絕對壓力是什麼，又如何影響氣動系統性能？
絕對壓力是從完美真空量起的壓力，表壓則是從當地大氣壓量起的壓力。在氣動工作中，當你計算氣體質量、壓縮機壓比、真空度、空氣密度、限制件流量或海拔影響時，這個差異最重要。對排氣側通大氣的簡單氣缸力量計算來說，表壓通常仍然是正確工作壓力。
在海平面，標準大氣壓約為 14.696 psi、101.325 kPa 或 1.01325 bar（NOAA NDBC）。這表示 80 PSIG 的工廠壓縮空氣主管並不是 80 PSIA，而是約 94.7 PSIA。額外的 14.7 psi 在一般車間壓力錶上看不到，但它仍然是氣體計算的一部分。
重點摘要
- 絕對壓力等於表壓加上當地大氣壓，所以海平面的 80 PSIG 是 94.7 PSIA（NOAA NDBC）。
- 基本氣缸力量用表壓，但氣體定律、壓縮機壓比、真空、海拔和質量流量工作要用絕對壓力。
- 永遠清楚寫出 PSIA、PSIG、bara 或 barg。含糊的「psi」會造成原本可以避免的選型錯誤。
目錄
- 絕對壓力是什麼，和表壓有什麼不同？
- 氣動系統中使用的壓力參考
- 為什麼氣動氣體定律和壓縮機壓比需要絕對壓力？
- 海拔如何改變氣動系統中的絕對壓力？
- 絕對壓力換算檢查
- 哪些錯誤會造成絕對壓力計算失準？
- FAQ
絕對壓力是什麼，和表壓有什麼不同？
絕對壓力是從零壓力量起，表壓則是從當地大氣壓量起。美國能源部在壓縮空氣 sourcebook 的詞彙表中，將絕對壓力定義為從零起算的總壓力（DOE Sourcebook，2022）。用車間語言說，就是 PSIA = PSIG + 當地大氣壓。
避免錯誤最簡單的方法，是在算式開始前先問一個問題：「這個公式是在比較壓力與大氣，還是在比較一個氣體狀態和另一個氣體狀態？」如果是在比較氣體狀態，就使用絕對壓力。如果只是工廠壓縮空氣推動、另一側排氣到大氣的簡單致動器力量，表壓通常就是正確的。
| 參考類型 | 零點 | 常見單位標示 | 典型氣動用途 |
|---|---|---|---|
| 絕對壓力 | 完美真空 | PSIA、bara、kPa absolute | 氣體定律、壓縮機壓比、真空、空氣密度 |
| 表壓 | 當地大氣壓 | PSIG、barg、kPa gauge | 調壓閥設定、氣缸推力、管線壓力 |
| 差壓 | 另一個製程點 | PSID、bar dP、kPa dP | 濾芯壓降、閥壓降、流量量測 |
| 真空錶讀值 | 從當地大氣壓向下量 | inHg vacuum、負 PSIG | 真空吸盤、抽真空、洩漏檢查 |
放到實際機台上會是什麼樣子？在接近海平面的工廠，一個設定為 6 bar 表壓的調壓閥，約等於 7.013 bar 絕對壓力，因為當地大氣壓大約再加 1.013 bar。設定為絕對壓力量測的壓力傳感器會顯示這個完整值；一般氣動壓力錶則只會顯示高於周遭室內空氣的可用壓力。
氣動系統中使用的壓力參考
大多數氣動壓力錶回報的是高於當地大氣壓的壓力，不是氣體總壓力。NOAA 說明，空氣壓力來自某個位置上方空氣的重量，而海平面標準壓力接近 14.7 psi（NOAA NDBC）。也正因為有這個當地參考，PSIG 和 PSIA 絕不能不換算就混用。
安裝在調壓閥上的壓力錶會刻意以室內空氣為參考，因為當另一側排氣到同一個房間時，致動器「感受到」的就是這個差壓。這也是為什麼雙作用氣缸的基本力量公式通常寫成：
力量 = 表壓 x 有效活塞面積
在缸徑側伸出行程，用缸徑面積。在標準活塞桿氣缸的桿側回程行程，要先扣除活塞桿面積。對無桿氣缸來說，可用面積取決於密封帶和活塞設計，因此應使用型錄上的有效面積，而不是只看本體尺寸自己猜。
那絕對壓力什麼時候進場？當計算對象是空氣本身時，它就會進場。需要知道儲氣桶裡有多少空氣質量？用絕對壓力。需要從壓比估算壓縮機排氣溫度？用絕對壓力。需要比較海平面工廠和山區工廠的真空吸盤性能？還是用絕對壓力。
以我們的現場經驗，很多錯誤都從一個沒有標示的數字開始。圖紙寫著「pressure: 6 bar」，供應商把它當成 barg，模擬模型卻把它當成 bara，結果就是安靜地多出或少掉 1 bar 的參考誤差。零件在試機時可能仍然會動，但能耗模型、充填時間估算或真空計算就不可信了。
為什麼氣動氣體定律和壓縮機壓比需要絕對壓力？
氣體方程式要使用絕對壓力，因為它描述的是物理氣體狀態，不是儀表偏移量。NASA Glenn 將理想氣體關係表示為壓力乘以體積等於氣體常數乘以溫度，其中壓力與氣體密度和絕對溫度相關（NASA Glenn）。對氣動系統而言，這表示在使用 PV = nRT 之前，PSIG 必須先換算。
