壓力轉換器
壓力 — 從帕斯卡和 psi 到大氣壓和托
了解天氣、液壓、航空、真空系統和醫學中的壓力。自信地在 Pa、kPa、bar、psi、atm、mmHg、inHg 等單位之間進行轉換。
壓力基礎知識
流體靜力學
流體柱產生的壓力與深度和密度成正比。
- p = ρ g h
- 水:每米約 9.81 kPa
- 1 bar ≈ 10 米水頭
大氣壓力
天氣預報使用 hPa(與 mbar 相同)。海平面標準壓力為 1013.25 hPa。
- 1 atm = 101.325 kPa
- 低氣壓 → 暴風雨
- 高氣壓 → 晴朗天氣
錶壓與絕對壓力
錶壓(後綴 'g')測量相對於環境壓力的壓力。絕對壓力(後綴 'a')測量相對於真空的壓力。
- 絕對壓力 = 錶壓 + 大氣壓力
- 在海平面:加上約 101.325 kPa (14.7 psi)
- 海拔高度會改變大氣基準線
- 天氣使用 kPa/hPa,工程使用 bar,輪胎使用 psi
- 明確指定錶壓或絕對壓力以避免重大錯誤
- 為求清晰,透過帕斯卡 (Pa) 進行轉換
記憶輔助
快速心算
bar ↔ kPa
1 bar = 100 kPa。小數點移動 2 位即可。
psi ↔ kPa
1 psi ≈ 7 kPa。乘以 7 進行粗略估計。
atm ↔ kPa
1 atm ≈ 100 kPa。標準大氣壓接近 1 bar。
mmHg ↔ Pa
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPa。每 mmHg ≈ 133 Pa。
inHg ↔ hPa
29.92 inHg = 1013 hPa(標準值)。1 inHg ≈ 34 hPa。
水頭
1 米水柱 ≈ 10 kPa。適用於水頭計算。
視覺壓力參考
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| 海平面 | 1013 hPa (1 atm) | 您的基準線 - 標準大氣壓力 |
| 汽車輪胎 | 32 psi (2.2 bar) | 約為大氣壓力的 2 倍 |
| 山頂 (3 公里) | ~700 hPa | 比海平面氣壓低 30% |
| 強烈風暴 | 950 hPa | 比正常值低 6% - 帶來惡劣天氣 |
| 潛水氣瓶 (滿) | 200 bar | 大氣壓力的 200 倍 - 巨大的壓縮 |
| 真空室 | 10⁻⁶ Pa | 大氣壓的萬億分之一 - 近乎完美的真空 |
| 深海 (10 公里) | 1000 bar | 大氣壓力的 1000 倍 - 毀滅性的深度 |
| 高壓清洗機 | 2000 psi (138 bar) | 大氣壓力的 140 倍 - 工業級動力 |
常見陷阱
- 混淆錶壓與絕對壓力Fix: 務必標明 'g' 或 'a'(例如 barg/bara, kPag/kPaa)。錶壓 = 絕對壓力 - 大氣壓力。
- 混用 hPa 和 PaFix: 1 hPa = 100 Pa,而不是 1 Pa。百帕的意思是 100 帕斯卡。
- 假設 mmHg ≡ TorrFix: 相近但不完全相同:1 torr = 1/760 atm;1 mmHg ≈ 133.322 Pa(取決於溫度)。
- 忽略海拔Fix: 大氣壓力每公里下降約 12%。錶壓轉換需要當地的氣壓。
- 水頭計算未考慮密度Fix: 壓力 = ρgh。4°C 的純水 ≠ 海水 ≠ 熱水。密度很重要!
