PSI проти PSIA проти PSIG: різниця, формула та посібник з вибору

PSI (фунт на квадратний дюйм) — це загальна одиниця тиску. PSIG вимірює тиск відносно навколишньої атмосфери. PSIA вимірює тиск відносно ідеального вакууму. Формула перетворення:PSIA=PSIG + місцевий атмосферний тиск. На рівні моря 0 PSIG дорівнює приблизно 14,696 PSIA - не нульовий тиск.

Що таке PSI?

PSI означає фунти на квадратний дюйм. Він описує силу, прикладену до одиниці площі, і є найбільш широко використовуваною одиницею тиску в Сполучених Штатах і в багатьох промислових застосуваннях у всьому світі. Однак сам по собі PSI не визначає точку відліку. Показник тиску 50 PSI може означати 50 PSI вище атмосферного тиску (манометр) або 50 PSI вище абсолютного вакууму (абсолютний). Ці дві інтерпретації описують дуже різні фізичні умови.

Через цю неоднозначність у технічних документах, описах приладів і записах про калібрування ніколи не слід використовувати «PSI» без уточнення, чи є це значення вимірювальним чи абсолютним. Написання лише "PSI" у замовленні на закупівлю або P&ID призвело до неправильного вибору датчика, невдалого калібрування та збоїв у процесі реальних установок.

Що таке PSIG (фунт на квадратний дюйм)?

PSIG вимірює тиск відносно місцевого атмосферного тиску. Стандартний механічнийманометрпоказує 0 PSIG, коли його чутливий елемент відкритий для навколишнього повітря. Це не означає, що тиску немає -, це означає, що тиск у манометрі відповідає зовнішньому атмосферному.

Коли манометр у шині показує 32 PSIG, тиск повітря всередині шини на 32 psi перевищує навколишню атмосферу. Ресивер стисненого повітря з номінальним тиском 125 PSIG утримує повітря на 125 psi вище атмосферного тиску. В обох випадках фактичний загальний тиск на молекули газу вищий, ніж передбачає значення PSIG, оскільки атмосферний тиск усе ще діє на систему.

PSIG є еталонним тиском за замовчуванням для більшості польових приладів і операцій на заводі. Тиск у трубі, тиск у резервуарі, випуск насоса,тиск паропроводу, тиск у гідравлічній системі та робочий тиск котла майже завжди виражаються в фунтах на квадратний дюйм. Техніки з технічного обслуговування, оператори та таблички з іменами більшості обладнання використовують манометричний тиск, оскільки практична проблема полягає в тому, наскільки тиск перевищує навколишню атмосферу - ця різниця визначає механічне навантаження на труби, резервуари, фланці та фітинги.

Що таке PSIA (абсолютні фунти на квадратний дюйм)?

PSIA вимірює тиск відносно ідеального вакууму - теоретичний стан нульової молекулярної активності та нульового тиску. За цією шкалою 0 PSIA означає абсолютний вакуум, а стандартний атмосферний тиск на рівні моря становить приблизно 14,696 PSIA (часто округлюється до 14,7 PSIA для практичних розрахунків).

Абсолютний тиск має значення, коли загальний тиск системи впливає на результат -, а не лише тиск над атмосферою. Це стосується вакуумних систем, розрахунків густини газу, термодинамічних рівнянь і будь-якого процесу, дезакон ідеального газуабо застосовуються інші моделі поведінки газу. Молекули газу реагують на загальний (абсолютний) тиск, незалежно від того, що показує манометр.

PSIA також є більш чітким посиланням у вакуумних застосуваннях. Вакуумна камера, що працює на 2 PSIA, повідомляє про певний фізичний стан. Опис того самого стану як -12,7 PSIG (приблизно) менш інтуїтивно зрозумілий і створює ризик знакових помилок у розрахунках.

PSI проти PSIA проти PSIG: Порівняльна таблиця

Примітка щодо PSID:Промислові користувачі часто стикаються з диференціальним тиском (PSID) поряд із PSIG та PSIA. Адатчик перепаду тискувимірює різницю між двома технологічними тисками -, наприклад, перепад тиску на фільтрі, діафрагмі або теплообміннику. PSID не посилається на атмосферу чи вакуум; він лише вимірює зазор між двома підключеними кранами тиску.

