Прибавьте местное атмосферное давление к показанию манометра. Для манометра, показывающего давление в фунтах на квадратный дюйм избыточного давления (psig), соответствующее абсолютное давление рассчитывается как (P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}}), что дает результат в фунтах на квадратный дюйм абсолютного давления (psia). Используйте фактическое атмосферное давление на пилотной установке везде, где важна точность; 14,696 psi, 101,325 кПа или 760 мм рт. ст. — это лишь стандартные значения на уровне моря.

Для расчетов по газовым законам и термодинамических расчетов требуется абсолютное давление, а не избыточное. Преобразуйте каждое показание манометра, используя атмосферное давление в месте измерения, и придерживайтесь единых единиц измерения давления на протяжении всего расчета.

Почему необходимо абсолютное давление

Избыточное давление использует атмосферу в качестве нуля

Избыточное давление измеряет давление относительно окружающей атмосферы:

[ P_{\mathrm{gauge}} = P_{\mathrm{abs}} - P_{\mathrm{atm}} ]

Нулевое показание манометра не означает, что емкость пуста или в ней вакуум. Это означает, что давление в емкости примерно равно местному атмосферному давлению.

Абсолютное давление использует идеальный вакуум в качестве нуля

Абсолютное давление измеряется от нулевого давления, или идеального вакуума:

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}} ]

Это шкала давления, требуемая законом идеального газа:

[ PV = nRT ]

Использование избыточного давления в этом уравнении ошибочно приравнивает атмосферное давление к нулю и может привести к существенно неверным значениям объемов газа, молярных количеств и скоростей потока.

Как выполнить преобразование

Преобразуйте давление в одни и те же единицы измерения

Атмосферное давление должно быть выражено в тех же единицах, что и показания манометра.

Для показаний манометра в psi:

[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})

P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + P_{\mathrm{atm}};(\mathrm{psi}) ]

Используя стандартное атмосферное давление:

[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})

P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + 14,696 ]

Для инженерных расчетов часто достаточно значения 14,70 psi, если неопределенность измерения больше, чем разница между этими значениями.

Пример: Положительное избыточное давление

Предположим, манометр пилотной установки показывает 25 psig, а местное атмосферное давление составляет 14,70 psi.

[ P_{\mathrm{abs}} = 25 + 14,70 = 39,70\ \mathrm{psia} ]

Следовательно, в расчете по газовому закону следует использовать 39,70 psia, а не 25 psig.

Пример: Единицы СИ

Если датчик показывает 200 кПа избыточного давления, а местное атмосферное давление составляет 101,3 кПа:

[ P_{\mathrm{abs}} = 200 + 101,3 = 301,3\ \mathrm{kPa(abs)} ]

Результат также можно записать как 301,3 кПа абсолютного давления, но в записи данных следует четко указывать основу отсчета давления.

Работа с показаниями вакуума

Отрицательное избыточное давление

Манометр или датчик может показывать вакуум как отрицательное избыточное давление. Например, показание (-30) кПа избыточного давления при атмосферном давлении 101,3 кПа дает:

[ P_{\mathrm{abs}} = -30 + 101,3 = 71,3\ \mathrm{kPa(abs)} ]

Знак «минус» должен сохраняться при преобразовании.

Показания вакуумметрической шкалы

Некоторые вакуумные приборы отображают величину вакуума как положительное число, а не как отрицательное избыточное давление. В этом случае:

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{atm}} - P_{\mathrm{vacuum}} ]

Для показания вакуума 10 дюймов рт. ст. (inHg) атмосферное давление должно быть сначала выражено в совместимых единицах перед вычитанием.

Показание вакуума, равное атмосферному давлению, соответствовало бы примерно нулевому абсолютному давлению, хотя реальные системы не могут достичь идеального вакуума.

Почему важно местное атмосферное давление

Атмосферное давление меняется в зависимости от местоположения

Значение 14,696 psi или 101,325 кПа представляет собой стандартное атмосферное давление на уровне моря. Фактическое давление меняется в зависимости от высоты и погоды, поэтому следует использовать местное барометрическое давление, когда требуются точные расчеты или данные калибровочного качества.

Таким образом, соответствующая зависимость выглядит так:

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm,local}} ]

Записывайте основу отсчета давления

Данные пилотной установки должны указывать, является ли каждое значение давления:

psig или кПа изб.: избыточное давление
psia или кПа абс.: абсолютное давление
inHg вакуум или кПа вакуум: величина вакуума

Значение типа «100 кПа» является неполным, если не указана его опорная база.

Применение преобразования к свойствам газа

Расчеты идеального газа

Для объема газа, измеренного при рабочих условиях:

[ n = \frac{P_{\mathrm{abs}}V}{RT} ]

Давление должно быть абсолютным, а температура — абсолютной в кельвинах. Если объем, давление или температура указаны при других опорных условиях, преобразование должно учитывать все три переменные.

