PSI, PSIA и PSIG: разница, формула и руководство по выбору

PSI (фунты на квадратный дюйм) — это общая единица измерения давления. PSIG измеряет давление относительно окружающей атмосферы. PSIA измеряет давление относительно идеального вакуума. Формула преобразования:PSIA=PSIG + местное атмосферное давление. На уровне моря 0 фунтов на квадратный дюйм соответствует примерно 14,696 фунтов на квадратный дюйм -, а не нулевому давлению.

Что такое ПСИ?

PSI означает фунты на квадратный дюйм. Он описывает силу, приложенную на единицу площади, и является наиболее широко используемой единицей измерения давления в США и во многих промышленных приложениях по всему миру. Однако сам по себе PSI не определяет точку отсчета. Показание давления 50 фунтов на квадратный дюйм может означать, что давление на 50 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного (манометрическое) или на 50 фунтов на квадратный дюйм выше абсолютного вакуума (абсолютного). Эти две интерпретации описывают очень разные физические условия.

Из-за этой двусмысленности в технической документации, спецификациях приборов и записях о калибровке никогда не следует использовать «PSI» без уточнения, является ли значение манометрическим или абсолютным. Указание только «PSI» в заказе на поставку или P&ID приводило к неправильному выбору датчика, неудачной калибровке и сбоям в технологических процессах в реальных установках.

Что такое PSIG (фунты на квадратный дюйм)?

PSIG измеряет давление относительно местного атмосферного давления. Стандартный механическийманометрпоказывает 0 фунтов на квадратный дюйм, когда его чувствительный элемент открыт для окружающего воздуха. Это не означает, что давление отсутствует -, это означает, что давление внутри манометра соответствует атмосфере снаружи.

Когда манометр шины показывает 32 фунта на квадратный дюйм, давление воздуха внутри шины на 32 фунта на квадратный дюйм больше, чем окружающая атмосфера. Ресивер сжатого воздуха номинальным давлением 125 фунтов на квадратный дюйм удерживает воздух под давлением на 125 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного. В обоих случаях фактическое общее давление на молекулы газа выше, чем предполагает значение PSIG, поскольку на систему все еще действует атмосферное давление.

PSIG является эталонным давлением по умолчанию для большинства полевых приборов и операций на заводе. Давление в трубе, давление в резервуаре, расход насоса,давление в паропроводе, давление в гидравлической системе и рабочее давление котла почти всегда выражаются в фунтах на квадратный дюйм. Специалисты по техническому обслуживанию, операторы и паспортные таблички большинства оборудования используют манометрическое давление, поскольку практический вопрос заключается в том, насколько давление превышает окружающую атмосферу -, и эта разница определяет механическое напряжение на трубах, резервуарах, фланцах и фитингах.

Что такое PSIA (абсолютные фунты на квадратный дюйм)?

PSIA измеряет давление относительно идеального вакуума - теоретического состояния нулевой молекулярной активности и нулевого давления. В этой шкале 0 фунтов на квадратный дюйм представляет собой абсолютный вакуум, а стандартное атмосферное давление на уровне моря составляет примерно 14,696 фунтов на квадратный дюйм (часто округляется до 14,7 фунтов на квадратный дюйм для практических расчетов).

Абсолютное давление имеет значение всякий раз, когда общее давление системы влияет на результат -, а не только давление над атмосферой. Это относится к вакуумным системам, расчетам плотности газа, термодинамическим уравнениям и любому процессу, в которомзакон идеального газаили другие модели поведения газа. Молекулы газа реагируют на полное (абсолютное) давление независимо от показаний манометра.

PSIA также является более четким эталоном в вакуумных приложениях. Вакуумная камера, работающая при давлении 2 фунта на квадратный дюйм, передает определенное физическое состояние. Описание того же состояния как -12,7 фунтов на квадратный дюйм (приблизительно) менее интуитивно понятно и приводит к риску знаковых ошибок в расчетах.

PSI, PSIA и PSIG: сравнительная таблица

Примечание относительно PSID:Промышленные пользователи часто сталкиваются с перепадом давления (PSID) наряду с PSIG и PSIA. Адатчик перепада давленияизмеряет разницу между двумя давлениями процесса -, например падение давления на фильтре, диафрагме или теплообменнике. PSID не относится к атмосфере или вакууму; он измеряет только зазор между двумя подключенными кранами давления.

