Det är en djungel där ute!
Det finns många olika tryckenheter i bruk runt om i världen, vilket ibland kan vara mycket förvirrande och till och med orsaka farliga missförstånd. I den här artikeln kommer vi att diskutera grunderna för olika tryckenheter och olika tryckenhetsfamiljer.
Innehåll
Vad är tryck?
När vi pratar om tryck i det här inlägget, syftar vi på den fysiska storheten. Vi ska inleda med att ta en snabb titt på definitionen av tryck, eftersom också det underlättar förståelsen av vissa tryckenheter. Kommer du ihåg fysikkurserna i skolan? Det gör inte de flesta av oss, så en kort påminnelse är kanske på sin plats: Tryck definieras som kraft per area vinkelrätt mot ytan. Det presenteras ofta som ekvationen p = F/A. Trycket indikeras med bokstaven ”p”, även om stora bokstaven ”P” också används vid vissa tillfällen.
Så vad betyder kraften per yta i praktiken? Det betyder att det finns en viss kraft som påverkar en bestämd yta. Kraft definieras som massa (m) x gravitationen (g). Då det finns så många olika enheter som används för både massa och area, är antalet kombinationer av dessa enormt. Plus att det också finns en hel del tryckenheter som inte direkt har massan och arean i sina namn, även om det ofta finns i deras definition. Det är bra att notera att ”kraften” i praktiken inte alltid ingår i tryckenhetens namn. Till exempel borde tryckenhet kilogram kraft per kvadratcentimeter anges som kgf/cm², men ofta anges det som kg/cm² utan ”f”. På motsvarande sätt anges pundkraft per kvadrattum (pfsi) normalt som pund per kvadrattum (psi).
Internationella måttenhetssystemet
(SI-systemet) / Metrisk
Vi bekantar oss med tryckenheterna genom att titta på SI-systemet, det internationella måttenhetssystemet, som baserar sig på metriskt system. Nu när jag nämnde det metriska systemet kan jag redan se några av er backa bakåt, men stanna med mig! SI-systemet är världens mest använda mätsystem. Det publicerades 1960, men har en lång historia redan innan det. SI-systemets grundenhet för tryck är Pascal (Pa), vilket är N/m² (Newton per kvadratmeter, medan Newton är kgm/s²).
Sagt i en ekvation:
Pascal är en mycket liten tryckenhet, som exempel kan man nämna det absoluta standardatmosfärstrycket som är 101325 Pa. Utifrån Pascals definition kan kilogramkraften ersättas med olika enheter som g (gram) kraft, och meter kan ersättas med centimeter eller millimeter. Genom att göra det får vi många andra kombinationer eller tryckenheter, som kgf/m², gf/m², kgf/ cm², gf/cm², kgf/mm², gf/mm², bara för att nämna några. Enheten ”bar” används fortfarande ofta inom vissa områden. Bar är baserat på metriskt system, men är inte en del av SI-systemet. Bar är 100 000 Pascal (100 kPa) och är relativt lätt att konvertera. Inom vissa områden (så som i USA:s NIST, National Institute of Standards and Technology) rekommenderas man att inte använda ”bar” i så stor utsträckning.
Framför alla tryckenheter, SI eller icke-SI, kan vi använda de vanliga prefixen/koefficienterna; milli (1/1000), centi (1/100), hekto (100), kilo (1 000) och mega (1 000 000). Det ger oss redan olika versioner av Pascal, som alla är vanliga: Pa, kPa, hPa, MPa. Om vi tar alla massenheter och kombinerar dem med alla areaenheter från SI-systemet, får vi många olika kombinationer. Även om SI är det vanligaste systemet i de flesta länder, finns det fortfarande också många andra tryckenheter som används. Låt oss nu ta en titt på dem.