Для фиксированного количества газа:

[ \frac{P_1V_1}{T_1}

\frac{P_2V_2}{T_2} ]

Оба значения (P_1) и (P_2) должны быть абсолютными давлениями.

Стандартные или опорные условия

Количества газа часто преобразуются к стандартным или заданным опорным условиям. Часто используемым стандартным условием является 0°C и 1 атм, для которых молярный объем идеального газа составляет примерно 22,414 л/г-моль.

В расчете следует указывать выбранное стандартное условие, поскольку организации могут использовать разные опорные температуры и определения давления.

Скорости потока и материальные балансы

Объемные расходы газа меняются в зависимости от давления и температуры. Преобразование измеренного рабочего расхода к опорным условиям требует использования отношений абсолютных давлений, например:

[ Q_2 = Q_1 \left(\frac{P_1}{P_2}\right) \left(\frac{T_2}{T_1}\right) ]

Здесь оба значения давления являются абсолютными, а обе температуры — в кельвинах. Использование избыточного давления в этом отношении может исказить сообщаемый стандартный расход и любой материальный баланс, основанный на нем.

Понимание компромиссов

Стандартное атмосферное давление — это приближение

Прибавление 14,70 psi удобно, но оно предполагает стандартное атмосферное давление. Возникающая ошибка может быть приемлемой для учебных расчетов или оценок процесса с низкой точностью, но может быть неприемлемой для калибровки, испытаний оборудования или точных газовых балансов.

Используйте откалиброванный барометр или зарегистрированное атмосферное давление на площадке, когда неопределенность имеет значение.

Опорная точка прибора может отличаться

Большинство манометров с трубкой Бурдона показывают избыточное давление, но некоторые преобразователи и аналитические приборы показывают абсолютное давление. Прибавление атмосферного давления к уже абсолютному показанию создаст систематическую ошибку.

Проверьте технический паспорт прибора, запись о калибровке или единицы измерения на дисплее перед применением преобразования.

Расположение датчика может повлиять на интерпретацию

Измерение давления может представлять давление в точке отбора, а не давление в другой точке оборудования. В жидкостных системах высота и гидростатический напор также могут вносить вклад:

[ P = P_0 + \rho gh ]

Это различие важно при интерпретации перепадов давления, работы колонн, давления в сосудах или измерений дифференциального давления.

Правильный выбор для вашей цели

Осознанно используйте основу отсчета давления в каждом расчете и записи данных.

Если ваш основной фокус — расчеты идеального газа или термодинамические расчеты: преобразуйте избыточное давление в абсолютное перед использованием закона идеального газа, корреляций давления паров или моделей фазового равновесия пар-жидкость.
Если ваш основной фокус — расход газа и материальные балансы: используйте местное атмосферное давление, абсолютное рабочее давление и абсолютное опорное давление при преобразовании объемных расходов.
Если ваш основной фокус — вакуумные операции: правильно учитывайте отрицательное избыточное давление или величину вакуума и проверяйте, остается ли полученное абсолютное давление физически значимым.
Если ваш основной фокус — безопасность и контроль пилотной установки: подтвердите, показывает ли каждый прибор избыточное или абсолютное давление, прежде чем сравнивать его с рабочими пределами, настройками аварийной сигнализации или спецификациями предохранительных клапанов.

Надежные расчеты свойств газа начинаются с определения опорного давления и преобразования показаний манометра в абсолютное давление перед применением любой термодинамической зависимости.

Сводная таблица:

Тема	Ключевое руководство
Основное преобразование	Абсолютное давление = избыточное давление + местное атмосферное давление
Положительное избыточное давление	25 psig + 14,70 psi = 39,70 psia
Пример СИ	200 кПа(изб.) + 101,3 кПа = 301,3 кПа(абс.)
Показания вакуума	Отрицательное избыточное давление прибавляется к атмосферному; величина вакуума вычитается
Газовые расчеты	Используйте абсолютное давление и температуру в кельвинах в газовых законах и преобразованиях потока
Точность	Используйте измеренное местное барометрическое давление для калибровки, испытаний и точных балансов
Записи данных	Четко маркируйте единицы psig, psia, кПа(изб.), кПа(абс.) или вакуумные единицы

Нужно надежное учебное и пилотное технологическое оборудование? Свяжитесь с LABPARK, чтобы обсудить учебные и профессиональные пилотные установки для химической инженерии, биопроцессов и биотехнологий, а также очистки воды и охраны окружающей среды. LABPARK помогает университетам, научно-исследовательским институтам и предприятиям создавать практические возможности для обучения и тестирования с помощью оборудования, разработанного для точного измерения давления, расчетов свойств газа, управления процессами и практической эксплуатации.