Формула преобразования PSIG в PSIA

Связь между манометрическим и абсолютным давлением определяется простым уравнением, установленным в физике:

PSIA=PSIG + местное атмосферное давление

И обратное:

PSIG=PSIA – местное атмосферное давление

На уровне моря стандартное атмосферное давление составляет101325 Па (14,696 фунтов на квадратный дюйм), обычно округляемое до 14,7 фунтов на квадратный дюйм для повседневной инженерной работы.

Как конвертировать PSIG в PSIA (шаг за шагом)

Шаг 1:Определите, какое у вас значение давления: манометрическое (PSIG) или абсолютное (PSIA).

Шаг 2:Определите местное атмосферное давление. Если вы находитесь недалеко от уровня моря, разумным приближением будет 14,7 фунтов на квадратный дюйм. На возвышенностях -, например, в Денвере, штат Колорадо, на высоте 5280 футов - среднее атмосферное давление ближе к 12,2 фунта на квадратный дюйм. Для точных работ используйте барометр, установленный на объекте-или ссылайтесь на местную метеостанцию.

Шаг 3:Примените формулу. Добавьте атмосферное давление к PSIG, чтобы получить PSIA, или вычтите атмосферное давление из PSIA, чтобы получить PSIG.

Шаг 4:Решите, приемлемо ли для вашего применения приближение 14,7 фунтов на квадратный дюйм или вам нужны реальные местные условия. Для проверок сжатого воздуха и планового технического обслуживания такое приближение обычно подходит. Для вакуумной калибровки компенсация плотности газа врасходомеры газаили лабораторные-измерения, используйте истинные значения местной атмосферы.

Примеры конвертации

Пример 1 - Преобразование 100 фунтов на квадратный дюйм, ман./кв.дюйм в фунты на квадратный дюйм (уровень моря):

ССИА=100 + 14.7=114.7 ССИА

Пример 2 - Преобразование 30 PSIA в PSIG (уровень моря):

фунт/кв. дюйм=30 – 14.7=15.3 фунт/кв. дюйм, ман.

Пример 3 - Что такое 0 PSIG в PSIA?

ПСИА=0 + 14.7=14.7 ПСИА. Это подтверждает, что 0 фунтов на квадратный дюйм, ман., не является вакуумом -, это просто означает, что давление равно местному атмосфере.

Пример 4 - Преобразование −5 PSIG в PSIA (уровень моря):

ПСИА=−5 + 14.7=9.7 ПСИА. Система находится под частичным вакуумом. Абсолютное давление на 9,7 фунтов на квадратный дюйм выше идеального вакуума.

Пример 5 - Преобразование −10 PSIG в PSIA (уровень моря):

ПСИА=−10 + 14.7=4.7 ПСИА. Это означает более глубокий вакуум, и показания манометра намного ниже нуля приближаются к нижнему измеримому диапазону многих стандартных манометров.

Пример 6 - Преобразование 100 фунтов на квадратный дюйм в фунты на квадратный дюйм в фунтах на квадратный дюйм в Денвере, штат Колорадо (высота ~ 5280 футов):

ПСИА=100 + 12.2=112.2 ПСИА. Обратите внимание, что это на 2,5 фунта на квадратный дюйм ниже, чем результат на уровне моря-. Для большинства проверок давления в трубах разница не влияет на решение. Для компенсации плотности газа ввихревой расходомерили расчет массового расхода, то смещение на 2,5 фунта на квадратный дюйм может привести к измеримой ошибке в скорректированных показаниях расхода.

Почему местное атмосферное давление имеет значение?

Цифра 14,7 фунтов на квадратный дюйм (точнее, 14,696 фунтов на квадратный дюйм) представляет собой среднее атмосферное давление на среднем уровне моря. Фактическое атмосферное давление меняется в зависимости от высоты, погоды и температуры. Согласноатмосфера международного стандартадавление падает примерно на 0,5 фунта на квадратный дюйм на каждые 1000 футов подъема. На высоте Денвера 5280 футов среднее местное атмосферное давление составляет примерно 12,2 фунтов на квадратный дюйм -, что примерно на 17 % ниже стандартного уровня моря-.

