絶対圧は完全真空を基準に測る圧力で、ゲージ圧は現地の大気圧を基準に測る圧力です。空圧では、ガス質量、コンプレッサ比、真空レベル、空気密度、絞り通過、または高度の影響を計算するときに、この区別が重要になります。排気側が大気開放された単純なシリンダ推力では、通常はゲージ圧が適切な作動圧力です。
海面では、標準大気圧は約 14.696 psi、101.325 kPa、または 1.01325 bar です (NOAA NDBC）。つまり、80 PSIG の工場エアヘッダーは 80 PSIA ではなく、約 94.7 PSIA です。この追加の 14.7 psi は通常の現場ゲージには表示されませんが、ガス計算では必ず含まれます。
重要なポイント
- 絶対圧はゲージ圧に現地の大気圧を加えたものなので、海面での 80 PSIG は 94.7 PSIA になります (NOAA NDBC）。
- 基本的なシリンダ推力にはゲージ圧を使いますが、気体法則、コンプレッサ比、真空度、高度、質量流量には絶対圧を使います。
- 常に PSIA、PSIG、bara、または barg と書きます。あいまいな「psi」は、回避可能なサイズ設定エラーの原因となります。
目次
- 絶対圧とは何ですか？ゲージ圧との違い
- 空圧システムで使用される圧力基準
- 空圧の気体法則とコンプレッサ比に絶対圧が必要な理由
- 高度による空圧システムの絶対圧変化
- 絶対圧換算チェック
- 絶対圧計算エラーはどのような間違いによって引き起こされるのでしょうか？
- よくある質問
絶対圧とは何ですか？ゲージ圧との違い
絶対圧はゼロ圧力を基準に測定され、ゲージ圧は現地の大気圧を基準に測定されます。米国エネルギー省は、圧縮空気ソースブックの用語集で、絶対圧をゼロから測定した全圧力として定義しています (DOE ソースブック、2022）。現場の表現では、PSIA = PSIG + 現地の大気圧です。
間違いを避ける最も簡単な方法は、計算前に 1 つ質問することです。「この式は圧力を大気と比較しているのか、それとも気体状態同士を比較しているのか」。気体状態を比較するなら絶対圧を使います。排気側が大気開放されたアクチュエータ推力を計算するだけなら、通常はゲージ圧で十分です。
| 基準 | ゼロ点 | 一般的な単位ラベル | 空圧での主な用途 |
|---|---|---|---|
| 絶対圧 | 完全真空 | PSIA、bara、kPa abs | 気体法則、コンプレッサ比、真空、空気密度 |
| ゲージ圧 | 現地大気 | PSIG、barg、kPa gauge | レギュレータ設定、シリンダ推力、ライン圧 |
| 差圧 | 別のプロセスポイント | PSID、bar dP、kPa dP | フィルタ圧損、バルブ圧損、流量測定 |
| 真空計指示値 | 現地大気から下方向 | inHg vacuum、負の PSIG | 真空カップ、真空引き、漏れチェック |
機械側から見るとどうなるでしょうか。海面近くの工場でレギュレータを 6 barg に設定した場合、絶対圧は約 7.013 bar です。現地大気が約 1.013 bar 加わるためです。絶対圧用の圧力トランスデューサはその総圧を表示します。通常の空圧ゲージは、周囲大気よりどれだけ高いかを表示します。
空圧システムで使用される圧力基準
ほとんどの空圧ゲージは、ガスの総圧ではなく、現地大気を上回る圧力を表示します。NOAA は、気圧はその場所の上空にある空気の重さで決まり、海面の標準気圧は約 14.7 psi だと説明しています (NOAA NDBC）。この現地基準があるため、PSIG と PSIA は変換せずに混在させてはいけません。
レギュレータに取り付けられたゲージは、意図的に部屋を基準としています。これは、反対側が同じ部屋に排気するときにアクチュエータが「感じる」ものだからです。そのため、複動シリンダの基本的な力の方程式は通常次のようになります。
力 = ゲージ圧 x 有効ピストン面積