同樣規則也適用於壓縮機壓比：
壓縮比 = 排氣絕對壓力 / 吸氣絕對壓力
在海平面，若壓縮機排氣為 80 PSIG，吸氣為大氣壓，則：
排氣絕對壓力 = 80 + 14.7 = 94.7 PSIA
吸氣絕對壓力 = 14.7 PSIA
壓縮比 = 94.7 / 14.7 = 6.44:1
如果有人用 80 除以 0，或用 80 除以 14.7，這個比值在討論開始前就已經錯了。這不是試算表裡的小細節。壓縮比會影響熱量、分段壓縮、容積效率、儲氣桶恢復時間，以及公布的壓縮機曲線是否適用於這個安裝案。
美國能源部指出，許多工業廠把壓縮空氣視為重要公用系統，壓縮機系統規模從小型 5 hp 機組到超過 50,000 hp 的系統都有（DOE Sourcebook，2022）。在那種規模下，壓力參考錯誤在造成明顯動作故障之前，就可能已經浪費大量能源。
這也會影響流經限制件、閥和孔口的流量。當你為氣動控制系統選閥時，壓比應該使用絕對壓力。如果上游側是 6 barg，上游絕對壓力約為 7.013 bara，而不是 6 bar。
海拔如何改變氣動系統中的絕對壓力？
海拔升高時，大氣壓會下降。NASA 的標準大氣模型顯示，壓力會從海平面的 14.7 psi，降到約 5,000 ft 的 12.2 psi，以及約 10,000 ft 的 10.1 psi（NASA Glenn）。在相同 80 PSIG 表壓設定下，高海拔地點的總絕對壓力會更低。
實務上要分開看。如果氣缸伸出時，排氣側排向同一個當地大氣環境，它的基本推力仍然以表壓為準。假設排氣路徑順暢、背壓很小，80 PSIG 調壓閥仍然在主動活塞面兩側提供 80 psi 的壓差。
絕對壓力影響會出現在其他地方：
- 在相同 PSIG 和容積下，高海拔地區的儲氣桶儲存空氣質量較少。
- 高海拔地區的壓縮機吸氣壓力和密度較低。
- 真空吸盤可用來把工件壓向吸盤的大氣壓較少。
- 流量模型和壓比檢查會改變，因為兩側都必須換成絕對壓力。
- 洩漏率和壓力衰減測試會更容易受當地氣壓變化影響。
這個細節很重要。說「海拔每上升 1,000 ft，氣缸力下降 3%」太籠統。比較站得住腳的說法是：海拔會降低當地大氣壓，進而改變空氣質量、壓縮機吸氣、真空力和壓比等絕對壓力計算；但由表壓調節、排氣通大氣的致動器，其氣缸推力通常仍然用表壓差計算。
對山區工廠來說，請把當地大氣壓寫進設計檔。機器在海平面製造、再安裝到約 5,000 ft 的地點時，也許仍會通過致動器力量檢查，但壓縮機吸氣、真空吸盤、充填時間估算和壓力衰減門檻都應重新檢查。
絕對壓力換算檢查
壓力換算分成兩步：先換算參考基準，再換算單位。標準大氣壓是 101.325 kPa、1.01325 bar 或 14.696 psi（NOAA NDBC）。因此在國際氣動專案中，5 barg 要先變成 6.013 bara，再換算成 psi 或 kPa。
先使用這些公式：
PSIA = PSIG + 當地大氣壓
PSIG = PSIA - 當地大氣壓
絕對壓（bar） = 表壓（bar） + 以 bar 表示的當地大氣壓
表壓（bar） = 絕對壓（bar） - 以 bar 表示的當地大氣壓
真空絕對壓力 = 當地大氣壓 - 真空錶壓力
接著再換算單位：
| 換算 | 係數 |
|---|---|
| psi 轉 kPa | 6.89476 |
| kPa 轉 psi | 0.145038 |
| psi 轉 bar | 0.0689476 |
| bar 轉 psi | 14.5038 |
| inHg 轉 psi | 0.491154 |
| psi 轉 inHg | 2.03602 |
範例計算：
| 已知條件 | 當地大氣壓 | 正確結果 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 80 PSIG | 14.7 PSIA | 94.7 PSIA | 海平面工廠壓縮空氣 |
| 80 PSIG | 12.2 PSIA | 92.2 PSIA | 約 5,000 ft 標準大氣 |
| 5 barg | 1.013 bar | 6.013 bara | 常見歐規標示 |
| 25 inHg vacuum | 14.696 PSIA | 2.42 PSIA | 14.696 - (25 x 0.491154) |
| 600 kPa gauge | 101.325 kPa | 701.325 kPa absolute | 假設標準大氣壓 |