Imperialistiska enheter
I länder som använder imperialistiska system (så som USA och Storbritannien) är de tekniska enheterna för både massa och area annorlunda än i SI-systemet. Därför skapar det också en helt ny grupp av tryckenheter. Massan mäts vanligtvis i pund (lb) eller uns (oz), och area och avstånd med tum (in) eller fot (ft). Så några tryckenheter härledda från dessa är lbf/ft², psi, ozf/in², iwc, inH2O, ftH2O. I USA är den vanligaste tryckenheten pounds per square inch (psi). För processindustrier är en vanlig enhet också tum vatten (inH2O), som kommer från nivåmätning och de historiska mätningarna av tryckskillnader med vatten i en kolonn.
Vätskekolonnenheter
Äldre tryckmätningsanordningar tillverkades ofta genom att använda vätska i ett genomskinligt U rör. Om trycket i båda ändarna av röret är detsamma, är vätskenivån samma på båda sidorna. Men om det finns en skillnad i trycken så är vätskenivåerna på olika höjd. Nivåskillnaden är direkt proportionell med tryckskillnaden. I praktiken kan du lämna ena sidan av röret öppen för rummets atmosfärstryck och koppla trycket som ska mätas till den andra sidan. När referenstrycket är atmosfären, är det uppmätta trycket övertryck.
Tryckskalan är märkt i röret, så du avläser trycket genom att läsa vätskenivåernas skillnad. När tryck matas in, kommer det att ändra vätskenivån och vi kan avläsa värdet. Det låter väldigt enkelt; ingen elektronik och inga delar som slits, så vad kan gå fel… ja, låt oss se.
Den vanligaste vätskan i röret är förmodligen vatten. Men för att kunna mäta högre tryck med mindre U-rör/vätskekolonn behövder man tyngre vätskor. En sådan vätska är kvicksilver (Hg), eftersom det är mycket tyngre än vatten (13,6 gånger tyngre). När du använder en tyngre vätska behöver du inte en så lång vätskekolonn för att mäta högre tryck, utan du kan använda en mindre och bekvämare. Till exempel blodtryck mättes tidigare (ibland fortfarande) med en kvicksilverkolonn. Kvicksilver används främst eftersom en vattenkolonn för samma tryckområde skulle vara så lång att den inte skulle vara praktisk att använda, eftersom vattenkolonnen är cirka 13,6 gånger högre än kvicksilverkolonnen.
En följd av detta är att blodtryck än idag anges i tryckenheten millimeter kvicksilver (mmHg). En vanlig industriell tillämpning för användning av vätske kolonntryckenheter är att mäta vätskenivån i en tank. Till exempel, om du har en vattentank som är 20 fot hög (6 meter) och du vill mäta vattennivån i den är det logiskt att installera en tryckindikator med en skala från 0 till 20 fot för att enkelt kunna avläsa vattennivån (13 fot i exempelbilden)
Tillbaka till vattenkolonnen: Det är uppenbart att när U-rör började användas för att indikera längd, har många olika längdenheter använts, både metriska och icke-metriska. Detta har resulterati många olika tryckenheter. Även om en vätskekolonn låter väldigt simpel, är det viktigt att komma ihåg att vätskans vikt beror på den lokala gravitationen. Så om du kalibrerar kolonnen på ett ställe och tar den till en annan plats (avlägsen, med annan höjd) kanske den inte längre mäter rätt. För att vara exakt, behövs en gravitationskorrigering.
Även vätskans temperatur påverkar vätskans densitet (täthet), som i sin tur delvis påverkar avläsningen av ett U-rör. Det finns olika vätskekolonnbaserade tryckenheter, men de vanligaste temperaturerna, som anges som vätsketemperatur i tryckenheten, är 0°C och 4°C samt 60°F och 68°F. Det finns också vattenkolonner, som inte alls har någon indikation på vattentemperaturen. Dessa är baserade på en teoretisk densitet för vatten, 1 kg/1 liter (ISO31-3, BS350). I praktiken har vatten aldrig så hög densitet. Som högst är den vid +4 °C (39,2 °F), då densiteten är ungefär 0,999972 kg/liter. Vattnets densitet blir lägre om temperaturen är högre eller lägre än +4 °C. Temperaturen har en ganska stark effekt på densiteten. En temperaturhöjning från till exempel +4 °C till +30 °C ändrar vattnets densitet med cirka 0,4 %. Läsbarheten för en mekanisk vätskekolonn är vanligtvis ganska begränsad, så mätningarna blir inte så exakta. På grund av de mekaniska begränsningarna kan du heller inte använda ett U-rör vid högt tryck. Alla ovan nämnda problem gör att en vätskekolonn i U-rör inte är särskilt praktisk att använda.