Формула перетворення PSIG у PSIA

Зв’язок між манометричним і абсолютним тиском визначається простим рівнянням, встановленим у фізиці:

PSIA=PSIG + місцевий атмосферний тиск

І навпаки:

PSIG=PSIA − місцевий атмосферний тиск

На рівні моря стандартний атмосферний тиск101325 Па (14,696 psi), зазвичай округлюється до 14,7 psi для повсякденної інженерної роботи.

Як конвертувати PSIG в PSIA (крок за кроком)

Крок 1:Визначте, чи є значення тиску манометричним (PSIG) чи абсолютним (PSIA).

крок 2:Визначте місцевий атмосферний тиск. Якщо ви знаходитесь поблизу рівня моря, 14,7 psi є розумним наближенням. На високих висотах -, наприклад, у Денвері, штат Колорадо, на висоті 5280 футів - середній атмосферний тиск ближчий до 12,2 фунтів на квадратний дюйм. Для точної роботи використовуйте -барометр на місці або зверніться до місцевої метеостанції.

крок 3:Застосуйте формулу. Додайте атмосферний тиск до PSIG, щоб отримати PSIA, або відніміть атмосферний тиск від PSIA, щоб отримати PSIG.

крок 4:Вирішіть, чи є наближення 14,7 psi прийнятним для вашого застосування, чи вам потрібні фактичні місцеві умови. Для перевірок стисненого повітря та поточного технічного обслуговування наближення зазвичай підходить. Для калібрування вакууму, компенсація щільності газу влічильники газуабо лабораторне-вимірювання, використовуйте справжнє місцеве атмосферне значення.

Приклади перетворення

Приклад 1 - Перетворіть 100 PSIG на PSIA (рівень моря):

PSIA=100 + 14.7=114.7 PSIA

Приклад 2 - Перетворіть 30 PSIA на PSIG (рівень моря):

PSIG=30 − 14.7=15.3 PSIG

Приклад 3 - Що таке 0 PSIG у PSIA?

PSIA=0 + 14.7=14.7 PSIA. Це підтверджує, що 0 PSIG не є вакуумом - це просто означає, що тиск дорівнює місцевій атмосфері.

Приклад 4 - Перетворення −5 PSIG у PSIA (рівень моря):

PSIA=−5 + 14.7=9.7 PSIA. Система знаходиться під частковим вакуумом. Абсолютний тиск на 9,7 фунтів на квадратний дюйм вище ідеального вакууму.

Приклад 5 - Перетворення −10 PSIG у PSIA (рівень моря):

PSIA=−10 + 14.7=4.7 PSIA. Це означає глибший вакуум, і датчик, який показує це значення нижче нуля, наближається до нижнього вимірюваного діапазону багатьох стандартних датчиків.

Приклад 6 - Перетворіть 100 PSIG у PSIA у Денвері, Колорадо (висота ~5280 футів):

PSIA=100 + 12.2=112.2 PSIA. Зауважте, що це на 2,5 фунта/кв. дюйм нижче, ніж результат-на рівні моря. Для більшості перевірок тиску в трубах різниця не впливає на рішення. Для компенсації густини газу в aвихровий витратомірабо обчислення масової витрати, що зсув 2,5 psi може спричинити вимірну помилку у виправленому показанні потоку.

Чому місцевий атмосферний тиск має значення?

Цифра 14,7 psi (точніше 14,696 psi) представляє середній атмосферний тиск на середньому рівні моря. Фактичний атмосферний тиск змінюється залежно від висоти, погоди та температури. Відповідно доатмосфера міжнародного стандарту, тиск падає приблизно на 0,5 psi на кожні 1000 футів набору висоти. На висоті Денвера 5280 футів середній місцевий атмосферний тиск становить приблизно 12,2 фунтів на кв.

