也谈压力的量和单位

近日论坛上对压力及其单位(MPa、KPa)的讨论很活跃，阅读了所有帖子后，感觉有些概念还是需要搞清楚的，且搞清概念也不复杂，因为，在现行的国家标准和行业标准中都有答案，我就当个标准的搬运工，来进行说明。
一．压力的定义
  (1) JJF 1008—2008 《压力计量名词术语及定义》标准是这样定义的：
“1.1压力(工程上的称呼) Pressure 垂直并均匀作用在单位面积上的力。注:压力在物理学上称为‘压强’。”
   (2) 一般教科书上是这样定义的：
“压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学常称的压强。它的大小由受力面积和垂直作用力两个因素决定，即:P=F／S
式中 P—压力；F—垂直作用力；S—受力面积。”
(摘自论坛积分兑换的：《传感器与检测技术》一书 232页。)
   从以上定义可看出，工程技术上说的压力实际就是物理学上的压强。尽管压强一词对理解这一量的物理概念比较容易接受，但工程技术上一直称呼的是压力。虽然也曾尝试过改变，但最后仍然还是压力这一称呼。具体请看:
   国家计量技术规范JJG1008-87《压力计量名词术语及定义》一书1页上，原来是这样定义的:“1．压力(压强)(Pressure)  垂直作用在单位面积上的分布力。注:本规范内圆括号( )中的词表示可换用的词，即同义词；……。”
   国家计量技术规范JJG1008-2008《压力计量名词术语及定义》一书1页上，则改为这样的定义:“1.1压力(工程上的称呼) Pressure 垂直并均匀作用在单位面积上的力。注:压力在物理学上称为‘压强’。”
   从JJG1008规范87到2008可看出，工程上使用的称呼仍然是压力。这符合工程技术都是用压力称呼的习惯，压力这一称呼由来已久，可说是已根深蒂固，人们的习惯有时是很难改变的，如生产线上用的压力表就没有人叫它压强表吧。
   从JJG1008规范87到2008还体现了：标准是人们生产实践经验的高度总结和升华这一要素。
二．压力和力的区别
   按国际单位制的规定在力学计量中，压力(压强)和力是分别定义的。
(1) 压力
   压力(压强)的单位为帕斯卡，定义为1N的力均匀分布在1m²面积上所形成的压力。国际符号为Pa。帕斯卡这一单位是压力单位牛顿每平方米(N/m²)的专门名称。
（2）力
   力的单位为牛顿, 定义为使质量1kg的物体产生(1m/ S²)的加速度的力，国际符号为N。
  从以上定义可看出压力和力是两个不同的量，压力的概念不是物体受压的力，Pressure就没有“受压的力”的含义，而是把“压力”作为一个整体来对待，与压强的概念是相同的。

             图一  压力和力的区别
三．压力单位的变迁
  我国在没有应用国际单位制以前，压力单位应用最多的是液柱高度(mmH2O或mmHg)、工程大气压(kgf／cm²)、标准大气压(atm)。液柱高度网友们并不陌生，如测量血压用的毫米汞柱；还有毫米水柱，即1mm汞柱或1mm水柱对底面所产生的压力。工程大气压是过去工程上最常用的压力单位，即1Kg力垂直地作用在1Cm²面积上所产生的压力。
   我国于1983年开始实施GB3100-82《国际单位制及其应用》标准。并于1994年7 月1 日实施新的GB3100-1993《国际单位制及其应用》标准，其中：GB3102．3《力学的量和单位》标准就有压力的量及单位。