Для рутинных операций станции на умеренных высотах использование значения 14,7 фунтов на квадратный дюйм по умолчанию обычно не создает практических проблем. Система сжатого воздуха с номинальным давлением 125 фунтов на квадратный дюйм безопасно работает независимо от давления в местной атмосфере 14,7 или 12,2 фунтов на квадратный дюйм, поскольку опорное значение манометра регулируется автоматически.

Приближение 14,7 фунтов на квадратный дюйм становится проблематичным в определенных ситуациях: калибровка приборов абсолютного давления, выполнение расчетов газового закона, где плотность имеет значение, работа вакуумных систем, где целевое значение выражено в PSIA, и компенсация.массовые расходомеры газакоторые используют абсолютное давление в качестве входных данных. В этих случаях замена истинного локального значения 12,2 фунта на квадратный дюйм 14,7 фунта на квадратный дюйм приводит к ошибке примерно в одну -шестую атмосферы, что напрямую влияет на точность вычислений.

Когда использовать PSIG или PSIA?

Используйте PSIG для систем под давлением выше атмосферы

PSIG — правильный ориентир, когда вам нужно знать, насколько давление превышает окружающую атмосферу. Это относится к системам сжатого воздуха, водопроводам, гидравлическим линиям,паровые системы, сосуды под давлением и выпускное отверстие насоса - практически любое применение, где механическое воздействие на защитную оболочку является основной проблемой. Напряжение на стенке трубы зависит от разницы давления внутри и снаружи, которую измеряет манометр.

Используйте PSIA для определения вакуума, газовых законов и процессов,-зависимых от плотности

PSIA является правильным ориентиром, когда общее давление влияет на физический результат. Плотность газа пропорциональна абсолютному давлению и обратно пропорциональна абсолютной температуре (из закона идеального газа: PV=nRT). Еслирасходомерили компьютер расхода использует давление для компенсации показаний объемного газа до стандартных условий, ему требуется абсолютное давление. Если передать ему значение манометра, когда он ожидает абсолютного - или обратного -, результат будет смещен примерно на одну атмосферу. В процессе, работающем при давлении 30 фунтов на квадратный дюйм, это представляет собой ошибку около 33% в скорректированном объемном расходе.

PSIA также предпочтителен для вакуумной дистилляции, вакуумных печей, сублимационной-сушки, производства полупроводников и любых процессов, в которых рабочее давление ниже атмосферного. Выражение глубокого вакуума как «-13 фунтов на квадратный дюйм, ман. давления» менее понятно и более подвержено ошибкам,-чем выражение «1,7 фунтов на квадратный дюйм».

Руководство по выбору эталонного давления

Промышленное применение

Манометры и датчики давления

Большинство механических манометров и промышленныхдатчики давленияизмерить манометрическое давление. В их конструкции одна сторона чувствительного элемента имеет выход в атмосферу, поэтому выходной сигнал отражает только давление выше (или ниже) атмосферных условий. Такая конструкция делает их пригодными для измерения давления в трубе, уровня в резервуаре по гидростатическому напору, мониторинга производительности насоса и общего управления технологическим процессом.

В датчиках абсолютного давления используется герметичный эталонный вакуум на одной стороне чувствительной диафрагмы вместо атмосферного вентиляционного отверстия. Это делает их пригодными для измерения вакуума, барометрической регистрации и приложений, в которых необходимо знать технологическое давление относительно истинного нуля. Указание неправильного типа датчика - при заказе датчика манометра, когда процесс требует абсолютного значения -, является распространенной ошибкой при закупках. Прежде чем выбирать датчик, в техническом описании прибора или листе технических характеристик должно быть четко указано, требуется ли входной сигнал PSIG, PSIA или PSID.

Системы сжатого воздуха

В системах сжатого воздуха используется PSIG, поскольку операторы и обслуживающий персонал обеспокоены тем, какое давление выдерживает система над окружающей атмосферой. Компрессор с номинальным давлением 125 фунтов на квадратный дюйм производит воздух при давлении на 125 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного, а резервуар-приемник, предохранительные клапаны, регуляторы и выходные трубопроводы рассчитаны на основе этого эталонного манометра. Накачка шин, работа пневматических инструментов и пневматические-приводы также работают от манометрического давления.