我在設計審查時會用一條簡單規則：如果某個計算包含體積、溫度、密度、質量、壓縮機壓比或真空，同一行裡每個壓力值都必須帶有「a」或「g」後綴。沒有後綴，就不批准。這聽起來有點挑剔，直到一個沒有標示的數字改變了壓縮機選型。
哪些錯誤會造成絕對壓力計算失準？
最常見的錯誤，是在需要絕對壓力的公式裡使用表壓。NIST 列出的低壓壓力計量絕對壓力與差壓校正範圍，從 0.1 Pa 到 360 kPa（NIST）。這種區分之所以存在，是因為壓力參考本身就是量測的一部分，不是格式細節。
錯誤一：在氣體定律中使用 PSIG。如果條件其實是海平面 80 PSIG，卻把 80 放進 PV = nRT，你就忽略了 14.7 psi 的大氣壓。正確輸入是 94.7 PSIA。在一般工廠壓縮空氣範圍內，這個相對誤差並不小。
錯誤二：用表壓計算壓縮機壓比。壓縮機吸入口對大氣開放，並不代表吸氣壓力是零。在海平面，大氣吸氣約為 14.7 PSIA。80 PSIG 的排氣約為 94.7 PSIA，所以壓比是 6.44:1。
錯誤三：把 inHg 真空讀值當成絕對壓力。25 inHg 真空讀值代表低於當地大氣壓 25 英吋汞柱；它不代表 25 PSIA，也不代表負的絕對壓力。在海平面，25 inHg 真空約為 2.42 PSIA。
錯誤四：在供應商文件之間混用 barg 和 bara。當歐洲數據表、北美壓縮機套裝和亞洲機台圖紙放在同一個專案資料夾時，這件事很常見。請在 RFQ 和驗收測試中把壓力參考寫清楚。
錯誤五：在氣體定律計算中直接使用攝氏或華氏。絕對壓力要搭配絕對溫度：公制工作用 Kelvin，英制工作用 Rankine。NASA 的理想氣體方程式把壓力、密度、氣體常數和溫度連在一起，因此壓力和溫度的參考都需要是絕對基準（NASA Glenn）。
在致動器選型中，請把這個差異分清楚。氣缸力量計算通常使用表壓，因為相反側排氣到當地大氣。壓縮機、真空吸盤、儲氣桶儲氣、質量流量模型或洩漏測試，則可能需要絕對壓力。同一套系統，問題不同，壓力參考也不同。
如果專案涉及無桿氣缸、無桿氣動滑台、閥、FRL 空氣處理元件或長距離管路，請在每一份計算表中標明壓力類型。這能避免運動計算、耗氣估算和壓縮機選型模型悄悄偏離彼此。
FAQ
氣動系統中的絕對壓力是什麼？
絕對壓力是從完美真空量起的總壓力。在海平面，80 PSIG 的管線約為 94.7 PSIA，因為標準大氣壓會再加上約 14.7 psi（NOAA NDBC）。當計算涉及氣體質量、密度、壓縮機壓比、真空或溫度時，請使用 PSIA 或 bara。
氣缸力量要用絕對壓力還是表壓計算？
基本氣缸力量通常用表壓計算：力量等於 PSIG 乘以有效活塞面積。這樣成立，是因為排氣側通常排向同一個當地大氣環境。當問題變成空氣質量、儲氣桶儲氣、真空力、壓縮機壓比、流量比或溫度修正時，再使用絕對壓力。
如何把 PSIG 轉換成 PSIA？
把當地大氣壓加到表壓上。海平面時，80 PSIG 加上 14.7 psi 等於 94.7 PSIA。在約 5,000 ft 的標準海拔，當地大氣壓接近 12.2 PSIA（NASA Glenn），所以 80 PSIG 約為 92.2 PSIA。
為什麼壓縮機壓比要用絕對壓力？
壓縮機壓比比較的是排氣端氣體狀態和吸氣端氣體狀態，因此兩個值都必須是絕對壓力。若海平面大氣吸氣、排氣為 80 PSIG，壓比就是 94.7 除以 14.7，也就是 6.44:1。使用表壓會把真實入口壓力藏起來，進而錯估壓縮機功。
海拔如何影響真空吸盤？
真空吸盤依靠大氣壓把工件推向吸盤。接近海平面時，標準大氣壓約為 14.7 PSIA；接近 5,000 ft 時約為 12.2 PSIA（NASA Glenn）。因此相同的真空錶讀值，在高海拔可能產生較小的絕對壓差。
資料來源
- NOAA NDBC: What is air pressure?
- NASA Glenn: Earth Atmosphere Model
- NASA Glenn: Equation of State, Ideal Gas
- U.S. Department of Energy: Improving Compressed Air System Performance, Sourcebook for Industry, Third Edition
- NIST: Pressure/Vacuum Calibrations
- YouTube: Absolute Pressure vs Gauge Pressure - Fluid Mechanics - Physics Problems