Для звичайних операцій заводу на помірних висотах використання 14,7 фунтів на квадратний дюйм як значення за замовчуванням зазвичай не створює практичних проблем. Система стисненого повітря з номінальним тиском 125 PSIG працює безпечно, незалежно від того, чи місцева атмосфера становить 14,7 або 12,2 фунтів на квадратний дюйм, оскільки еталон манометра регулюється автоматично.

Наближення 14,7 psi стає проблематичним у конкретних ситуаціях: калібрування приладів абсолютного тиску, виконання розрахунків газового закону, де густина має значення, запуск вакуумних систем, де ціль виражається в PSIA, і компенсаціямасові витратоміри газуякі використовують абсолютний тиск як вхідні дані. У цих випадках заміна справжнього локального значення 12,2 psi на 14,7 фунтів на квадратний дюйм створює похибку приблизно в одну -шосту атмосфери, що безпосередньо впливає на точність розрахунку.

Коли використовувати PSIG проти PSIA?

Використовуйте PSIG для систем під тиском над атмосферою

PSIG є правильним довідником, коли вам потрібно знати, скільки тиску перевищує навколишню атмосферу. Це стосується систем стисненого повітря, водопровідних труб, гідравлічних ліній,парові системи, резервуари під тиском і нагнітання насосів - по суті будь-яке застосування, де механічне навантаження на захисну оболонку є основною проблемою. Напруга на стінці труби залежить від різниці тиску між внутрішнім і зовнішнім тиском, яку вимірює манометр.

Використовуйте PSIA для законів вакууму, газу та процесів,-залежних від густини

PSIA є правильним орієнтиром, коли загальний тиск впливає на фізичний результат. Щільність газу пропорційна абсолютному тиску та обернено пропорційна абсолютній температурі (із закону ідеального газу: PV=nRT). Якщо aвитратомірабо комп’ютер витрати використовує тиск, щоб компенсувати об’ємні показання газу до стандартних умов, йому потрібен абсолютний тиск. Подача йому вимірювального значення, коли він очікує абсолютного - або навпаки -, компенсує результат приблизно на одну атмосферу. У процесі, що працює при 30 PSIG, це становить приблизно 33% помилки у виправленому об’ємному витраті.

PSIA також найкраще використовувати для вакуумної дистиляції, вакуумних печей, сублімаційної-сушки, виробництва напівпровідників і будь-яких процесів, де робочий тиск нижчий за атмосферний. Вираження глибокого вакууму як «−13 PSIG» є менш зрозумілим і більш{3}}схильним до помилок, ніж формулювання «1,7 PSIA».

Керівництво з вибору опорного тиску

Промислове застосування

Манометри та датчики тиску

Більшість манометрів механічних і промисловихдатчики тискувимірювати манометричний тиск. Вони побудовані так, що одна сторона чутливого елемента випускається в атмосферу, тому вихідний сигнал відображає лише тиск вище (або нижче) атмосферних умов. Така конструкція робить їх придатними для вимірювання тиску в трубах, рівня в резервуарах за гідростатичним напором, моніторингу продуктивності насоса та загального контролю процесу.

Перетворювачі абсолютного тиску використовують герметичний еталонний вакуум на одній стороні чутливої ​​діафрагми замість атмосферного отвору. Це робить їх придатними для вимірювання вакууму, барометричного каротажу та застосувань, де необхідно знати технологічний тиск відносно справжнього нуля. Вказівка ​​неправильного типу передавача - для замовлення вимірювального передавача, коли процес вимагає абсолютного -, є типовою помилкою закупівлі. Перед вибором датчика необхідно чітко вказати в таблиці даних приладу або специфікації, який вхідний сигнал – PSIG, PSIA або PSID.

Системи стисненого повітря

Системи стисненого повітря використовують PSIG, тому що оператори та обслуговуючий персонал стурбовані тим, який тиск утримує система над навколишньою атмосферою. Компресор з номінальним тиском 125 PSIG виробляє повітря з тиском на 125 фунтів на кв. Накачування шин, робота пневматичного інструменту та приводи-з пневматичним приводом також працюють від манометричного тиску.