Вакуумные системы

Вакуумные системы могут использовать PSIA, отрицательное PSIG, дюймы ртутного столба (дюймы ртутного столба), Торр или миллибары в зависимости от отрасли и глубины вакуума. Для грубого промышленного вакуума (например, когда вакуумный насос опускает технологический сосуд для проверки на герметичность) иногда используется отрицательное значение PSIG. Для более глубокого вакуума - вакуумные печи, сублимационные сушилки, дистилляционные колонны - PSIA обеспечивает более интуитивную шкалу, поскольку по мере углубления вакуума число приближается к нулю. Такие единицы, как торр и микроны, часто используются в работе с высоким-вакуумом и полупроводниками. Просматривая характеристики вакуума, всегда проверяйте, какую единицу измерения и какой стандарт использует поставщик.

Измерение расхода газа и технологических процессов

При измерении расхода газа путаница PSIG и PSIA приводит к наиболее серьезным ошибкам. Когдавихревой расходомер, тепловой массовый расходомерили компьютер расхода компенсирует показания объема до стандартных условий, он использует давление и температуру для расчета фактической плотности газа. Плотность газа пропорциональна абсолютному давлению -, а не манометрическому давлению. Если компьютер расхода или преобразователь ожидает PSIA и получает PSIG (или наоборот), расчет плотности смещается примерно на одну атмосферу, что приводит к значительной ошибке в скорректированных выходных данных расхода.

Например, рассмотрим линию природного газа, работающую при давлении 30 фунтов на квадратный дюйм, ман., вблизи уровня моря. Абсолютное давление составляет около 44,7 фунтов на квадратный дюйм. Если компьютер расхода неправильно использует 30 вместо 44,7 в своей формуле плотности, расчетная плотность будет примерно на 33% ниже, и заявленный стандартный объемный расход будет отличаться в той же пропорции. Ошибки такого типа имеют реальные финансовые последствия при коммерческом учете и оптимизации процессов.

При указанииприбор для измерения расхода, проверьте требования к входному давлению в руководстве к прибору. Некоторые устройства принимают PSIG и добавляют атмосферное давление внутри; другим требуется непосредственно PSIA. Инженер по вводу в эксплуатацию должен проверить это во время установки.

Распространенные ошибки с PSI, PSIA и PSIG

Ошибка 1: предположение, что «PSI» всегда означает PSIG

В полевых разговорах «PSI» обычно подразумевает PSIG. В технической документации, заказах на поставку и сертификатах калибровки такое предположение может привести к использованию неправильного прибора, неправильного диапазона или неправильного расчета. Таблица данных, в которой указано «рабочее давление: 50 фунтов на квадратный дюйм», заставляет читателя угадать ссылку. Всегда указывайте PSIG или PSIA явно.

Ошибка 2: Считать давление 0 фунтов на квадратный дюйм, ман., отсутствием давления

Судно, открытое для атмосферы, показывает 0 фунтов на квадратный дюйм, но оно все еще содержит воздух под давлением примерно 14,7 фунтов на квадратный дюйм (на уровне моря). Атмосфера давит на каждый квадратный дюйм поверхности силу около 14,7 фунтов. Понимание этого различия необходимо для расчета поведения газа и для понимания того, что нулевое показание манометра не означает, что система пуста или в абсолютном выражении разгерметизирована.

Ошибка 3: использование давления 14,7 фунтов на квадратный дюйм на каждой высоте

На небольших высотах разумно округлять атмосферное давление до 14,7 фунтов на квадратный дюйм. На высоте 5000 футов местное атмосферное давление падает примерно до 12,2 фунтов на квадратный дюйм. На высоте 10 000 футов оно ближе к 10,1 фунта на квадратный дюйм. Для расчетов плотности газа, целей вакуумной системы и точной калибровки ошибка при использовании значения 14,7 фунтов на квадратный дюйм на большой высоте может быть значительной.

