壓力還是表壓力？如您打算搭建一個(gè)壓力控制的系統，應該參照哪一個(gè)壓力呢？大多數應用一般選擇沿用既定的慣例。然而，某些應用中，需要控制的壓力剛好等于大氣壓或僅比大氣壓高一點(diǎn)點(diǎn)，例如過(guò)程分析儀上的背壓控制，或香煙濾嘴的流通性能測試，此類(lèi)應用中，采用壓力還是表壓力對過(guò)程系統的運行起著(zhù)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(dòng)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(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)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。假設將一剛性容器內抽成真空，內部不含任何物質(zhì)，即沒(méi)有壓力。往該容器中注入一定量氣體，則運動(dòng)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(huì )減小一半，如圖3。氣體溫度升高也會(huì )導致壓力上升，因為溫度的上升將使得氣體分子的動(dòng)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(huì )導致壓力減小，這也就是為什么冬天的早晨汽車(chē)輪胎內的壓力比較低。

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
升高剛性容器內氣體的溫度，則壓力增大

上述例子中開(kāi)頭提到的真空是相對于壓力而言。壓力的數值一定不會(huì )是負數。表壓的數值是相對于當地大氣壓而言，而該大氣壓力的數值為一壓力。換句話(huà)說(shuō)，表壓力代表您的系統壓力比當地大氣壓力高多少或低多少。如測量的是表壓力，則實(shí)際壓力值等于表壓讀數加上當地的大氣壓力（大氣壓值為一壓力）。

按照慣例，高于大氣壓的系統一般測量其表壓力。比如汽車(chē)輪胎的壓力就用表壓力來(lái)描述，因為我們想知道輪胎內單位體積內的空氣比輪胎外多多少。漏氣輪胎的表壓力為零，因為輪胎內的壓力就等于大氣壓。真空沉積應用中通常采用壓力，因為須將系統壓力控制在高于真空的某一壓力處。至此，還沒(méi)有完結。

壓力、溫度與海拔

您是否在冬天的早晨出行時(shí)發(fā)現汽車(chē)輪胎壓力比較低？并不是您的輪胎壓力檢測系統發(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(chē)輪胎內空氣分子的動(dòng)能減少，從而輪胎內壓力下降。去年冬天AFC*賽上的“漏風(fēng)門(mén)"也是一樣的道理，橄欖球內部的氣壓在寒冷的氣溫下會(huì )降低多達1.8psi的壓力。

更糟糕的是，大氣壓力會(huì )隨著(zhù)海拔上升而減小，因為隨著(zhù)海拔上升，氣體分子的數量會(huì )隨之減少。處于真空的太空其實(shí)沒(méi)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，其讀數會(huì )因為海拔的變化而有很大的不同。

舉個(gè)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(gè)空水瓶的瓶蓋擰緊，瓶子內部的壓力等于環(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(shí)密封瓶子內的壓力仍為13.67 psia，表壓力則為3.23 psig (13.67-10.44=3.23)。

過(guò)程系統的表壓讀數因大氣壓的降低而變大

根據熱力學(xué)第二定律，流體總是從壓力高的地方運動(dòng)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(kāi)，瓶子內、外的壓力差會(huì )將部分瓶?jì)瓤諝馀胖疗客?，直至瓶?jì)葔毫Φ竭_與外界大氣壓相同的壓力10.44 psia，此時(shí)瓶?jì)缺韷毫?。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(shí)瓶?jì)鹊膲毫?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(kāi)，此時(shí)瓶外空氣將因為壓差的關(guān)系往瓶?jì)冗\動(dòng)，直至瓶?jì)鹊膲毫ι仙?3.67 psia。

過(guò)程系統的表壓讀數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(dòng)的，通常上午10點(diǎn)達到峰值、下午4點(diǎn)位于谷值，其差異在赤道地區為顯著(zhù)，因為赤道附近的地球自轉與一天內的溫度波動(dòng)大。除了一天內大氣壓本身的波動(dòng)外，氣溫的因素也會(huì )使其高于或低于平均值。同一地點(diǎn)的大氣壓力在一年之間會(huì )產(chǎn)生0.3psi的上下浮動(dòng)。那些暴風(fēng)雨頻繁、熱帶低氣壓或時(shí)常有龍卷風(fēng)光顧的地區，甚至會(huì )出現極短時(shí)間內大氣壓波動(dòng)很大的現象。

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。倘若要將目標系統控制在一個(gè)僅高于大氣壓0.3 psi的壓力點(diǎn)上，應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定，但這些波動(dòng)并不可視，因為表壓讀數始終為0.3 psig。絕壓控制則呈現穩定的控制，如右下圖所示，盡管大氣壓是波動(dòng)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(dòng)的影響，穩定整個(gè)壓力控制過(guò)程

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

選擇正確的壓力參照標準

上面的例子說(shuō)明了在測量與控制壓力時(shí)選擇正確壓力參照標準的重要性。若要在過(guò)程系統內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值，則選用表壓壓力控制器。當大氣壓力發(fā)生上升或下降波動(dòng)時(shí)，表壓壓力控制器將通過(guò)增加或排除空氣來(lái)維持目標壓力差。如我們所見(jiàn)，那些被控壓力與大氣壓力相差無(wú)幾的應用，采用絕壓壓力控制器效果可能更好。