压力与真空度测量原理与单位

压力与真空度是许多仪器会使用的测量参数、或是仪器的环境控制因素。比如流体吸附测试仪、热分析仪、气体分析仪、高压钻石砧等等。这些仪器除了用压力表、真空表来测量压力或真空度之外，也会利用加压泵浦或真空泵浦，来制造必要的压力条件或真空条件。 各家的压力表显示单位各不相同，有的标示 psi，有的标示 Pa，有的标示kgF/cm3，五花八门。用户往往被这些压力单位，搞的头晕脑胀。了解压力与真空度的度量方式与表示单位，才能获得正确的测量结果与合适的压力数值描述。

压力表示单位

帕斯卡 (Pasca)，简称“帕 (Pa)”是最基本的压力公制单位，定义是每平方公尺，受到 1 牛顿的力量。对于比较大的压力，除了“百万帕” MPa，也常用“巴” (bar) 来表示，相当于十万帕斯卡。1 bar = 100000 Pa，“毫巴”(mbar) 则等同于 100 Pa。英制常见压力单位是 psi (pounds per square inch )，也就是每平方英寸受到多少英磅的压力。常见的压力表，通常同时显示两种单位，Pa 跟 psi 。

各式各样的压力表

大气压力  Atmospheric Pressure

大气压力的单位是 atm，可从气压测量仪器测得，例如水银液柱压力计 (Mecury Liquid Column Gauge) 或晴雨气压表 (Barometer)，前者是利用水银本身的质量，在U型管两端，因为压力差生成的高度差异来测量，测出的压力以毫米汞柱高度 (mmHg 表示)。最早义大利科学家，便是从水银液柱测量到大气压力。后者则是用金属薄膜，或空心金属管 (Bourdon Tube, 波登管)，被外在压力施压後生成机械形变，来带动指针读值，常见的盒式气压表、压力表便是属於此类。

真空中的液柱压力计

不过大气压力在不同地点、不同海拔高度，都不尽相同。因此，一大气压 (1atm) 被定义为海平面的平均压力。当前国际定义 1atm 等同于 760mmHg (毫米汞柱)，也就是 101325 Pa。换算其他常用压力单位还有 1013.25 mbar，14.696 psi，1.033231 kg/cm2, 29.9212 inches Hg 英寸汞柱。托 (Torr) 这个单位也很常见，原始定义为 1/760 atm，由于 1atm=760mmHg 是后来国际标准才出来， 跟古早的 1atm 有些差异，因此在科学标示的场合，会写 1 Torr ≈ 1mmHg，而不是 1 Torr = 1mmHg，然而在实用上，两个单位可以说是一样的。

相对与绝对 Relative & Absolute

压力与真空度的测量过程，通常处于一般大气环境下，而大气压在不同温度下与不同的海拔高度，会有不同的差异。由此可知，压力表或真空表所测量的结果，会包含了来自另一个方向由大气压力  (相当于 1 atm) 推回来的力量。也就是说，待测物的实际压力，应该要再多 1 atm 才对。如同我们在大气压力大的平地，把一包零食带到大气压力小的山区，袋子会膨胀起来的状况，就是因为大气推回去的力量变小了。

压力表或真空表所测得的结果为“相对压力”、“相对真空度”，也就是俗称的表压 (Gauge Pressure)，当压力表没有通气、通液之前，刻度显示为 0，不受当地气压的影响。绝对压力则是计入当地气压的结果，跟相对压力的关系，可用下面的公式来表示：

表压(Pg) ＝ 绝对压力 (Pabs) － 当地气压 (Patm)

如果测量的目标，其绝对压力低于大气压，压力表所测得的结果会是负压，该压力值的绝对值称为真空度，等同于以下公式：

真空度 (真空表压) ＝ 当地气压 (Patm)－ 绝对压力 (Pabs)

真空表多半以负压表示。在接表之前，指针在刻度 0 的位置。接上真空设备之后，显示负值，直到 -760mm 或 -1 kg/cm2 或 100KPa 、0.1MPa (实际上应为 101.325 KPa、0.101325MPa)。习惯上在描述真空度时，会忽略负号，直接讲数值跟单位。

 另外，在工业或实验室领域，也有把真空度程度分级的习惯，用来描述条件或真空泵浦的能力，大约如下表的分级（非绝对标准)：

“绝对真空”，是一个理论说法，也就是在某个封闭空间中，完全没有任何东西存在的时候，绝对压力为 0。这种绝对真空环境，基本上不存在于现实中，但用来表示整个压力、真空的概念，便可以把本文前面提及的压力/真空名词图表化，更容易了解它们之间的相对关系，图中从人类定义的绝对真空、海平面标准大气压，以及某地的大气压力，便能计算出表压与绝对压力。

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