ตัวแปลงหน่วยความดัน: Pa, kPa, bar, atm และ psi

ตัวแปลงหน่วยความดัน

ความดันคือปริมาณแรงที่กดลงบนแต่ละส่วนของพื้นผิว ตัวแปลงหน่วยความดันจะแปลงค่าความดันจากหน่วยหนึ่งเป็นอีกหน่วยหนึ่ง เช่น จากปอนด์แรงต่อตารางนิ้วเป็นบาร์ หน้านี้แปลงค่าระหว่างปาสกาล กิโลปาสกาล บาร์ บรรยากาศมาตรฐาน และ psi พร้อมแสดงค่าทั้งห้าหน่วยในเวลาเดียวกัน

เครื่องแปลงทำอะไร

ผู้ใช้ป้อนตัวเลขหนึ่งค่าและเลือกหน่วยที่ใช้เขียนค่านั้น จากนั้นหน้าจะแสดงความดันเดียวกันในหน่วยทั้งห้า

• ผลลัพธ์จะแสดงด้วยเลขนัยสำคัญแปดหลัก การปัดเศษมีผลเฉพาะการแสดงผล การแปลงคำนวณจากตัวเลขที่ป้อน
• ผลลัพธ์ที่มีขนาดต่ำกว่า 0.0001 หรือมีค่าตั้งแต่หนึ่งพันล้านขึ้นไป จะแสดงในรูปแบบสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ ส่วนศูนย์จะแสดงเป็น 0 ธรรมดา
• ยอมรับค่าติดลบ เนื่องจากค่าที่อ่านได้จากเกจอาจเป็นลบ
• ช่องว่างจะแสดงข้อความแจ้งเตือนแทนตัวเลข ส่วนลิงก์ที่มีหน่วยซึ่งหน้าเว็บไม่มีให้เลือกจะแสดงข้อความแทนผลการแปลง

หน่วยทั้งห้า

ปาสกาลคือแรงหนึ่งนิวตันที่กระจายลงบนพื้นที่หนึ่งตารางเมตร หน่วยอีกสี่หน่วยต่างมีค่าเป็นจำนวนปาสกาลคงที่จำนวนหนึ่ง และไม่มีจำนวนใดเป็นค่าที่ได้จากการวัด ดังนั้นค่าจึงไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

สูตรการแปลงความดัน

เนื่องจากทุกหน่วยในที่นี้เป็นพหุคูณคงที่ของปาสกาล การแปลงจึงประกอบด้วยการคูณหนึ่งครั้งแล้วหารหนึ่งครั้ง ระบบจะแปลงค่าเป็นปาสกาลก่อน แล้วแปลงกลับเป็นหน่วยที่ต้องการ:

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

โดยที่ $P_1$ คือความดันที่ป้อนเข้าไป $k_1$ คือจำนวนปาสกาลในหนึ่งหน่วยของหน่วยที่เลือก $k_2$ คือจำนวนปาสกาลในหนึ่งหน่วยของหน่วยที่ต้องการ และ $P_2$ คือคำตอบ

ระหว่างทางไม่มีการบวกหรือลบค่า มาตราส่วนทั้งห้าแสดงค่าเป็นศูนย์ที่ความดันเดียวกัน จึงเปลี่ยนเพียงขนาดของช่วงเท่านั้น อุณหภูมิเป็นกรณีที่ไม่เป็นเช่นนั้น: เซลเซียสและฟาเรนไฮต์เริ่มนับจากจุดต่างกัน ดังนั้นตัวแปลงที่คูณเพียงอย่างเดียวจะแสดง 0 °C เป็น 0 °F แทนที่จะเป็น 32 °F

ที่มาของตัวคูณ psi

psi คือแรงหนึ่งปอนด์แรงกดลงบนพื้นที่หนึ่งตารางนิ้ว ตัวแปลงสร้างค่านี้จากนิยามที่แน่นอนสองประการ แทนการคัดลอกเลขทศนิยมที่พิมพ์ไว้:

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

โดยที่ $F$ คือปอนด์แรงหนึ่งหน่วยในหน่วยนิวตัน และ $A$ คือพื้นที่หนึ่งตารางนิ้วในหน่วยตารางเมตร