Dessutom har moderna digitala tryckmätningsapparater ersatt
vätskekolonnerna. Många av tryckenheterna som skapades under vätskekolonnernas tid finns trots allt kvar och används än idag. För att kort sammanfatta de vätskekolonnbaserade tryckenheterna:
- Vi har många enheter för längdmått: mm, cm, m, tum och fot.
- Vi har kolonner för olika vätskor, så som vatten (H2O) och kvicksilver (Hg).
- Vi har vattenkolonnenheter för olika densitet vid temperaturer så som 0 °C, 4 °C, 60 °F och 68 °F och för teoretiska densiteter.
Genom att kombinera alla dessa får vi en lång lista med tryckenheter. För att bara nämna några: mmH2O, cmH2O, mH2O, mmHg, cmHg, mHg, iwc, inH2O, ftH2O, inHg, mmH2O@4°C, mmH2O@60°F, mmH2O@68°F, cmH2O@4°C, cmH2O@60°F, cmH2O@68°F, inH2O@60°F, inH2O@68°F, inH2O@4°C, a@60°F, ftH2O@68°F, ftH2O@4°C och så vidare.
Atmosfäriska enheter
För mätning av atmosfärens absoluta tryck har specifika tryckenheter
skapats. En av dessa är standardatmosfären (atm) som definieras som 101 325 Pascal. För att skapa förvirring, finns det också en teknisk atmosfär (at) som är ganska nära, men inte riktigt samma som atm. Den tekniska atmosfären är en kilogram kraft per kvadratcentimeter. Så 1 at är lika med ungefär 0,968 atm.
En annan tryckenhet som används för att mäta atmosfäriskt absolut tryck är torr, vilket är 1/760 av standardatmosfär. Torr är med andra ord ett absolut tryck, och även om det vanligtvis inte nämns, behöver du känna till det. Torr var från början tänkt att vara det samma som 1 millimeter kvicksilver, men definitionen visar en mycket liten skillnad mellan dem. Torr är inte heller en del av SI-systemet. Förutom alla ovanstående tryckenheter finns det många fler. Till exempel i en Beamex MC6-kalibrator finns det över 40 olika tryckenheter samt ytterligare några anpassade enheter för spänningssökare.
Standarder för konvertering av tryckenheter
Om du jobbar med tryck så vet du att det är väldigt vanligt att ett tryck indikeras med en viss tryckenhet och man behöver konvertera den till en annan tryckenhet. Tryckenheter är baserade på standarder och omvandlingen mellan enheter bör också baseras på standarder. De vanligaste standarderna för tryckenheter är:
- SI-system
- ISO31-3, Second edition, 1992-09-01
- BS350 Part 1: 1974
- PTB-Mitteilungen 100 3/90
- Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 6th ed, 1984
Tryckenhetsomvandlare
Jag försökte göra en omvandlingstabell mellan olika tryckenheter, men den tabellen började växa till en enorm matris som inte skulle ha varit användarvänlig. Istället för att göra en konverteringstabell utvecklade vi en tryckenhetsomvandlare på vår webbplats. Med denna omvandlare kan du enkelt konvertera en tryckavläsning från en enhet till en annan. Här kommer du till tryckenhetsomvandlaren online.
Här kan du ladda ner denna artikel som PDF gratis, klicka bara på bilden:
Klicka på denna länk för att lära dig mer om Beamex tryckkalibratorer.
Diskussion