- 使用錯誤的真空計量程Fix: 皮拉尼真空計適用於 10⁵–10⁻¹ Pa,離子真空計適用於 10⁻²–10⁻⁹ Pa。超出量程使用會得到錯誤讀數。
快速參考
錶壓 ↔ 絕對壓力
絕對壓力 = 錶壓 + 大氣壓力
在海平面:加上 101.325 kPa 或 14.696 psi
- 根據海拔調整基準線
- 務必記錄使用的是哪種標度
水頭
水頭轉換為壓力
- 1 mH₂O ≈ 9.80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1 bar
天氣單位轉換
高度計設定
- 1013 hPa = 29.92 inHg
- 1 inHg ≈ 33.8639 hPa
高度計原理入門
QNH • QFE • QNE
了解您的參考基準
- QNH:海平面氣壓(將高度計設置為機場高度)
- QFE:機場場壓(高度計在機場讀數為 0)
- QNE:標準 1013.25 hPa / 29.92 inHg(飛行高度層)
壓力-高度快速計算
經驗法則
- ±1 inHg ≈ ∓1,000 英尺指示高度
- ±1 hPa ≈ ∓27 英尺指示高度
- 冷/熱空氣:密度誤差會影響真實高度
真空儀器
皮拉尼/熱偶真空計
測量氣體的熱導率
- 量程:約 10⁵ → 10⁻¹ Pa
- 與氣體種類有關;需針對氣體類型進行校準
- 適用於粗真空至低真空
離子/冷陰極真空計
離子化電流與壓力的關係
- 量程:約 10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- 對污染和氣體種類敏感
- 在高壓下需隔離保護
電容式壓力計
隔膜的絕對偏轉
- 高精度;與氣體種類無關
- 量程範圍約 10⁻¹ → 10⁵ Pa
- 適用於製程控制
應避免的常見錯誤
- 在指定設備時混淆錶壓/絕對壓力標度 (barg/bara, kPag/kPaa)
- 在所有條件下都假設 mmHg ≡ torr (定義有細微差異)
- 將 hPa 與 Pa 混淆 (1 hPa = 100 Pa,而非 1 Pa)
- 在轉換錶壓 ↔ 絕對壓力時忽略海拔
- 使用水頭轉換而未校正流體密度/溫度
- 使用超出其精確範圍的真空計
各單位的適用領域
航空與高度測量
高度計使用設定為當地 QNH 的 inHg 或 hPa;壓力會影響指示高度。
- 29.92 inHg = 1013 hPa 標準值
- 高/低氣壓會改變指示高度
醫學
血壓使用 mmHg;呼吸和 CPAP 使用 cmH₂O。
- 典型血壓 120/80 mmHg
- CPAP 使用 5–20 cmH₂O
工程與液壓
製程設備和液壓系統通常使用 bar、MPa 或 psi。
- 液壓管路:數十至數百 bar
- 壓力容器額定單位為 bar/psi
天氣與氣候
天氣圖以 hPa 或 mbar 顯示海平面氣壓。
- 強低壓 < 990 hPa
- 強高壓 > 1030 hPa
真空與無塵室
真空技術在粗真空、高真空和超高真空領域使用 torr 或 Pa。
- 粗真空:約 10³–10⁵ Pa
- 超高真空:< 10⁻⁶ Pa
跨應用壓力比較
| 應用 | Pa | bar | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| 完美真空 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 超高真空 | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| 高真空 (SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| 低真空 (粗抽) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| 海平面大氣 | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| 汽車輪胎 (典型) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| 公路自行車輪胎 | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| 高壓清洗機 | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| 潛水氣瓶 (滿) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| 液壓機 | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| 深海 (11 公里) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| 金剛石壓砧 | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
真空與壓力範圍
| 範圍 | 約 Pa | 範例 |
|---|---|---|
| 大氣壓力 | ~101 kPa | 海平面空氣 |
| 高壓 (工業) | > 1 MPa | 液壓系統、壓力容器 |
| 粗真空 | 10³–10⁵ Pa | 泵浦、除氣 |
| 高真空 | 10⁻¹–10⁻³ Pa | 掃描電子顯微鏡、鍍膜 |
| 超高真空 | < 10⁻⁶ Pa | 表面科學 |
轉換原理
- kPa × 1000 → Pa;Pa ÷ 1000 → kPa
- bar × 100,000 → Pa;Pa ÷ 100,000 → bar
- psi × 6.89476 → kPa;kPa ÷ 6.89476 → psi
- mmHg × 133.322 → Pa;inHg × 3,386.39 → Pa
常用轉換
| 從 | 到 | 因數 | 範例 |
|---|---|---|---|
| bar | kPa | × 100 | 2 bar = 200 kPa |
| psi | kPa | × 6.89476 | 30 psi ≈ 206.8 kPa |
| atm | kPa | × 101.325 | 1 atm = 101.325 kPa |
| mmHg | kPa | × 0.133322 | 760 mmHg ≈ 101.325 kPa |
| inHg | hPa | × 33.8639 | 29.92 inHg ≈ 1013 hPa |
| cmH₂O | Pa | × 98.0665 | 10 cmH₂O ≈ 981 Pa |
快速範例
日常基準
| 事物 | 典型壓力 | 備註 |
|---|---|---|
| 海平面大氣 | 1013 hPa | 標準日 |
| 強高壓 | > 1030 hPa | 晴朗天氣 |
| 強低壓 | < 990 hPa | 風暴 |
| 汽車輪胎 | 30–35 psi | ~2–2.4 bar |
| 高壓清洗機 | 1,500–3,000 psi | 消費型號 |
| 潛水氣瓶 | 200–300 bar | 填充壓力 |
有趣的壓力知識
hPa 與 mbar 之謎
1 hPa = 1 mbar — 它們完全相同!氣象學為了 SI 一致性從 mbar 改為 hPa,但它們在數值上是相同的。
為什麼醫學上使用 mmHg?