Вакуумні системи

Вакуумні системи можуть використовувати PSIA, від’ємний PSIG, дюйми ртутного стовпа (дюйми ртутного стовпа), торр або мілібар залежно від галузі та глибини вакууму. Для грубого промислового вакууму (наприклад, вакуумний насос, що тягне технологічну ємність для перевірки на герметичність), іноді використовується негативний діапазон PSIG. Для глибшого вакууму - вакуумні печі, сублімаційні сушарки, дистиляційні колони - PSIA забезпечує більш інтуїтивно зрозумілий масштаб, оскільки число наближається до нуля в міру підвищення вакууму. Такі одиниці, як Торр і мікрон, поширені у високо-вакуумній та напівпровідниковій роботі. Переглядаючи специфікації вакууму, завжди перевіряйте, яку одиницю та який еталон використовує постачальник.

Потік газу та вимірювання процесу

Вимірювання потоку газу є місцем, де плутанина PSIG проти PSIA спричиняє найбільш серйозні помилки. Коли aвихровий витратомір, тепловий масовий витратомір, або комп’ютер потоку компенсує об’ємні показання до стандартних умов, він використовує тиск і температуру для обчислення фактичної густини газу. Щільність газу пропорційна абсолютному тиску -, а не манометричному тиску. Якщо комп’ютер потоку або передавач очікує PSIA і отримує PSIG (або навпаки), розрахунок густини зміщується приблизно на одну атмосферу, створюючи значну похибку в скоригованому виході потоку.

Наприклад, розглянемо магістраль природного газу, що працює при 30 PSIG поблизу рівня моря. Абсолютний тиск становить близько 44,7 PSIA. Якщо обчислювальний прилад неправильно використовує 30 замість 44,7 у своїй формулі щільності, розрахована щільність буде приблизно на 33% занизькою, а стандартна об’ємна витрата буде відхилена в тій самій пропорції. Цей тип помилки має реальний фінансовий вплив на передачу депозитарію та оптимізацію процесу.

При вказівці aприлад для вимірювання витрати, перевірте вимоги до вхідного тиску в посібнику до приладу. Деякі пристрої приймають PSIG і додають внутрішній атмосферний тиск; інші вимагають безпосередньо PSIA. Інженер-наладчик має перевірити це під час налаштування.

Поширені помилки з PSI, PSIA та PSIG

Помилка 1: припущення, що "PSI" завжди означає PSIG

У польових розмовах "PSI" зазвичай означає PSIG. У технічних документах, замовленнях на закупівлю та сертифікатах калібрування таке припущення може призвести до неправильного приладу, неправильного діапазону або неправильного розрахунку. Таблиця даних із переліком «робочий тиск: 50 PSI» змушує читача вгадати посилання. Завжди пишіть PSIG або PSIA явно.

Помилка 2: розглядати 0 PSIG як відсутність тиску

Посудина, відкрита для атмосфери, показує 0 PSIG, але все ще містить повітря приблизно 14,7 PSIA (на рівні моря). Атмосфера тисне близько 14,7 фунтів сили на кожен квадратний дюйм поверхні. Розуміння цієї відмінності має важливе значення для розрахунків поведінки газу та для усвідомлення того, що показання манометра, що дорівнює нулю, не означає, що система порожня або скинутий тиск в абсолютному вираженні.

Помилка 3: використання 14,7 PSI на кожній висоті

Округлення атмосферного тиску до 14,7 фунтів на квадратний дюйм є доцільним на низьких висотах. На висоті 5000 футів місцевий атмосферний тиск падає приблизно до 12,2 psi. На висоті 10 000 футів це ближче до 10,1 psi. Для розрахунків густини газу, цілей вакуумної системи та точного калібрування помилка від використання 14,7 psi на великій висоті може бути значною.

Помилка 4: використання манометричного тиску в рівняннях газового закону

Закон ідеального газу та відповідні рівняння (закон Бойля, закон комбінованого газу, обчислення стисливості) вимагають абсолютного тиску та абсолютної температури. Підключення PSIG до цих рівнянь дає неправильні результати, оскільки формула розглядає вхід як загальний тиск від абсолютного нуля. Ця помилка особливо поширена під час перетворення між фактичною та стандартною об’ємною витратою для вимірювання газу.

