壓力與真空度測量原理與單位

壓力與真空度是許多儀器會使用的測量參數、或是儀器的環境控制因素。比如流體吸附測試儀、熱分析儀、氣體分析儀、高壓鑽石砧等等。這些儀器除了用壓力錶、真空錶來測量壓力或真空度之外，也會利用加壓泵浦或真空泵浦，來製造必要的壓力條件或真空條件。 各家的壓力錶顯示單位各不相同，有的標示 psi，有的標示 Pa，有的標示kgF/cm3，五花八門。使用者往往被這些壓力單位，搞的頭暈腦脹。了解壓力與真空度的度量方式與表示單位，才能獲得正確的測量結果與合適的壓力數值描述。

壓力表示單位

帕斯卡 (Pasca)，簡稱「帕 (Pa)」是最基本的壓力公制單位，定義是每平方公尺，受到 1 牛頓的力量。對於比較大的壓力，除了「百萬帕」 MPa，也常用「巴」 (bar) 來表示，相當於十萬帕斯卡。1 bar = 100000 Pa，「毫巴」(mbar) 則等同於 100 Pa。英制常見壓力單位是 psi (pounds per square inch )，也就是每平方英吋受到多少英磅的壓力。常見的壓力錶，通常同時顯示兩種單位，Pa 跟 psi 。

各式各樣的壓力錶

大氣壓力  Atmospheric Pressure

大氣壓力的單位是 atm，可從氣壓測量儀器測得，例如水銀液柱壓力計 (Mecury Liquid Column Gauge) 或晴雨氣壓錶 (Barometer)，前者是利用水銀本身的質量，在U型管兩端，因為壓力差產生的高度差異來測量，測出的壓力以毫米汞柱高度 (mmHg 表示)。最早義大利科學家，便是從水銀液柱測量到大氣壓力。後者則是用金屬薄膜，或空心金屬管 (Bourdon Tube, 巴登管)，被外在壓力施壓後產生機械形變，來帶動指針讀值，常見的盒式氣壓錶、壓力錶便是屬於此類。

真空中的液柱壓力計

不過大氣壓力在不同地點、不同海拔高度，都不盡相同。因此，一大氣壓 (1atm) 被定義為海平面的平均壓力。目前國際定義 1atm 等同於 760mmHg (毫米汞柱)，也就是 101325 Pa。換算其他常用壓力單位還有 1013.25 mbar，14.696 psi，1.033231 kg/cm2, 29.9212 inches Hg 英吋汞柱。托 (Torr) 這個單位也很常見，原始定義為 1/760 atm，由於 1atm=760mmHg 是後來國際標準才出來， 跟古早的 1atm 有些差異，因此在科學標示的場合，會寫 1 Torr ≈ 1mmHg，而不是 1 Torr = 1mmHg，然而在實用上，兩個單位可以說是一樣的。

相對與絕對 Relative & Absolute

壓力與真空度的測量過程，通常處於一般大氣環境下，而大氣壓在不同溫度下與不同的海拔高度，會有不同的差異。由此可知，壓力表或真空表所測量的結果，會包含了來自另一個方向由大氣壓力  (相當於 1 atm) 推回來的力量。也就是說，待測物的實際壓力，應該要再多 1 atm 才對。像我們在大氣壓力大的平地，把一包零食帶到大氣壓力小的山區，袋子會膨脹起來的狀況，就是因為大氣推回去的力量變小了。

壓力錶或真空錶所測得的結果為「相對壓力」、「相對真空度」，也就是俗稱的錶壓 (Gauge Pressure)，當壓力錶沒有通氣、通液之前，刻度顯示為 0，不受當地氣壓的影響。絕對壓力則是計入當地氣壓的結果，跟相對壓力的關係，可用下面的公式來表示：

錶壓(Pg) ＝ 絕對壓力 (Pabs) － 當地氣壓 (Patm)

如果測量的目標，其絕對壓力低於大氣壓，壓力錶所測得的結果會是負壓，該壓力值的絕對值稱為真空度，等同於以下公式：

真空度 (真空錶壓) ＝ 當地氣壓 (Patm)－ 絕對壓力 (Pabs)

真空錶多半以負壓表示。在接錶之前，指針在刻度 0 的位置。接上真空設備之後，顯示負值，直到 -760mm 或 -1 kg/cm2 或 100KPa 、0.1MPa (實際上應為 101.325 KPa、0.101325MPa)。習慣上在描述真空度時，會忽略負號，直接講數值跟單位。了解了這些，便可知道真空錶怎麼讀。

另外，在工業或實驗室領域，也有把真空度程度分級的習慣，用來描述條件或真空泵浦的能力，大約如下表的分級（非絕對標準)：

「絕對真空」，是一個理論說法，也就是在某個封閉空間中，完全沒有任何東西存在的時候，絕對壓力為 0。這種絕對真空環境，基本上不存在於現實中，但用來表示整個壓力、真空的概念，便可以把本文前面提及的壓力/真空名詞圖表化，更容易了解它們之間的相對關係，圖中從人類定義的絕對真空、海平面標準大氣壓，以及某地的大氣壓力，便能計算出錶壓與絕對壓力。

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