                         图二  压力

        图三 压力量的单位及单位的倍数单位
  从图二、图三可见，标准给出了两个并列的名称：压力和压强，优先使用的是压力。由于压力是一个经常用的单位，1971年第14届计量大会上对其给予了专门名称帕斯卡(Pascal), 国际符号为Pa, 即用Pa代替N／m²。(这也是用科学家姓氏命名的SI导出单位之一。帕斯卡：法国科学家，他第一个用气压计测量高度，他还提出和研究了：帕斯卡定理，帕斯卡三角形，帕斯卡定律。)
  图三的(7) 列中有个bar(巴)，这是一个并用单位。bar主要是欧美国家习惯使用的单位。由于大量引进国外的设备和仪表，现在使用bar(巴)和lbf／in²(磅力每平方英寸)的场合 是越来越多。从bar和psi一直能使用到现在，再次证明了人们的习惯是很难改变的。
在工作中常会遇到各种压力单位的换算，要求不严时可简单的进行近似，即：
0.1MPa≈100KPa≈1kgf／cm²≈1atm≈1 bar≈14.5lbf／in²。
  要求数据准确时，应进行单位间的换算，这是很繁杂的工作，但现在可以在网上在线进行压力单位换算，只要在百度搜索框中输入“压力换算”，点“百度一下”，就跳出图四中的压力换算工具了。

                             图四  压力单位在线换算
四．压力单位的倍数单位的选择及应用
  帕斯卡(Pa)这个单位非常的小，不便于计算，在工程中常采用它的倍数单位，从图三可看出压力单位的倍数单位有：GPa(吉帕)、MPa(兆帕)、KPa(千帕)、hPa(百帕)、mPa(毫帕)等，这方便了应用，只要通过适当的选择，可以使数值处于实用范围内。倍数单位的选择和应用为计量数值的统一提供了方便，也保证了计量数据的统计、交流、推广和使用的一致性。
  压力单位的倍数单位在工业生产中应用最多的是：MPa、KPa、Pa。如弹簧管压力表或压力变送器采用的是MPa，差压变送器采用的是KPa，微压表采用的是Pa。
  网友最熟悉的电压单位，也有很多倍数单位，如图五所示，有MV(兆伏)、KV (千伏)、V(伏)、mV(毫伏)、μV(微伏)，借此来理解压力的倍数单位，就觉得不复杂和好理解了。

         图五 电压量的单位及单位的倍数单位
   压力表的测量范围、标度盘及标度单位的选择不是生产厂随意决定的，它必须遵守相关标准；标度单位的具体选定由产品标准规定。GB／T 1226—2010 《一般压力表》标准，对压力表、真空表、压力真空表的测量范围及单位都有规定，如图六所示。从图六中可看出一般压力表的压力单位只有MPa(兆帕)一种。

        图六  测量范围
JB／T 5582----2005《压力表标度及分划》标准，规定了各种压力表的度盘标度及分划。网友上传的真空表照片，是符合现行标准的压力单位选定及标度分划的(图中红线所示)。

          图七  符合行业标准的真空表
五．压力测量基本知识
① 差压[力]：任意两个相关压力之差。
② 绝对压力：以完全真空作参考点的压力。
③ 大气压力(又称：气压)：地球表面大气层空气柱重力所产生的压力。
④ 表压力：以大气压力为参考点，大于或小于大气压力的压力。
⑤ 正[表]压力(又称：正压)：以大气压力为参考点，大于大气压力的压力。
⑥ 负[表]压力(又称：负压)：以大气压力为参考点，小于大气压力的压力。
   工业生产的设备及压力表都是处于大气之中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小，即压力表测得的压力数值都是指表压力或真空度(或称负压力)。也就是所测设备内部某点的真实压力与大气压之间的差值。它是以大气压作为参考点(即0点)，高于大气压的用正值表示，称为正压；低于大气压的用负值表示，称为负压。用网友熟悉的电做个比喻：大气压就相当于直流电的参考点（0V），高于0V的是正压，低于0V的是负压。
   网友都知道只靠V（伏）这个单位是分不出正、负电压的。同理只根据压力表所标的压力单位MPa、KPa、bar也是分不出正压表还是负压表的，但可以从压力表，真空表，压力真空表三种名称来判断；看不清名称时可以通过压力表的0位来判断，压力表的0位在最左端的是一般压力表，是测正压的。压力表的0位在最右端的是真空表，是测负压的。压力表的0位既不在最左端也不在最右端，而是在表盘标度50%或者其它某一位置的是压力真空表，既可测正压也可以测负压。