工程上常用的气压单位

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对于气压单位，我们常见的有帕(Pa)和毫米汞柱(mmHg)，但在许多工程应用中，这两个单位反而见的不多。在不同的场合，我们会见到不同的气压单位。下面就让我们来总结一下都有哪些气压单位。

A. 各种气压单位

1. 帕斯卡(Pa)

帕斯卡(Pascal，1623-1662)是一位法国的科学家，一生贡献众多[1]。其所涉及的领域除了物理学，还有数学，哲学、文学等等。帕斯卡在1653年提出流体能传递压力的定律，即所谓帕斯卡定律，并利用这一原理制成水压机。基于他的这一贡献，压力的国际单位以其姓氏命名(Pa)。

$1 Pa$就相当于$1 N/m^2$,就相当于在一平方米的桌子上放了两个鸡蛋，由于重力而产生的对桌子的平均压力。因此，$Pa$这个单位是很小的，一个大气压为101325Pa，大约0.1 MPa。

2. 毫米汞柱(mmHg)、托(Torr) 以及 in.Hg

在马德堡半球实验[2]之后，世人意识到了大气压是惊人的大。但在马德堡半球实验之前，托里拆利(Torricelli，意大利物理学家，1608-1647)就已经测量了大气压。1643年6月20日，Torricelli将一端开口的玻璃管里灌满水银，然后把开口的一端倒入水银槽中。他发现，水银柱立即下降，直到比槽中水银面高出76cm为止，封闭端顶部则形成真空。

毫米汞柱这个单位就是由此而来，因此我们可以知道一个大气压为760mmHg，1mmHg大约为133Pa。1958年，为了纪念托里拆利，用Torr代替了mmHg，因此1mmHg = 1 Torr。

在国外还会经常使用in.Hg作单位，1 in.Hg = 25.4mmHg。一些国外的压力表上会经常看到“in.Hg”这个单位。

3. 大气压(atm)以及巴(bar)

其实大气压本身就可以作为一个自然的气压单位，其表示用大气英文单词的前三个字母，即一个大气压就等于1atm，也就是101325Pa。 这样是很麻烦的，因为从大气压到国际单位Pa之间的换算总是有一个很长的数字。为了简便，英国的一位气象学家William Napier Shaw于1909年首先引入了一个新的单位“bar[3]”，并定义1bar = 0.1MPa。因此1bar大约为一个大气压，但又略小于一个大气压。bar这个单位也是很大的，在一些实际的工程应用中，经常会用的是mbar，1mbar = 10$^{-3}$bar。

4. psi

psi即pound-force per Square inch, 表示在一平方英寸上有多少磅的力。磅(pound)是质量的单位,1磅约为0.45千克，大约为9个鸡蛋的重量。这里的“pound-force”就表示一磅的物体产生的力。一英寸为2.54厘米。因此1psi相当于把九个鸡蛋放在2.54平方厘米的面积上产生的平均压力。好吧，貌似不容易想象。
实际上，1 psi大概6900Pa，14.7 psi大约为一个大气压。很多气瓶上的减压阀就会用psi作单位。

5. 其他单位及说明

除了以上提到的，压力的单位还有很多。比如$dynes/cm^2$，$in. Water$等等。但我们常见的以及常用的是以下几个：$Pa, Torr,mbar,psi,atm,in.Hg。$在实际使用中，为了有一个感性的认识，我们需要了解一下各个单位之间的换算。

B. 不同气压单位之间的换算

图 1 来自Lesker公司关于真空的技术手册[4]，可以方便我阅换算压力的单位。

如果大家经常接触真空器件或者气压表，记住以下几个单位换算是很有益的：

$$\begin{cases} 1atm\simeq 0.1 MPa = 1 bar ,1mbar = 100 Pa\\ 1 Torr = 133 Pa , 760 Torr = 1atm \\ 1 psi = 6900 Pa, 14.7 psi = 1 atm \\ 1atm = 30 in.Hg \end{cases}$$

C. 学习识读气压表

图4是一种典型的压力表。其中红色的刻度用的单位是bar；黑色的刻度在正压部分（比大气压大）用的单位时psi，在负压部分（比大气压小）用的单位是in. Hg。从图中可以看出，-1bar的位置刚好对应30in.Hg,+1bar的位置对应的是14.7psi，和我们上面介绍的是一致的。可能以前我们见到这样的气压表会很困惑，但了解一些压力单位的基本常识之后，再遇到类似的压力表就可以应对自如了。