Absoluuttinen paine vs mittapaine: kaava, esimerkit ja muuntamisopas

Tärkeimmät opit

• Mittapaine mitataan nykyisen ilmanpaineen suhteen; absoluuttinen paine mitataan täydellisen tyhjiön suhteen.
• Absoluuttinen paine = mittapaine + ilmanpaine.
• Merenpinnalla ilmanpaine ≈ 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi ≈ 760 mmHg.
• Useimmat mekaaniset painemittarit näyttävät mittapainetta; tyhjiömittarit ja absoluuttisen paineen anturit näyttävät absoluuttista painetta.
• Kansainvälisissä hankkeissa varmista aina, tarkoittavatko määritellyt "psi", "bar", "kPa" tai "MPa" mittapainetta vai absoluuttista painetta.

Absoluuttinen ja mittapaine samalla asteikolla: mittapaine mitataan ilmanpaineesta lähtien, absoluuttinen paine täydellisestä tyhjiöstä lähtien.

Esittely

Absoluuttinen paine ja mittapaine ovat kahden eri tapaa ilmaista samaa fyysistä suuretta – ja niiden sekoittaminen aiheuttaa todellisia seurauksia. Insinöörit ja ostajat, jotka työskentelevät painemittareiden, painelähetinten, tyhjiöinstrumenttien tai venttiilien parissa, kohtaavat tätä eroa joka päivä.

Kun vertailukohta on väärä:

• Venttiili saattaa olla luokiteltu väärään paineluokkaan.
• Lähetin saattaa valita väärällä mittausalueella.
• Tyhjiöjärjestelmä saattaa olla suunniteltu väärän referenssitason perusteella.

Tässä opaskirjassa selitetään ero absoluuttisen ja mittapaineen välillä, annetaan muuntokaava, käydään läpi konkreettisia esimerkkejä, tarjoadaan yksikkömuuntotaulukko ja selitetään, miten tämä ero vaikuttaa venttiilien ja instrumenttien valintaan.

1. Mikä on mittapaine?

Mittapaine mitataan suhteessa nykyiseen ilmanpaineeseen. Tyypillisen mekaanisen painemittarin lukema on mittapaine.

Esimerkki: auton renkaan paine 250 kPa luetaan mittarista 250 kPa – toisin sanoen 250 kPa yli ympäröivän ilmanpaineen.

Yleisiä mittauskohteita, joissa käytetään ylipainetta:

• Autojen renkaat
• Vesiputkistot
• Paineilmaputket
• Hydraulijärjestelmät
• Useimmat mekaaniset painemittarit

Oletusarvoisesti painearvo, joka on ilmoitettu ilman liitettä (”a” tai ”g”), tulkitaan ylipaineeksi:

250 kPa = 250 kPa ylipaine

250 kPag = 250 kPa ylipaine

psig = ylipaine yksikössä pound per square inch

2. Mikä on absoluuttinen paine?

Absoluuttinen paine mitataan täydellisen tyhjiön suhteen. Se ilmaisee kaasun tai nesteen todellisen fysikaalisen paineen, ja sitä tarvitaan seuraavissa sovelluksissa:

• Imuputkistot
• Kemialliset ja tislausprosessit
• Kryogeeniset järjestelmät
• Korkean tarkkuuden painemittaukset
• Absoluuttisen paineen anturit

Esimerkki: jos auton renkaan mittaus on 250 kPa ylipaineena ja paikallinen ilmanpaine on noin 101 kPa:

Absoluuttinen paine = Mittapaine + Ilmanpaine

Absoluuttinen paine = 250 kPa + 101 kPa = 351 kPa

Renkaan absoluuttinen paine on siis noin 351 kPa absoluuttisena, joka kirjoitetaan 351 kPa(abs) tai 351 kPa(a).