水銀壓力計在 300 多年來一直是黃金標準。儘管因毒性而被淘汰,全球血壓測量仍使用 mmHg!
海拔減半法則
大氣壓力大約每升高 5.5 公里(18,000 英尺)就會減半。在聖母峰頂(8.8 公里),壓力僅為海平面的 1/3!
深海的擠壓力
在馬里亞納海溝(11 公里深),壓力達到 1,100 bar — 足以瞬間壓扁一個人。這相當於每平方公分上放著 1,100 公斤的重物!
太空真空
外太空的壓力約為 10⁻¹⁷ Pa — 這比地球大氣壓力小 100 萬萬億倍。您的血液會(在體溫下)沸騰!
輪胎壓力悖論
一個 32 psi 的汽車輪胎,其絕對壓力實際上是 46.7 psi(32 + 14.7 大氣壓力)。我們測量錶壓,因為那是起作用的「額外」壓力!
帕斯卡的謙卑命名
帕斯卡 (Pa) 是以布萊茲·帕斯卡命名的,他在 1648 年帶著氣壓計登山,證明了大氣壓力的存在。當時他年僅 25 歲!
壓力鍋的魔力
在大氣壓力上再加 1 bar (15 psi),水的沸點會從 100°C 升至 121°C。這能將烹飪時間縮短 70% — 壓力確實能加速化學反應!
紀錄與極值
| 紀錄 | 壓力 | 備註 |
|---|---|---|
| 最高海平面氣壓 | > 1080 hPa | 西伯利亞高壓(歷史紀錄) |
| 最低海平面氣壓 | ~870–880 hPa | 強烈熱帶氣旋 |
| 深海 (~11 公里) | ~1,100 bar | 馬里亞納海溝 |
壓力測量的歷史演變
1643
氣壓計的誕生
伊萬傑里塔·托里拆利在研究為何水泵無法將水抽高超過 10 米時發明了水銀氣壓計。創造了首個人工真空,並將 mmHg 確立為第一個壓力單位。
證明了空氣具有重量和壓力,徹底改變了我們對大氣的理解。托 (torr) 單位 (1/760 atm) 是為了紀念他而命名的。
1648
帕斯卡的登山實驗
布萊茲·帕斯卡(25 歲)讓他的姐夫帶著氣壓計登上多姆山,證明大氣壓力隨海拔升高而降低。在山頂,水銀柱從 760 毫米降至 660 毫米。
建立了海拔與壓力之間的關係,這對航空和氣象學至關重要。帕斯卡 (Pa) 單位是為了紀念他的工作而命名的。
1662
波以耳定律的發現
羅伯特·波以耳使用改良的真空泵和 J 形管裝置發現了壓力與體積之間的反比關係 (PV = 常數)。
氣體定律和熱力學的基礎。使得對密閉氣體中壓力-體積關係的科學研究成為可能。
1849
波登管的發明
尤金·波登為波登管壓力計申請了專利——這是一種在壓力下會變直的彎曲金屬管。簡單、堅固且準確。
在工業應用中取代了易碎的水銀壓力計。175 年後,它仍然是最常見的機械壓力計設計。
1913
巴的標準化
巴被正式定義為 10⁶ 達因/平方公分(正好是 100 kPa),選擇這個值是為了方便,使其接近大氣壓力。
成為歐洲工程領域的標準單位。1 bar ≈ 1 大氣壓,讓工程師的心算變得容易。
1971
帕斯卡成為 SI 單位
帕斯卡 (Pa = N/m²) 被採納為壓力的官方 SI 單位,在科學領域取代了巴。
將壓力測量與牛頓的力單位統一。然而,由於其方便的標度,巴在工程領域仍然佔主導地位。
1980年代–1990年代
氣象學的 SI 單位轉型
世界各地的氣象服務從毫巴 (mbar) 轉換為百帕 (hPa)。由於 1 mbar = 1 hPa,所有歷史數據仍然有效。
無痛過渡到 SI 單位。現在大多數天氣圖都顯示 hPa,儘管一些航空領域仍使用 mbar 或 inHg。
2000年代
MEMS 壓力革命
微機電系統 (MEMS) 使得微小、廉價、精確的壓力感測器成為可能。它們被應用於智慧型手機(氣壓計)、汽車(胎壓)和穿戴式裝置中。
使壓力測量大眾化。您的智慧型手機可以利用大氣壓力測量僅 1 米的高度變化。
提示
- 務必指定錶壓 (g) 或絕對壓力 (a)
- 天氣使用 hPa,工程使用 kPa 或 bar,輪胎使用 psi
- 水頭:每米約 9.81 kPa;有助於粗略檢查
- 自動科學記數法:小於 1 µPa 或大於 1 GPa 的值會以科學記數法顯示以方便閱讀
單位目錄
公制 (SI)
| 單位 | 符號 | 帕斯卡 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 巴 | bar | 100,000 | 100 kPa;方便的工程單位。 |
| 千帕 | kPa | 1,000 | 1,000 Pa;工程標度。 |