ボア側の伸長ストロークではボア面積を使います。標準ロッドシリンダのロッド側引込ストロークではロッド面積を差し引きます。ロッドレスシリンダでは、有効面積がシールバンドとピストン設計で変わるため、本体サイズだけで推測せず、カタログの有効面積を使ってください。
絶対圧はどこで必要になるのでしょうか。空気そのものを計算対象にするときです。レシーバ内の空気質量を知りたい場合は絶対圧を使います。圧力比からコンプレッサ吐出温度を推定する場合も絶対圧を使います。海面の工場と山岳地の真空カップ性能を比較する場合も、絶対圧が必要です。
私たちの経験では、現場エラーの多くはラベルのない数値から始まります。図面に「圧力: 6 bar」とだけ書かれていると、サプライヤーは barg と読み、シミュレーションモデルは bara と読むことがあります。その結果、1 bar の基準誤差が静かに入り込みます。試運転で部品が動いても、エネルギーモデル、充填時間推定、真空計算は信頼できません。
空圧の気体法則とコンプレッサ比に絶対圧が必要な理由
気体方程式では、機器のオフセットではなく物理的な気体の状態を説明するため、絶対圧が使用されます。 NASA グレンは、圧力と体積が気体定数と温度を掛けたものに等しいという理想的な気体の関係を示し、圧力は気体の密度と絶対温度に関係します (NASA グレン）。空圧の場合、PV = nRT を使用する前に PSIG を変換する必要があることを意味します。
同じルールがコンプレッサの圧力比にも適用されます。
圧縮比 = 吐出絶対圧 / 吸込絶対圧
海面では、大気吸引で 80 PSIG まで吐出するコンプレッサは次の特性を備えています。
吐出絶対圧 = 80 + 14.7 = 94.7 PSIA
吸込絶対圧 = 14.7 PSIA
圧縮比 = 94.7 / 14.7 = 6.44:1
誰かが 80 を 0、または 80 を 14.7 で割った場合、議論が始まる前からその比率は間違っています。これはスプレッドシートの小さな詳細ではありません。コンプレッサ比は、熱、ステージング、体積効率、レシーバ回収率、および公開されているコンプレッサ曲線が設備に適用されるかどうかに影響します。
エネルギー省は、多くの産業プラントが圧縮空気を重要なユーティリティとして扱っており、5 馬力の小型ユニットから 50,000 馬力を超えるシステムまでのコンプレッサ システムを備えていると指摘しています (DOE ソースブック、2022）。そのスケールでは、圧力基準の間違いは、目に見える動作の障害を引き起こすずっと前にエネルギーを浪費する可能性があります。
これは、絞り、バルブ、オリフィスを通過する流れにも影響します。バルブのサイズを調整する場合、 空圧制御システム、圧力比は絶対圧を使用する必要があります。上流側が 6 barg の場合、上流側の絶対圧は 6 bar ではなく、約 7.013 bara になります。
高度によって空圧システムの絶対圧はどのように変化しますか？
標高が上がると気圧は下がります。 NASA の標準大気モデルでは、圧力が海面で 14.7 psi から 5,000 フィート付近で約 12.2 psi、10,000 フィート付近で約 10.1 psi に低下することが示されています (NASA グレン）。同じ 80 PSIG ゲージ設定では、高度での総絶対圧は低くなります。
ここで実務上の切り分けが必要です。シリンダの排気側が同じ現地大気に開放されている場合、基本推力はゲージ圧に基づきます。80 PSIG のレギュレータは、排気経路が開いていて背圧が小さいなら、有効ピストン面積全体に 80 psi の圧力差を与えます。
絶対圧の効果は他の場所にも現れます。
- 高度にある受信機は、同じ PSIG と体積でより少ない空気質量を蓄積します。
- 高地にあるコンプレッサは吸入圧力と密度が低くなります。
- 真空カップでは、ワークピースをカップに押し付けるために利用できる大気圧が低くなります。