Ошибка 4: использование манометрического давления в уравнениях газового закона

Закон идеального газа и связанные с ним уравнения (закон Бойля, закон комбинированного газа, расчеты сжимаемости) требуют абсолютного давления и абсолютной температуры. Подстановка PSIG в эти уравнения дает неправильные результаты, поскольку формула рассматривает входные данные как полное давление от абсолютного нуля. Эта ошибка особенно распространена при преобразовании фактического и стандартного объемного расхода для измерения газа.

Ошибка 5: заказ неправильного датчика давления

Датчик избыточного давления и датчик абсолютного давления устроены по-разному. Датчик манометра измеряет атмосферу через вентиляционное отверстие; абсолютный датчик относится к герметичной вакуумной камере. Установка манометрического датчика там, где необходим датчик абсолютного давления - или обратного -, дает смещение показаний примерно на одну атмосферу. Перед заказом подтвердите требования к процессу: производится ли измерение относительно атмосферы, относительно вакуума или разницы между двумя точками процесса?

Контрольный список: перед выбором датчика давления

Используйте этот контрольный список при выборе манометра,датчик давления, или реле давления при новой установке или замене:

• Происходит ли процесс выше атмосферного давления, ниже его (вакуум) или и то, и другое?
• Ожидает ли следующая система (ПЛК, компьютер расхода, РСУ, регистратор данных) PSIG, PSIA или PSID?
• Будут ли показания давления использоваться для компенсации плотности газа или расчета массового расхода? Если да, то, вероятно, потребуется абсолютное давление.
• Указано ли в технических характеристиках процесса или P&ID эталонное давление? Подтвердите перед покупкой.
• Каково местное атмосферное давление в месте установки? На высокогорных-объектах смещение от 14,7 фунтов на квадратный дюйм может повлиять на выбор диапазона датчика и калибровку.
• Является ли этот процесс дифференциальным измерением (через фильтр, отверстие или ограничение)? Если да,датчик перепада давления(диапазон PSID) может быть правильным выбором.

Как использовать четкие метки единиц измерения в технической документации

Неоднозначное обозначение давления приводит к ошибкам при закупках, проблемам с установкой на местах и ​​ошибкам расчетов, которые распространяются через логику системы управления. В технических чертежах, спецификациях, заказах на поставку и процедурах калибровки всегда указывайте полное обозначение устройства.

Примеры четкой маркировки:

• Рабочее давление 100 фунтов на квадратный дюйм, ман.
• Давление на входе 30 фунтов на квадратный дюйм
• −10 фунтов на квадратный дюйм, ман. (вакуум)
• 5 PSIA абсолютное технологическое давление
• Максимально допустимое рабочее давление 150 фунтов на квадратный дюйм, ман.
• 15 PSID на фильтрующем элементе

Такой уровень специфичности помогает всем участникам - от инженера, который пишет спецификацию, до агента по закупкам, который заказывает датчик, и технического специалиста, который устанавливает и калибрует его в полевых условиях.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между PSI, PSIA и PSIG?

PSI — это общая единица измерения давления (фунты на квадратный дюйм). PSIG указывает, что измерение производится относительно местного атмосферного давления - оно показывает, насколько давление превышает (или падает ниже) окружающего воздуха. PSIA указывает, что измерения проводятся относительно идеального вакуума, представляющего полное давление. Числовая разница между PSIA и PSIG в любой данной точке равна местному атмосферному давлению, примерно 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря.

PSIG — это то же самое, что PSI?

Технически нет, хотя в повседневном использовании «PSI» часто подразумевает PSIG. Это различие имеет значение в технической документации, поскольку использование «PSI» без указания калибра или абсолютного значения оставляет читателю гадать. Еслидатчик давленияВ технических характеристиках указано «диапазон: 0–100 фунтов на квадратный дюйм», перед заказом вам необходимо подтвердить, означает ли это PSIG или PSIA.

Всегда ли PSIA выше PSIG?

Для любого положительного манометрического давления соответствующее значение PSIA выше, поскольку добавляется атмосферное давление. На уровне моря PSIA=PSIG + 14.7. Единственный случай, когда PSIA численно равно PSIG, это если бы атмосферное давление было равно нулю, чего не происходит на поверхности Земли.

Что такое 0 фунтов на квадратный дюйм в PSIA?