Помилка 5: Замовляйте не той датчик тиску

Датчик манометричного тиску та датчик абсолютного тиску побудовані по-різному. Датчик вимірювального приладу визначає атмосферу через вентиляційний отвір; абсолютний датчик посилається на герметичну вакуумну камеру. Встановлення вимірювального датчика там, де потрібен абсолютний датчик - або навпаки -, дає зміщення показань приблизно на одну атмосферу. Перед замовленням підтвердьте вимоги до процесу: вимірювання відносно атмосфери, вакууму чи різниці між двома точками процесу?

Контрольний список: перед вибором датчика тиску

Вибираючи манометр, використовуйте цей контрольний список,датчик тиску, або реле тиску для нової установки або заміни:

• Процес відбувається при вищому атмосферному тиску, нижчому (вакуум) або обох?
• Чи очікує наступна система (ПЛК, комп’ютер потоку, РСУ, реєстратор даних) PSIG, PSIA або PSID?
• Чи використовуватиметься показання тиску для компенсації густини газу чи розрахунку масової витрати? Якщо так, ймовірно, потрібен абсолютний тиск.
• Чи вказано опорний тиск у паспорті даних процесу або P&ID? Підтвердьте перед покупкою.
• Який місцевий атмосферний тиск у місці установки? На -високогірних об’єктах відхилення від 14,7 psi може вплинути на вибір діапазону датчика та калібрування.
• Чи є процес диференціальним вимірюванням (через фільтр, отвір або обмеження)? Якщо так, aдатчик перепаду тиску(діапазон PSID) може бути правильним вибором.

Як використовувати чіткі позначки одиниць у технічній документації

Неоднозначне позначення тиску спричиняє помилки закупівлі, проблеми встановлення на місці та помилки розрахунків, які поширюються через логіку системи керування. У технічних кресленнях, специфікаціях, замовленнях на придбання та процедурах калібрування завжди пишіть повне позначення пристрою.

Приклади чіткого маркування:

• Робочий тиск 100 PSIG
• Вхідний тиск 30 PSIA
• −10 PSIG (вакуум)
• 5 PSIA абсолютний тиск процесу
• Максимально допустимий робочий тиск 150 PSIG
• 15 PSID на фільтруючому елементі

Цей рівень конкретності допомагає всім учасникам - від інженера, який пише специфікацію, до агента із закупівель, який замовляє передавач, і техніка, який встановлює та калібрує його в польових умовах.

Часті запитання

Яка різниця між PSI, PSIA та PSIG?

PSI — загальна одиниця вимірювання тиску (фунт на квадратний дюйм). PSIG уточнює, що вимірювання відбувається відносно місцевого атмосферного тиску - це говорить вам, наскільки тиск перевищує (або падає нижче) навколишнє повітря. PSIA вказує, що вимірювання проводиться відносно ідеального вакууму, який представляє загальний тиск. Чисельна різниця між PSIA та PSIG у будь-якій даній точці дорівнює місцевому атмосферному тиску, приблизно 14,7 psi на рівні моря.

Чи є PSIG те саме, що PSI?

Технічно ні, хоча в повсякденному використанні "PSI" часто означає PSIG. Розрізнення має значення в технічних документах, оскільки використання "PSI" без зазначення калібру або абсолютного значення залишає читача здогадуватися. Якщо aдатчик тискуу таблиці даних зазначено "діапазон: 0–100 PSI", перед замовленням вам потрібно підтвердити, чи це означає PSIG чи PSIA.

Чи завжди PSIA вище, ніж PSIG?

Для будь-якого позитивного манометричного тиску відповідне значення PSIA вище, оскільки додається атмосферний тиск. На рівні моря PSIA=PSIG + 14.7. Єдиний випадок, коли PSIA чисельно дорівнює PSIG, був би, якби атмосферний тиск дорівнював нулю, чого не відбувається на поверхні Землі.

Що таке 0 PSIG у PSIA?

На рівні моря 0 PSIG дорівнює приблизно 14,7 PSIA. На висоті Денвера (приблизно 5280 футів) 0 PSIG ближче до 12,2 PSIA. Нульовий манометричний тиск просто означає, що система перебуває в рівновазі з місцевою атмосферою - це не вакуум.