3. Kaava, joka yhdistää nämä kaksi

Absoluuttinen paine = Mittapaine + Ilmanpaine

Mittapaine = Absoluuttinen paine − Ilmanpaine

Normaalissa ilmanpaineessa:

Ilmanpaine ≈ 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi ≈ 760 mmHg

Taulukko 1. Mittapaineen ja absoluuttisen paineen väliset muunnosesimerkit

4. Miksi ilmanpaine on tärkeä

Merenpinnan tasolla ilmanpaine on noin:

101,3 kPa = 1,013 bar = 14,7 psi = 760 mmHg

Ilmanpaine laskee korkeuden kasvaessa:

Taulukko 2. Arviolainen ilmanpaine korkeuden funktiona

Tästä syystä hengittäminen on vaikeampaa korkealla — absoluuttinen happipaine on alhaisempi. Mittalaitteille tästä seuraa käytännön vaikutuksia:

• Painemittarin mittausarvo voi heilahtaa säähän ja korkeuteen liittyen.
• Absoluuttisen painemittarin nollakohta pysyy vakiona tyhjiössä.
• Tyhjiön mittaaminen ilmoitetaan yleensä absoluuttisena paineena.

5. Miten mekaanisia painemittareita luetaan

Useimmat mekaaniset painemittarit näyttävät mittapaineen. Niitä on kolme yleistä tyyppiä:

Kolme yleistä mekaanista painemittaria: positiivinen painemittari, yhdistelmämittari ja puhtaasti tyhjiötä mittaava mittari.

5.1 Positiivinen painemittari

Tyypillinen mittausalue: 0–100 kPa / 0–1 000 kPa / 0–10 bar. Osoitin on nollakohdassa ilmanpaineessa. Tämä on yleisin tyyppi pumppujen, putkistojen, puristetun ilman ja vesisovellusten käytössä.

5.2 Yhdistetty paine/tyhjiömittari

Tyypillinen mittausalue: −101 kPa–0–700 kPa tai −1 bar–0–10 bar. Nolla sijaitsee asteikon keskellä ja vastaa ilmanpaineita. Nämä mittarit mittaavat tyhjiötä toisella puolellaan ja positiivista ylipainetta toisella puolellaan.

5.3 Puhtaasti tyhjiömittari

Tyypillinen mittausalue: −101 kPa–0 kPa. Ilmanpaine näyttää 0 kPa ylipaineena; täysi tyhjiö näyttää −101 kPa ylipaineena, mikä vastaa 0 kPa absoluuttista painetta. Nykyään tyhjiötä mitataan yleisemmin absoluuttisen paineen antureilla kuin puhtaasti mekaanisilla tyhjiömittareilla.

6. Paineen yksikkömuunnostaulukko

Eri teollisuudenalat käyttävät eri paineen yksiköitä. Yleisiä muunnoksia:

1 Torr = 1 mmHg ≈ 133 Pa

1 mbar = 0,001 bar = 100 Pa

1 bar = 100 kPa = 0,1 MPa

1 bar ≈ 14,5 psi

1 MPa = 10 bar ≈ 145 psi

1 psi ≈ 6,895 kPa

Nopea paineyksiköiden muunnosviitekortti.

Taulukko 3. Nopea painemuunnos

Monissa markkinoissa ihmiset käyttävät likiarvoa 1 bar ≈ 1 kg/cm². Tarkemmin ottaen 1 kgf/cm² = 0,980665 bar, mutta tämä likiarvo on yleinen päivittäisessä insinöörityössä.

7. Mitä psig ja psia tarkoittavat?

Englanninkielisissä teknisissä asiakirjoissa näet:

psig = ylipaine yksikössä pound per square inch

psia = pounds per square inch absolute

Esimerkkejä, kun ilmanpaine on 14,7 psi:

100 psig = 100 + 14,7 = 114,7 psia

100 psia = 100 − 14,7 = 85,3 psig

psig vs psia: 100 psig = 114,7 psia, kun ilmanpaine on 14,7 psi.

Tämä on tärkeää kansainvälisissä hankkeissa. Jos eritelmässä mainitaan vain "psi", varmista aina, tarkoittaako se mittapainetta (gauge) vai absoluuttista painetta.

8. Mittapaine vs absoluuttinen paine venttiilien ja mittalaitteiden valinnassa

Venttiileille paineluokat annetaan usein ylipaineena – mutta eivät aina. Mittalaitteille viitepaineen on oltava selvästi määritelty.

