壓力還是表壓力？如您打算搭建一個壓力控制的系統(tǒng),，應(yīng)該參照哪一個壓力呢,？大多數(shù)應(yīng)用一般選擇沿用既定的慣例。然而,，某些應(yīng)用中,，需要控制的壓力剛好等于大氣壓或僅比大氣壓高一點點，例如過程分析儀上的背壓控制,，或香煙濾嘴的流通性能測試,，此類應(yīng)用中，采用壓力還是表壓力對過程系統(tǒng)的運行起著至關(guān)重要的作用,。

壓力和表壓力

圖1 
壓力由分子作用于物體表面的動能形成

壓力是指作用于物體表面的力,，是由物體表面的分子在運動時產(chǎn)生的動能而形成。由理想氣體狀態(tài)方程(PV=nRT)可知：壓力與氣體的溫度,、質(zhì)量成正比,，與氣體體積成反比。假設(shè)將一剛性容器內(nèi)抽成真空,，內(nèi)部不含任何物質(zhì),，即沒有壓力。往該容器中注入一定量氣體,，則運動的氣體分子將產(chǎn)生作用于容器壁的壓力,，如圖1。若將氣體分子數(shù)翻倍,，則作用于容器壁的壓力亦翻倍,，如圖2,。然而，若將容器體積增大一倍,，氣體分子具有了雙倍的空間,，那么壓力則會減小一半，如圖3,。氣體溫度升高也會導(dǎo)致壓力上升,，因為溫度的上升將使得氣體分子的動能增大，從而增大氣體分子間的相互間作用力,，如圖4,。反之，降低溫度會導(dǎo)致壓力減小,，這也就是為什么冬天的早晨汽車輪胎內(nèi)的壓力比較低,。

圖2 
增加剛性容器中氣體的質(zhì)量,，則壓力增大

圖3
增大剛性容器的體積,，則壓力減小

圖4
升高剛性容器內(nèi)氣體的溫度,，則壓力增大

上述例子中開頭提到的真空是相對于壓力而言,。壓力的數(shù)值一定不會是負數(shù),。表壓的數(shù)值是相對于當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，而該大氣壓力的?shù)值為一壓力,。換句話說,，表壓力代表您的系統(tǒng)壓力比當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Ω叨嗌倩虻投嗌?。如測量的是表壓力，則實際壓力值等于表壓讀數(shù)加上當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Γù髿鈮褐禐橐粔毫Γ?/p>

按照慣例,，高于大氣壓的系統(tǒng)一般測量其表壓力。比如汽車輪胎的壓力就用表壓力來描述,，因為我們想知道輪胎內(nèi)單位體積內(nèi)的空氣比輪胎外多多少,。漏氣輪胎的表壓力為零，因為輪胎內(nèi)的壓力就等于大氣壓,。真空沉積應(yīng)用中通常采用壓力,，因為須將系統(tǒng)壓力控制在高于真空的某一壓力處,。至此,，還沒有完結(jié),。

壓力、溫度與海拔

您是否在冬天的早晨出行時發(fā)現(xiàn)汽車輪胎壓力比較低,？并不是您的輪胎壓力檢測系統(tǒng)發(fā)生了故障。由理想氣體狀態(tài)方程(PV=nRT)可知,，壓力與氣體的溫度,、質(zhì)量成正比、與體積成反比,。較低的氣溫使得汽車輪胎內(nèi)空氣分子的動能減少,，從而輪胎內(nèi)壓力下降。去年冬天AFC*賽上的“漏風(fēng)門"也是一樣的道理,，橄欖球內(nèi)部的氣壓在寒冷的氣溫下會降低多達1.8psi的壓力。

更糟糕的是,，大氣壓力會隨著海拔上升而減小，因為隨著海拔上升,，氣體分子的數(shù)量會隨之減少。處于真空的太空其實沒有壓力,，而海平面處的平均壓力為14.696 psia (壓力),。因此,，位于海平面的城市的大氣壓力比位于山上的城市高。如果測量的是壓力,，其讀數(shù)會因為海拔的變化而有很大的不同,。

