Bộ chuyển đổi đơn vị áp suất: Pa, kPa, bar, atm và psi

Bộ chuyển đổi đơn vị áp suất

Áp suất là lượng lực tác dụng lên mỗi phần của một bề mặt. Bộ chuyển đổi đơn vị áp suất chuyển đổi áp suất từ đơn vị này sang đơn vị khác, chẳng hạn từ pound trên inch vuông sang bar. Trang này chuyển đổi qua lại giữa pascal, kilopascal, bar, atmosphere tiêu chuẩn và psi, đồng thời hiển thị cả năm giá trị.

Công cụ chuyển đổi làm gì

Người dùng nhập một số và chọn đơn vị dùng để biểu thị số đó. Trang trả về cùng một áp suất theo cả năm đơn vị.

• Kết quả được hiển thị với tám chữ số có nghĩa. Chỉ phần hiển thị được làm tròn. Phép chuyển đổi được thực hiện trên số đã nhập.
• Kết quả có độ lớn nhỏ hơn 0,0001 hoặc từ một tỷ trở lên được hiển thị dưới dạng ký hiệu khoa học. Số 0 được hiển thị dưới dạng thông thường là 0.
• Chấp nhận các giá trị âm, vì số đọc trên đồng hồ đo có thể là số âm.
• Ô trống sẽ tạo lời nhắc thay vì một con số. Liên kết chứa một đơn vị mà trang không cung cấp sẽ tạo thông báo thay vì kết quả chuyển đổi.

Năm đơn vị

Pascal là một newton lực phân bố trên một mét vuông. Bốn đơn vị còn lại đều tương ứng với một số pascal cố định, và không số nào trong đó là một phép đo, nên không số nào thay đổi theo thời gian.

Công thức chuyển đổi áp suất

Vì mọi đơn vị ở đây đều là bội số cố định của pascal, phép chuyển đổi chỉ gồm một phép nhân rồi một phép chia. Giá trị được đổi sang pascal rồi đổi ngược sang đơn vị cần dùng:

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

trong đó $P_1$ là áp suất được nhập, $k_1$ là số pascal trong một đơn vị của đơn vị đã chọn, $k_2$ là số pascal trong một đơn vị của đơn vị cần dùng, và $P_2$ là kết quả.

Không có gì được cộng hoặc trừ trong quá trình này. Cả năm thang đo đều chỉ số 0 ở cùng một áp suất, nên chỉ kích thước bước thay đổi. Nhiệt độ là trường hợp không đúng như vậy: Celsius và Fahrenheit bắt đầu đếm từ các điểm khác nhau, nên bộ chuyển đổi chỉ thực hiện phép nhân sẽ cho 0 °C là 0 °F thay vì 32 °F.

Nguồn gốc của hệ số psi

Psi là một pound-lực tác dụng lên một inch vuông. Bộ chuyển đổi tính giá trị này từ hai định nghĩa chính xác thay vì sao chép một số thập phân đã in:

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

trong đó $F$ là một lực pound tính bằng newton và $A$ là một inch vuông tính bằng mét vuông.

Cả hai đầu vào đều là các định nghĩa. Inch quốc tế có giá trị chính xác 0,0254 m kể từ Hiệp định Yard và Pound Quốc tế năm 1959. Lực pound là pound quốc tế năm 1959, có giá trị chính xác 0,45359237 kg, nhân với gia tốc trọng trường tiêu chuẩn, được Hội nghị Toàn thể lần thứ 3 về Cân đo Quốc tế ấn định chính xác là 9,80665 m/s² vào năm 1901. Tích đó chính xác là 4,4482216152605 N, như được lập bảng trong Ấn phẩm Đặc biệt 811 của NIST, Phụ lục B.

Phép chia cũng chính xác, dưới dạng phân số 8.896.443.230.521 / 1.290.320.000. Khai triển thập phân của nó không bao giờ kết thúc. Nó bắt đầu bằng 6.894,757293168362000…, vì vậy mọi số thập phân từng được in cho psi đều là phiên bản đã làm tròn của nó, bao gồm 6.894,757 Pa do NIST liệt kê.

Ví dụ: lốp ô tô ở mức 32 psi

Một lốp được bơm đến 32 psi chịu 32 lực pound trên mỗi inch vuông. Nhân với hệ số psi sẽ đổi giá trị đó sang pascal:

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

Chia kết quả đó cho từng hệ số còn lại sẽ cho các giá trị khác. Với tám chữ số có nghĩa, trang hiển thị 220.632,23 Pa, 220,63223 kPa, 2,2063223 bar và 2,1774708 atm.