Taulukko 4. Tyypillinen paineviite laitteen mukaan

Valittaessa venttiiliä tai mittalaiteita tarkista:

• Onko ilmoitettu arvo mittauspaine (gauge) vai absoluuttinen paine?
• Mikä on paikallinen ilmanpaine?
• Onko sovellus ilmanpaineen ylä- vai alapuolella?
• Vastaako laitteen lähtösignaali ohjausjärjestelmää?
• Minkä yksikön käytät — bar, kPa, MPa, psi, psig vai psia?

9. Esimerkki: venttiilin ja painelähteen valinta

Asiakas ilmoittaa: käyttöpaine 0,6 MPa, tyhjiödestillaatio, painelähde. Tämä määrittely on epätäydellinen.

Jos tarkoitetaan 0,6 MPa mittauspaineena (gauge):

Absoluuttinen paine = 0,6 MPa + 0,1013 MPa = 0,7013 MPa(a)

Jos tarkoitetaan 0,6 MPa absoluuttisena paineena:

Mittapaine = 0,6 MPa − 0,1013 MPa = 0,4987 MPa(g)

Kahden lukeman välinen ero on noin 0,2026 MPa eli suunnilleen 2 bar. Tyhjiödestillaatiosovelluksessa tämä ei ole pyöristysvirhe; se tarkoittaisi väärää anturin mittausaluetta ja venttiililuokkaa.

10. Yhteenveto

• Mittapaine käyttää ilmanpaineen tasoa nollana.
• Absoluuttinen paine käyttää täydellistä tyhjiötä nollana.
• Absoluuttinen paine = mittapaine + ilmanpaine.
• Merenpinnan tasolla ilmanpaine ≈ 101,3 kPa ≈ 1,013 bar ≈ 14,7 psi.
• Useimmat mekaaniset painemittarit näyttävät mittapainetta.
• Tyhjiömittarit ja absoluuttisen paineen anturit näyttävät absoluuttista painetta.
• psig = mittapaine; psia = absoluuttinen paine.
• Vahvista aina mittapaineen ja absoluuttisen paineen ero kansainvälisissä projekteissa.

UKK

Mikä on absoluuttisen paineen ja mittapaineen välinen ero?

Absoluuttinen paine mitataan täydellisestä tyhjiöstä. Mittapaine mitataan paikallisesta ilmanpaineesta.

Kuinka muunnan mittapaineen absoluuttiseksi paineeksi?

Absoluuttinen paine = mittapaine + ilmanpaine.

Kuinka muunnan absoluuttisen paineen mittapaineeksi?

Mittapaine = absoluuttinen paine − ilmanpaine.

Onko 100 psig sama kuin 100 psia?

Ei. Kun ilmanpaine on 14,7 psi: 100 psig = 114,7 psia ja 100 psia = 85,3 psig.

Näyttävätkö mekaaniset painemittarit absoluuttista painetta?

Useimmat näyttävät mittapainetta. Absoluuttisia painemittareita on olemassa, mutta niitä käytetään harvoin yleisessä mekaanisessa painemittauksessa.

Miksi tyhjiöjärjestelmät käyttävät absoluuttista painetta?

Tyhjiö on alapuolella ilmanpainetta. Absoluuttinen paine tarjoaa selkeän nollaviitteen 0 kPa(abs):sta ilmanpaineeseen asti.

Shanghain Xia Zhao -venttiilien tietoja

Jousikuormitettu ruostumaton teräs turvaventtiili (tuotekuva).

Kolmiosainen ruostumaton teräs palloventiili käsisäädöllä (tuotekuva).

Shanghai Xia Zhao Valve tarjoaa teollisuusventtiilejä, paineinstrumentteja ja nesteenohjausratkaisuja asiakkaille ympäri maailmaa, palveluen vedenkäsittelyä, kemikaaliteollisuutta, ilmastointia, öljy- ja kaasualaa, sähköntuotantoa sekä tyhjiöjärjestelmiä.

Venttiilin tai paineinstrumentin valinnassa lähetä teknisen tiimimme työpaine, kulkuneuvo, lämpötila ja liitosstandardi – ja ilmoita, ovatko painearvot mittapaineita vai absoluuttisia paineita.