舉個例子，我們在艾里卡特總部所在地 —— 海拔2160英尺,、平均大氣壓13.67 psia (壓力)的美國亞利桑那州圖森市，將一個空水瓶的瓶蓋擰緊,，瓶子內(nèi)部的壓力等于環(huán)境壓力：絕壓13.67 psia,、表壓0 psig,。隨后我們將該水瓶攜帶至位于圖森北部、海拔9159英尺的雷蒙山山頂上,，那里的大氣壓為10.44 psia,，而此時密封瓶子內(nèi)的壓力仍為13.67 psia,，表壓力則為3.23 psig (13.67-10.44=3.23)。

過程系統(tǒng)的表壓讀數(shù)因大氣壓的降低而變大

根據(jù)熱力學(xué)第二定律,，流體總是從壓力高的地方運動到壓力低的地方,。倘若我們在雷蒙山山頂上將上述空瓶的瓶蓋擰開，瓶子內(nèi),、外的壓力差會將部分瓶內(nèi)空氣排至瓶外，直至瓶內(nèi)壓力到達與外界大氣壓相同的壓力10.44 psia,，此時瓶內(nèi)表壓力為0,。我們再次將瓶蓋擰緊，然后下山回到大氣壓為13.67 psia的艾里卡特總部所在地，此時瓶內(nèi)的壓力(10.44 psia)比外界大氣壓(13.67 psia)低,，表壓力為-3.23 psig(10.44-13.67=-3.23 psig),。我們再將瓶蓋擰開，此時瓶外空氣將因為壓差的關(guān)系往瓶內(nèi)運動,，直至瓶內(nèi)的壓力上升至13.67 psia,。

過程系統(tǒng)的表壓讀數(shù)因大氣壓的增大而變小

大氣壓力與溫度的關(guān)系

氣溫對大氣壓力的高或低也略有影響。一天中的大氣壓力是波動的,，通常上午10點達到峰值,、下午4點位于谷值，其差異在赤道地區(qū)為顯著,，因為赤道附近的地球自轉(zhuǎn)與一天內(nèi)的溫度波動大,。除了一天內(nèi)大氣壓本身的波動外，氣溫的因素也會使其高于或低于平均值,。同一地點的大氣壓力在一年之間會產(chǎn)生0.3psi的上下浮動,。那些暴風(fēng)雨頻繁、熱帶低氣壓或時常有龍卷風(fēng)光顧的地區(qū),，甚至?xí)霈F(xiàn)極短時間內(nèi)大氣壓波動很大的現(xiàn)象。

還是以艾里卡特總部所在地美國亞利桑那州圖森市為例,，圖森的平均大氣壓為13.7 psia,，峰值13.8 psia,、谷值13.6 psia。倘若要將目標(biāo)系統(tǒng)控制在一個僅高于大氣壓0.3 psi的壓力點上,，應(yīng)該選表壓壓力控制器還是絕壓壓力控制器呢？如左下圖所示,，表壓將受到大氣壓變化的影響而變得不穩(wěn)定,，但這些波動并不可視，因為表壓讀數(shù)始終為0.3 psig,。絕壓控制則呈現(xiàn)穩(wěn)定的控制,，如右下圖所示，盡管大氣壓是波動的,，但壓力以真空作為參照，而非大氣壓。

絕壓控制可消除大氣壓波動的影響,，穩(wěn)定整個壓力控制過程

被控壓力值越高于大氣壓,，上述大氣壓波動產(chǎn)生的影響越小。在圖森,，若壓力設(shè)定值為100 psig,，則壓力將在113.6 ~ 113.8 psia區(qū)間內(nèi)波動；若壓力設(shè)定值為113.7 psia,，那么僅+/- 0.1 psi的浮動對過程系統(tǒng)的影響是微乎其微的,。

選擇正確的壓力參照標(biāo)準(zhǔn)

上面的例子說明了在測量與控制壓力時選擇正確壓力參照標(biāo)準(zhǔn)的重要性。若要在過程系統(tǒng)內(nèi)生成一不受外界大氣壓影響的,、絕緣的壓力環(huán)境,，則須使用絕壓壓力控制器,；若要維持一相對于大氣壓而言的某一壓力數(shù)值，則選用表壓壓力控制器,。當(dāng)大氣壓力發(fā)生上升或下降波動時,，表壓壓力控制器將通過增加或排除空氣來維持目標(biāo)壓力差。如我們所見,，那些被控壓力與大氣壓力相差無幾的應(yīng)用,，采用絕壓壓力控制器效果可能更好。