- 両側が絶対的である必要があるため、流れモデルと圧力比チェックが変化します。
- リーク率および圧力減衰テストは、局所的な気圧の変化に対してより敏感になります。
そのニュアンスが重要です。 「高度によってシリンダの力が 1,000 フィートごとに 3% 減少する」というのは広範すぎます。より擁護可能な声明は、高度が現地の大気圧を低下させるため、空気質量、コンプレッサ吸入量、真空力、および圧力比の絶対圧の計算が変化するというものです。ゲージ制御のベント付きアクチュエータからのシリンダ推力は、通常はゲージ差圧から計算されます。
山岳施設の場合は、設計ファイルに現地の大気圧を記録します。海抜ゼロメートルで製造され、約 5,000 フィートに設置された機械は、アクチュエータの力のチェックに合格する可能性がありますが、コンプレッサの吸気口、真空カップ、充填時間の推定値、および圧力減衰しきい値を見直す必要があります。
絶対圧換算チェック
圧力変換は 2 段階のプロセスです: 基準を変換し、次に単位を変換します。標準大気は 101.325 kPa、1.01325 bar、または 14.696 psi (NOAA NDBC）。国際的な空圧プロジェクトの場合、これは、psi または kPa に変換する前の 5 barg が 6.013 bara であることを意味します。
最初に次の式を使用します。
PSIA = PSIG + 現地大気圧
PSIG = PSIA - 現地大気圧
絶対圧（bar） = ゲージ圧（bar） + 現地大気圧（bar）
ゲージ圧（bar） = 絶対圧（bar） - 現地大気圧（bar）
絶対真空圧 = 現地大気圧 - 真空計圧力
次に、単位を変換します。
| 変換 | 要素 |
|---|---|
| psi から kPa | 6.89476 |
| kPa から psi | 0.145038 |
| psiからバールまで | 0.0689476 |
| バールからpsi | 14.5038 |
| inHg から psi | 0.491154 |
| psi から inHg | 2.03602 |
実際に動作した例:
| 与えられた値 | 現地大気圧 | 正しい結果 | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| 80 PSIG | 14.7 PSIA | 94.7 PSIA | 海面の工場エア |
| 80 PSIG | 12.2 PSIA | 92.2 PSIA | 約 5,000 フィートの標準大気 |
| 5 barg | 1.013 bar | 6.013 bara | 欧州で一般的な表記 |
| 25 inHg 真空 | 14.696 PSIA | 2.42 PSIA | 14.696 - (25 x 0.491154) |
| 600 kPa gauge | 101.325 kPa | 701.325 kPa absolute | 標準大気の仮定 |
私は設計チェックで単純なレビュー規則を使います。計算に体積、温度、密度、質量、コンプレッサ比、または真空が含まれる場合、その行のすべての圧力値に「a」または「g」の接尾辞を付けます。接尾辞がなければ承認しません。面倒に見えますが、ラベルのない 1 つの値だけでコンプレッサ選定が変わることがあります。
絶対圧計算エラーを引き起こす典型的な間違い
最も一般的なエラーは、絶対圧を必要とする数式内でゲージ圧を使用することです。 NIST は、低圧圧力測定の絶対圧および差圧校正範囲を 0.1 Pa ～ 360 kPa とリストしています (NIST）。この違いが存在するのは、圧力基準が測定の一部であり、フォーマットの詳細ではないためです。
間違い 1: 気体法則で PSIG を使うことです。実際の条件が海面で 80 PSIG なのに PV = nRT に 80 を入力すると、14.7 psi の大気圧を無視することになります。修正後の入力は 94.7 PSIA です。圧力が通常の工場エア範囲に近い場合、相対誤差は小さくありません。