Чи може PSIG бути негативним?

так Від’ємний PSIG вказує на те, що тиск нижчий за атмосферний, що описує частковий вакуум. Наприклад, −5 PSIG на рівні моря відповідає приблизно 9,7 PSIA. Вакуумні насоси, ежектори та деякі технологічні резервуари працюють при негативному надлишковому тиску. Мінімально можливе значення PSIG становить приблизно −14,7 PSIG на рівні моря, що відповідає 0 PSIA (ідеальний вакуум).

Що таке 0 PSIA?

0 PSIA означає ідеальний вакуум - повну відсутність тиску. Це теоретична межа. Навіть у високоякісних-лабораторних вакуумних камерах досягти справжнього 0 PSIA практично неможливо, хоча тиск у діапазоні мікро-Торр надзвичайно близький.

Манометри показують PSIG або PSIA?

Більшість стандартних промислових манометрів показують PSIG, тому що їхній датчик використовує атмосферний тиск як еталон (одна сторона трубки Бурдона або діафрагми випускається в повітря). Манометри абсолютного тиску існують, але менш поширені; вони зазвичай використовуються для барометричних вимірювань або вакуумних застосувань, де потрібне стабільне абсолютне порівняння.

Чи слід обчислювати витрату газу з використанням PSIG чи PSIA?

Розрахунки потоку газу, які включають густину, стисливість або перехід до стандартних умов, потребують абсолютного тиску (PSIA). Закон ідеального газу (PV=nRT) використовує абсолютний тиск і абсолютну температуру. Деяківитратоміриі поточні комп’ютери приймають PSIG і перетворюють всередині, тоді як інші очікують безпосередньо PSIA. Завжди перевіряйте інструкцію до приладу, щоб визначити, який вхід вимагає пристрій.

Тиск у шинах вимірюється в PSI або PSIG?

Манометри в шинах вимірюють PSIG. Коли ви накачуєте шину до 32 PSI, це на 32 psi вище навколишньої атмосфери. Абсолютний тиск усередині шини становить приблизно 32 + 14.7=46.7 PSIA на рівні моря.

Чи впливає висота на показники PSIG?

Висота над рівнем моря не змінює те, що показує манометр для даного внутрішнього тиску, оскільки манометр автоматично посилається на місцеву атмосферу. Однак висота змінює співвідношення між PSIG і PSIA. Показник 100 PSIG на рівні моря відповідає 114,7 PSIA, тоді як 100 PSIG у Денвері відповідає приблизно 112,2 PSIA. Це має значення для розрахунків густини газу та абсолютного тиску.

Яка різниця між манометричним, абсолютним і диференціальним тиском?

Надмірний тиск (PSIG) вимірюється відносно місцевої атмосфери. Абсолютний тиск (PSIA) вимірюється відносно ідеального вакууму. Диференціальний тиск (PSID) – це різниця між двома технологічними тисками, виміряними між двома кранами тиску -, наприклад, перед і після фільтра абовитратомір. Кожен тип вимагає різної конструкції датчика та служить для різних цілей вимірювання.

Яку одиницю вимірювання тиску слід вказати в замовленні датчика тиску?

Укажіть PSIG, якщо тиск у процесі перевищує атмосферний, а система, яка знаходиться нижче за потоком, очікує вхідних даних манометра. Укажіть PSIA, якщо процес включає вакуум, компенсацію густини газу або будь-який обчислення, що вимагає абсолютного посилання. Укажіть PSID, якщо ви вимірюєте падіння тиску через обмеження. Ніколи не пишіть лише "PSI" у замовленні на купівлю - це змушує постачальника припускати, що ризикує доставити не той датчик.

Джерела та додаткова література

• OpenStax College Physics 2e, розділ 11.6: манометричний тиск, абсолютний тиск і вимірювання тиску
• Значення NIST CODATA: Стандартна атмосфера (101 325 Па)
• Атмосферний тиск - Вікіпедія (стандартне визначення атмосфери та вплив висоти)