На уровне моря 0 фунтов на квадратный дюйм составляет примерно 14,7 фунтов на квадратный дюйм. На высоте Денвера (около 5280 футов) 0 фунтов на квадратный дюйм ближе к 12,2 фунтов на квадратный дюйм. Нулевое манометрическое давление просто означает, что система находится в равновесии с местной атмосферой -, это не вакуум.

Может ли PSIG быть отрицательным?

Да. Отрицательное значение PSIG указывает на то, что давление ниже атмосферного давления, что описывает частичный вакуум. Например, −5 PSIG на уровне моря соответствует примерно 9,7 PSIA. Вакуумные насосы, эжекторы и некоторые технологические сосуды работают при отрицательном манометрическом давлении. Минимально возможное значение PSIG составляет примерно -14,7 PSIG на уровне моря, что соответствует 0 PSIA (идеальный вакуум).

Что такое 0 PSIA?

0 PSIA представляет собой идеальный вакуум - полное отсутствие давления. Это теоретический предел. Даже в высококачественных лабораторных вакуумных камерах-достижение истинного значения 0 PSIA практически невозможно, хотя давления в диапазоне микро-Торр очень близки к этому.

Манометры показывают PSIG или PSIA?

Большинство стандартных промышленных манометров имеют показания PSIG, поскольку их чувствительный механизм использует в качестве эталонного атмосферное давление (одна сторона трубки Бурдона или диафрагмы вентилируется воздухом). Манометры абсолютного давления существуют, но встречаются реже; они обычно используются для барометрических измерений или вакуумных измерений, где требуется стабильный абсолютный эталон.

Должны ли в расчетах расхода газа использоваться PSIG или PSIA?

Для расчета расхода газа, включающего плотность, сжимаемость или приведение к стандартным условиям, требуется абсолютное давление (PSIA). Закон идеального газа (PV=nRT) использует абсолютное давление и абсолютную температуру. Некоторыйрасходомерыи компьютеры расхода принимают PSIG и преобразуют их внутри, в то время как другие ожидают PSIA напрямую. Всегда проверяйте руководство к прибору, чтобы узнать, какой вход требуется устройству.

Давление в шинах измеряется в фунтах на квадратный дюйм или фунтах на квадратный дюйм?

Манометры в шинах измеряют давление на фунты на квадратный дюйм. Когда вы накачиваете шину до давления 32 фунтов на квадратный дюйм, это на 32 фунта на квадратный дюйм выше окружающей атмосферы. Абсолютное давление внутри шины составляет примерно 32 + 14.7=46.7 PSIA на уровне моря.

Влияет ли высота на показания PSIG?

Высота не меняет показания манометра для данного внутреннего давления, поскольку манометр автоматически ориентируется на местную атмосферу. Однако высота меняет соотношение между PSIG и PSIA. Показатель 100 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря соответствует 114,7 фунтов на квадратный дюйм, а 100 фунтов на квадратный дюйм в Денвере соответствует примерно 112,2 фунтов на квадратный дюйм. Это имеет значение для расчетов плотности газа и абсолютного давления.

В чем разница между избыточным, абсолютным и дифференциальным давлением?

Манометрическое давление (PSIG) измеряется относительно местной атмосферы. Абсолютное давление (PSIA) измеряется относительно идеального вакуума. Дифференциальное давление (PSID) — это разница между двумя технологическими давлениями, измеренная между двумя отводами давления -, например, до и после фильтра илирасходомер. Каждый тип требует разной конструкции датчика и служит разным целям измерения.

Какую единицу измерения давления следует указать при заказе датчика давления?

Укажите PSIG, если давление в процессе превышает атмосферное и система, расположенная ниже по потоку, ожидает входной сигнал от манометра. Укажите PSIA, если процесс включает вакуум, компенсацию плотности газа или любые расчеты, требующие абсолютной ссылки. Укажите PSID, если вы измеряете падение давления на ограничителе. Никогда не указывайте в заказе на поставку только «PSI» -, это вынуждает поставщика предполагать, что рискует поставить неправильный датчик.

Источники и дополнительная литература

• OpenStax College Physics 2e, раздел 11.6: Манометрическое давление, абсолютное давление и измерение давления
• Значение CODATA NIST: стандартная атмосфера (101 325 Па)
• Атмосферное давление - Википедия (стандартное определение атмосферы и эффекты высоты)