間違い 2: コンプレッサ比にゲージ圧を使うことです。入口が大気開放されているからといって、コンプレッサ吸入圧がゼロになるわけではありません。海面では吸入側の大気圧が約 14.7 PSIA あります。80 PSIG の吐出は約 94.7 PSIA なので、比率は 6.44:1 になります。
間違い 3: 真空インチを絶対圧として扱う。 25 inHg の真空度は、その地域の大気より 25 インチ水銀柱低いことを意味します。これは 25 PSIA を意味するものではなく、負の絶対圧を意味するものでもありません。海面では、25 inHg の真空度は約 2.42 PSIA です。
間違い 4: サプライヤー文書間で barg と bara を混同することです。欧州のデータシート、北米のコンプレッサパッケージ、アジアの機械図面が同じプロジェクトフォルダにある場合によく起こります。RFQ と受入試験では、圧力基準を明記してください。
間違い 5: 気体法則の計算で摂氏または華氏を直接使うことです。絶対圧は絶対温度と組み合わせます。メートル系ではケルビン、インチポンド系ではランキンを使います。NASA の理想気体方程式は、圧力、密度、気体定数、温度を関連付けるため、圧力と温度の基準はどちらも絶対基準でなければなりません (NASA グレン）。
アクチュエータのサイズを決める場合は、この区別を明確にしてください。空圧シリンダ力の計算では、反対側が現地大気へ排気されるため、通常はゲージ圧を使います。コンプレッサ、真空カップ、レシーバ貯蔵量、マスフローモデル、リークテストでは絶対圧が必要な場合があります。同じシステムでも、質問が違います。
ロッドレス空圧シリンダ、ロッドレスエアスライド、バルブ、FRL ユニット、長い配管が関わるプロジェクトでは、すべての計算シートに圧力タイプを記録します。これにより、動作計算、空気消費量の推定、コンプレッササイジングモデルが静かにずれるのを防げます。
よくある質問
空圧における絶対圧とは何ですか？
絶対圧は、完全真空を基準に測定される全圧力です。海面では標準大気が約 14.7 psi 加わるため、80 PSIG のラインは約 94.7 PSIA になります (NOAA NDBC）。計算にガス質量、密度、コンプレッサ比、真空、温度が含まれる場合は、PSIA または bara を使います。
空圧シリンダの力は絶対圧で計算されますか？それともゲージ圧で計算されますか？
基本的な空圧シリンダ推力は通常、ゲージ圧で計算します。力は PSIG と有効ピストン面積の積になります。これは排気側が通常、同じ現地大気へ排出されるためです。質問が空気質量、レシーバ貯蔵量、真空力、コンプレッサ比、流量比、温度補正に変わる場合は、絶対圧を使います。
PSIG を PSIA に変換するにはどうすればよいですか？
ゲージ圧に現地の大気圧を足します。海面では、80 PSIG に 14.7 psi を足すと 94.7 PSIA になります。標準高度約 5,000 フィートでは現地大気が約 12.2 PSIA なので、80 PSIG は約 92.2 PSIA です (NASA グレン）。
コンプレッサの圧力比に絶対圧を使用するのはなぜですか？
コンプレッサの圧力比は吐出時と吸入時のガス状態を比較するため、両方を絶対圧で扱う必要があります。海面大気吸引で 80 PSIG 吐出の場合、比率は 94.7 ÷ 14.7、つまり 6.44:1 です。ゲージ圧を使うと、実際の入口圧力が隠れ、コンプレッサ動作を誤って評価します。
高度は真空カップにどのような影響を与えますか？
真空カップは、部品をカップに押し付ける大気圧に依存します。海面付近では、標準大気は約 14.7 PSIA です。 5,000 フィート付近では約 12.2 PSIA (NASA グレン）。したがって、同じゲージ真空でも、高度での絶対的な圧力差は小さくなります。