ค่าทั้งสองเป็นนิยาม นิ้วสากลมีค่าเท่ากับ 0.0254 ม. อย่างแน่นอนนับตั้งแต่ข้อตกลงว่าด้วยหลาและปอนด์ระหว่างประเทศปี 1959 ปอนด์แรงคือปอนด์สากลปี 1959 ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.45359237 กก. โดยแน่นอน คูณด้วยความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐาน ซึ่งการประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยการชั่งตวงวัดครั้งที่ 3 กำหนดไว้ที่ 9.80665 ม./s² อย่างแน่นอนในปี 1901 ผลคูณนี้เท่ากับ 4.4482216152605 N โดยแน่นอน ตามตารางในเอกสารเผยแพร่พิเศษของ NIST ฉบับที่ 811 ภาคผนวก B

การหารก็เป็นค่าที่แน่นอนเช่นกัน ในรูปเศษส่วน 8,896,443,230,521 / 1,290,320,000 การขยายเป็นทศนิยมไม่มีที่สิ้นสุด โดยเริ่มต้นที่ 6,894.757293168362000… ดังนั้นค่าทศนิยมทุกค่าที่เคยพิมพ์สำหรับ psi จึงเป็นค่าปัดเศษของค่านี้ รวมถึงค่า 6,894.757 Pa ที่ NIST ระบุไว้

ตัวอย่าง: ยางรถยนต์ที่ความดัน 32 psi

ยางรถยนต์ที่เติมลมจนมีความดัน 32 psi (221 kPa) รับแรง 32 ปอนด์แรง (14.5 กก.) บนทุกตารางนิ้ว เมื่อนำไปคูณด้วยตัวคูณ psi จะได้ค่าเป็นปาสกาล:

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

เมื่อนำผลลัพธ์นั้นไปหารด้วยตัวคูณของหน่วยอื่นแต่ละหน่วย จะได้ค่าที่เหลือ ที่เลขนัยสำคัญแปดหลัก หน้าเว็บจะแสดง 220,632.23 Pa, 220.63223 kPa, 2.2063223 bar และ 2.1774708 atm

ขั้นตอนตรงกลางควรอ่านให้ละเอียดอีกครั้ง บาร์ได้จากการหารด้วย 100,000 ส่วนบรรยากาศได้จากการหารด้วย 101,325 ดังนั้นคำตอบทั้งสองจึงต่างกันประมาณ 1.3 เปอร์เซ็นต์ ค่าใกล้เคียงกัน แต่ไม่ใช่ค่าเดียวกัน

การแปลงความดันที่พบบ่อย

แต่ละแถวด้านล่างแสดงค่าที่หนึ่งหน่วยให้ผลเป็นอีกสี่หน่วย โดยใช้เลขนัยสำคัญแปดหลัก

ค่าใดตรงตามนิยามและค่าใดถูกปัดเศษ

ตัวคูณสี่ในห้าค่าเป็นจำนวนเต็มที่แน่นอน ดังนั้นการแปลงระหว่างหน่วยเหล่านี้จึงถูกจำกัดด้วยการคำนวณเท่านั้น ไม่ใช่ด้วยค่าคงที่

• 1 kPa เท่ากับ 1,000 Pa อย่างแน่นอน คำนำหน้ากิโลหมายถึงหนึ่งพัน
• 1 bar เท่ากับ 100,000 Pa อย่างแน่นอน บาร์ไม่ใช่หน่วยเอสไอ แต่สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศระบุไว้ในแผ่นพับเอสไอว่าเป็นหน่วยที่ยอมรับให้ใช้ร่วมกับเอสไอ โดยมีค่าดังกล่าวอย่างแน่นอน
• 1 atm เท่ากับ 101,325 Pa อย่างแน่นอน การประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยการชั่งตวงวัดครั้งที่ 10 กำหนดค่านี้ไว้ในปี 1954 ตามมติฉบับที่ 4
• 1 psi (6.9 kPa) เป็นค่าแน่นอนในรูปเศษส่วน แต่ไม่สามารถเขียนเป็นทศนิยมได้ลงตัว ด้วยเหตุผลที่กล่าวไว้ข้างต้น