| 兆帕 | MPa | 1,000,000 | 1,000 kPa;高壓系統。 |
| 毫巴 | mbar | 100 | 毫巴;傳統氣象學單位 (1 mbar = 1 hPa)。 |
| 帕斯卡 | Pa | 1 | SI 基本單位 (N/m²)。 |
| 吉帕 | GPa | 1.000e+9 | 1,000 MPa;材料應力。 |
| 百帕 | hPa | 100 | 百帕;與 mbar 相同;用於氣象學。 |
英制 / 美制
| 單位 | 符號 | 帕斯卡 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 磅/平方英寸 | psi | 6,894.76 | 磅/平方英寸;輪胎、液壓(可為錶壓或絕對壓力)。 |
| 千磅/平方英寸 | ksi | 6,894,760 | 1,000 psi;材料和結構規格。 |
| 磅/平方英尺 | psf | 47.8803 | 磅/平方英尺;建築負載。 |
大氣壓
| 單位 | 符號 | 帕斯卡 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 大氣壓 (標準) | atm | 101,325 | 標準大氣壓 = 101.325 kPa。 |
| 大氣壓 (工程) | at | 98,066.5 | 技術大氣壓 ≈ 98.0665 kPa。 |
汞柱
| 單位 | 符號 | 帕斯卡 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 英寸汞柱 | inHg | 3,386.39 | 英寸汞柱;航空和氣象。 |
| 毫米汞柱 | mmHg | 133.322 | 毫米汞柱;醫學和真空。 |
| 托 | Torr | 133.322 | 1/760 atm ≈ 133.322 Pa。 |
| 厘米汞柱 | cmHg | 1,333.22 | 公分汞柱;較不常用。 |
水柱
| 單位 | 符號 | 帕斯卡 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 厘米水柱 | cmH₂O | 98.0665 | 公分水柱;呼吸/CPAP。 |
| 英尺水柱 | ftH₂O | 2,989.07 | 英尺水柱。 |
| 英寸水柱 | inH₂O | 249.089 | 英寸水柱;通風和 HVAC。 |
| 米水柱 | mH₂O | 9,806.65 | 米水柱;液壓。 |
| 毫米水柱 | mmH₂O | 9.80665 | 毫米水柱。 |
科學 / CGS
| 單位 | 符號 | 帕斯卡 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 巴里 | Ba | 0.1 | 巴列;0.1 Pa (CGS)。 |
| 達因/平方厘米 | dyn/cm² | 0.1 | 達因/平方公分;0.1 Pa (CGS)。 |
| 千克力/平方厘米 | kgf/cm² | 98,066.5 | 公斤力/平方公分 (非 SI)。 |
| 千克力/平方米 | kgf/m² | 9.80665 | 公斤力/平方米 (非 SI)。 |
| 千克力/平方毫米 | kgf/mm² | 9,806,650 | 公斤力/平方毫米 (非 SI)。 |
| 千牛頓/平方米 | kN/m² | 1,000 | 千牛頓/平方米;等於 kPa。 |
| 兆牛頓/平方米 | MN/m² | 1,000,000 | 百萬牛頓/平方米;等於 MPa。 |
| 牛頓/平方米 | N/m² | 1 | 牛頓/平方米;等於 Pa (多餘形式)。 |
| 牛頓/平方毫米 | N/mm² | 1,000,000 | 牛頓/平方毫米;等於 MPa。 |
| 噸力/平方厘米 | tf/cm² | 98,066,500 | 噸力/平方公分 (非 SI)。 |
| 噸力/平方米 | tf/m² | 9,806.65 | 噸力/平方米 (非 SI)。 |
常見問題
我應該在何時使用絕對壓力與錶壓?
熱力學/真空使用絕對壓力;實際設備額定值使用錶壓。務必在單位後加上 'a' 或 'g' 後綴(例如 bara vs barg, kPaa vs kPag)。
為什麼飛行員使用 inHg?
傳統高度計標度使用英寸汞柱;許多國家使用 hPa (QNH)。
什麼是托 (torr)?
1 托等於 1/760 個標準大氣壓 (≈133.322 Pa)。常用於真空技術。