsmällisiä ja mitkä pyöristettyjä

Neljä viidestä kertoimesta on täsmällisiä kokonaislukuja, joten niiden välistä muunnosta rajoittaa vain laskutoimitus, eivät vakiot.

• 1 kPa on täsmälleen 1 000 Pa. Kilo-etuliite tarkoittaa tuhatta.
• 1 bar on täsmälleen 100 000 Pa. Baari ei ole SI-yksikkö, mutta Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto sisällyttää sen SI-esitteessään SI-järjestelmän kanssa käytettäväksi hyväksyttyihin yksiköihin tällä täsmällisellä arvolla.
• 1 atm on täsmälleen 101 325 Pa. Paino- ja mittakonferenssin 10. yleinen konferenssi vahvisti sen vuonna 1954 päätöslauselmassa 4.
• 1 psi (6,9 kPa) on murtolukuna täsmällinen, mutta sitä ei voi esittää päättyvänä desimaalina edellä mainitusta syystä.

Lukijan näkemä pyöristys johtuu näytöstä, ei vakioista. Kahdeksan merkitsevää numeroa riittää näyttämään määrittävän arvon kokonaisuudessaan, mutta on riittävän vähän peittämään tietokoneen laskennan viimeiset numerot, jotka sisältävät informaation sijaan pyöristyskohinaa.

Mittaripaine ja absoluuttinen paine

Rengaspainemittari ei mittaa renkaan sisällä olevaa kokonaispainetta. Se mittaa, kuinka paljon paine ylittää ulkopuolisen ilmanpaineen. Tällä tavalla otettu lukema on mittaripaine, kun taas täydellisestä tyhjiöstä laskettu lukema on absoluuttinen paine. Merenpinnan tasolla nämä kaksi eroavat toisistaan suunnilleen yhden ilmakehän verran.

Renkaan 32 psi (221 kPa) mittaripaine vastaa siksi noin 46,7 psi (322 kPa) absoluuttista painetta. Muunnin ei tiedä, kummantyyppinen lukema on syötetty, joten se muuntaa annetun luvun sellaisenaan eikä aseta alarajaa. Tämä on tarkoituksellista: absoluuttinen paine ei voi laskea nollan alapuolelle, mutta negatiivinen mittaripaine tarkoittaa tavallista osittaista tyhjiötä.

Usein kysyttyä

Kuinka monta psi-yksikköä on 1 bar? 1 bar on 100 000 Pa, ja jakamalla tämä psi-kertoimella saadaan 14,503774 psi kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella. Arkikielessä pyöristettynä arvo on 14,5 psi (100 kPa).

Onko baari sama kuin ilmakehä? Ei. Baari on 100 000 Pa ja standardi-ilmakehä on 101 325 Pa, joten 1 atm on täsmälleen 1,01325 bar. Ilmakehä on noin 1,3 prosenttia suurempi. Näitä kahta vaihdetaan usein arkisessa käytössä, mikä sopii karkeaan arvioon mutta on väärin laskennassa.

Kuinka monta kilopaskalia on 1 psi? 6,8947573 kPa kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella; yleensä ilmoitetaan arvona 6,895 kPa.

Miksi psi-kertoimessa on niin monta numeroa? Koska kyseessä on jakolasku, jonka tulos ei ole päättyvä. Muunnin muodostaa kertoimen täsmällisestä tuumasta ja täsmällisestä naulavoimasta sen sijaan, että tallentaisi valmiiksi katkaistun desimaaliarvon. Lyhennetty kerroin aiheuttaisi pienen virheen jokaiseen psi-tulokseen.

Voiko negatiivisen paineen muuntaa? Kyllä. Mittarilukema laskee nollan alapuolelle aina, kun sisäpaine on ulkopuolista ilmanpainetta pienempi, joten sivu muuntaa negatiiviset arvot niiden hylkäämisen sijaan.

Mitä yksikköä pitäisi käyttää? Pascali ja kilopascali ovat tieteen ja tekniikan standardiyksiköitä SI-järjestelmässä. Baarit ovat yleisiä Euroopan teollisuudessa ja sukellusvarusteissa, psi on yleinen Yhdysvalloissa ja rengaspainemittareissa, ja ilmakehiä käytetään pääasiassa vertailuun merenpinnan tasolla vallitsevaan tavanomaiseen ilmanpaineeseen.