การปัดเศษที่ผู้อ่านเห็นจริงมาจากการแสดงผล ไม่ใช่จากค่าคงที่ เลขนัยสำคัญแปดหลักมีความละเอียดพอที่จะแสดงค่าที่ใช้เป็นนิยามได้ครบถ้วน และสั้นพอที่จะซ่อนตัวเลขท้าย ๆ จากการคำนวณของคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นเพียงสัญญาณรบกวนจากการปัดเศษ ไม่ใช่ข้อมูล

ความดันเกจและความดันสัมบูรณ์

เกจวัดลมยางไม่ได้วัดความดันทั้งหมดภายในยาง แต่วัดว่าความดันนั้นสูงกว่าอากาศภายนอกเท่าใด ค่าที่อ่านด้วยวิธีนี้เรียกว่าความดันเกจ ส่วนค่าที่นับจากสุญญากาศสมบูรณ์เรียกว่าความดันสัมบูรณ์ ที่ระดับน้ำทะเล ค่าทั้งสองต่างกันประมาณหนึ่งบรรยากาศ

ดังนั้นยางที่อ่านได้ 32 psi (221 kPa) จากเกจจึงมีความดันสัมบูรณ์ประมาณ 46.7 psi (322 kPa) ตัวแปลงไม่ทราบว่าค่าที่ป้อนเป็นความดันชนิดใด จึงแปลงตัวเลขตามที่ให้มาและไม่กำหนดค่าต่ำสุด นั่นเป็นการตั้งใจทำเช่นนั้น: ความดันสัมบูรณ์ไม่อาจต่ำกว่าศูนย์ แต่ความดันเกจที่ต่ำกว่าศูนย์เป็นสุญญากาศบางส่วนตามปกติ

คำถามที่พบบ่อย

1 bar มีกี่ psi? 1 bar เท่ากับ 100,000 Pa และเมื่อนำไปหารด้วยตัวคูณ psi จะได้ 14.503774 psi (100 kPa) ที่เลขนัยสำคัญแปดหลัก ค่าที่มักปัดใช้ในชีวิตประจำวันคือ 14.5 psi (100 kPa)

บาร์เท่ากับบรรยากาศหรือไม่? ไม่เท่ากัน บาร์เท่ากับ 100,000 Pa ส่วนบรรยากาศมาตรฐานเท่ากับ 101,325 Pa ดังนั้น 1 atm จึงเท่ากับ 1.01325 bar อย่างแน่นอน บรรยากาศมีค่ามากกว่าประมาณ 1.3 เปอร์เซ็นต์ ทั้งสองหน่วยมักใช้แทนกันในการพูดทั่วไป ซึ่งใช้ได้กับค่าประมาณคร่าว ๆ แต่ไม่ถูกต้องในการคำนวณ

1 psi มีกี่กิโลปาสกาล? ที่เลขนัยสำคัญแปดหลักคือ 6.8947573 kPa โดยมักเขียนเป็น 6.895 kPa

เหตุใดตัวคูณ psi จึงมีตัวเลขหลายหลักเช่นนี้? เพราะเป็นการหารที่ไม่ลงตัว ตัวแปลงสร้างค่านี้จากนิ้วที่มีค่าตามนิยามและปอนด์แรงที่มีค่าตามนิยาม แทนการเก็บค่าทศนิยมที่ถูกตัดให้สั้นลงแล้ว ตัวคูณที่ถูกตัดทอนจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในผลลัพธ์ psi ทุกค่า

แปลงความดันติดลบได้หรือไม่? ได้ ค่าจากเกจจะต่ำกว่าศูนย์เมื่อความดันภายในต่ำกว่าอากาศภายนอก ดังนั้นหน้าจึงแปลงค่าติดลบแทนที่จะปฏิเสธ

ควรใช้หน่วยใด? ปาสกาลและกิโลปาสกาลเป็นหน่วยเอสไอและเป็นหน่วยมาตรฐานในวิทยาศาสตร์กับวิศวกรรม บาร์ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมยุโรปและอุปกรณ์ดำน้ำ psi ใช้กันทั่วไปในสหรัฐอเมริกาและเกจวัดลมยาง ส่วนบรรยากาศมักใช้เปรียบเทียบกับความดันอากาศปกติที่ระดับน้ำทะเล