Bước trung gian này đáng được xem lại. Bar được tính bằng cách chia cho 100.000, còn atmosphere được tính bằng cách chia cho 101.325, nên hai kết quả chênh nhau khoảng 1,3 phần trăm. Chúng gần nhau, nhưng không giống nhau.

Các chuyển đổi áp suất thường gặp

Mỗi hàng dưới đây là giá trị mà một đơn vị tạo ra theo bốn đơn vị còn lại, với tám chữ số có nghĩa.

Giá trị nào chính xác và giá trị nào được làm tròn

Bốn trong năm hệ số là các số nguyên chính xác, nên việc chuyển đổi giữa chúng chỉ bị giới hạn bởi phép tính, không phải bởi các hằng số.

• 1 kPa chính xác bằng 1.000 Pa. Tiền tố kilo có nghĩa là một nghìn.
• 1 bar chính xác bằng 100.000 Pa. Bar không phải là đơn vị SI, nhưng Cục Cân đo Quốc tế liệt kê nó trong Tập sách SI, thuộc nhóm các đơn vị được chấp nhận sử dụng cùng SI, với giá trị chính xác đó.
• 1 atm chính xác bằng 101.325 Pa. Hội nghị Toàn thể lần thứ 10 về Cân đo Quốc tế đã ấn định giá trị này vào năm 1954, trong Nghị quyết 4.
• 1 psi là giá trị chính xác dưới dạng phân số nhưng không thể biểu diễn hữu hạn dưới dạng số thập phân, vì lý do đã nêu ở trên.

Việc làm tròn mà người đọc thực sự thấy đến từ phần hiển thị, không phải từ các hằng số. Tám chữ số có nghĩa đủ rộng để hiển thị đầy đủ một giá trị định nghĩa, đồng thời đủ hẹp để che đi các chữ số cuối trong phép tính của máy tính, vốn chỉ mang nhiễu do làm tròn chứ không mang thêm thông tin.

Áp suất dư và áp suất tuyệt đối

Đồng hồ đo lốp không đo toàn bộ áp suất bên trong lốp. Nó đo mức chênh lệch giữa áp suất đó và không khí bên ngoài. Số đọc theo cách này là áp suất dư, còn số đọc tính từ chân không hoàn toàn là áp suất tuyệt đối. Ở mực nước biển, hai giá trị này chênh lệch khoảng một atmosphere.

Vì vậy, một lốp có số đọc 32 psi trên đồng hồ có áp suất tuyệt đối khoảng 46,7 psi. Bộ chuyển đổi không biết số đọc được nhập là loại nào, nên chuyển đổi đúng con số đã cho và không đặt giới hạn dưới. Điều đó là có chủ ý: áp suất tuyệt đối không thể thấp hơn 0, nhưng áp suất dư âm là một trạng thái chân không riêng phần thông thường.

Các câu hỏi thường gặp

1 bar bằng bao nhiêu psi? 1 bar bằng 100.000 Pa, và chia giá trị đó cho hệ số psi cho kết quả 14,503774 psi với tám chữ số có nghĩa. Giá trị thường được làm tròn là 14,5 psi.

Bar có giống atmosphere không? Không. Một bar bằng 100.000 Pa, còn một atmosphere tiêu chuẩn là 101.325 Pa, nên 1 atm chính xác bằng 1,01325 bar. Atmosphere lớn hơn khoảng 1,3 phần trăm. Hai đơn vị thường bị dùng thay cho nhau trong giao tiếp thông thường; điều đó phù hợp với con số ước lượng nhưng sai trong phép tính.

1 psi bằng bao nhiêu kilopascal? 6,8947573 kPa với tám chữ số có nghĩa, thường được ghi là 6,895 kPa.

Vì sao hệ số psi có nhiều chữ số như vậy? Vì đó là một phép chia không bao giờ cho kết quả hữu hạn. Bộ chuyển đổi tạo hệ số này từ inch chính xác và lực pound chính xác, thay vì lưu một số thập phân đã bị cắt ngắn. Hệ số bị rút gọn sẽ đưa một sai số nhỏ vào mọi kết quả psi.

Có thể chuyển đổi áp suất âm không? Có. Số đọc áp suất dư giảm xuống dưới 0 khi áp suất bên trong thấp hơn không khí bên ngoài, nên trang này chuyển đổi các giá trị âm thay vì từ chối chúng.

Nên sử dụng đơn vị nào? Pascal và kilopascal là các đơn vị SI, được dùng làm tiêu chuẩn trong khoa học và kỹ thuật. Bar phổ biến trong công nghiệp châu Âu và trên thiết bị lặn, psi phổ biến ở Hoa Kỳ và trên đồng hồ đo lốp, còn atmosphere chủ yếu được dùng làm mốc so sánh với áp suất không khí thông thường ở mực nước biển.