ゲージ圧力の読み値に現地の大気圧を加えます。 psigで示された圧力計の読み値の場合、対応する絶対圧力は (P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}}) として計算され、psia単位の結果になります。精度が重要な場合は、パイロットプラントの実際の大気圧を使用してください。14.696 psi、101.325 kPa、または760 mmHgは海面上の標準値にすぎません。

気体の法則および熱力学計算には、ゲージ圧力ではなく絶対圧力が必要です。すべてのゲージ圧力の読み値を測定場所の大気圧を用いて換算し、計算全体を通じて圧力単位を統一してください。

絶対圧力が必要な理由

ゲージ圧力は大気圧をゼロ基準とする

ゲージ圧力は、周囲の大気圧を基準として測定されます。

[ P_{\mathrm{gauge}} = P_{\mathrm{abs}} - P_{\mathrm{atm}} ]

圧力計の読み値がゼロであっても、容器が空または真空であることを意味しません。容器内圧力が現地の大気圧とおおよそ等しいことを意味します。

絶対圧力は完全真空をゼロ基準とする

絶対圧力は、圧力ゼロ、つまり完全真空を基準に測定されます。

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}} ]

これは理想気体の法則で必要となる圧力スケールです。

[ PV = nRT ]

この式にゲージ圧力を使用すると、大気圧をゼロとして扱うことになり、気体体積、モル量、流量に大きな誤差が生じる可能性があります。

換算方法

同じ単位で圧力を換算する

大気圧は、ゲージ圧力の読み値と同じ単位で表す必要があります。

psi単位のゲージ圧力の場合：

[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})

P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + P_{\mathrm{atm}};(\mathrm{psi}) ]

標準大気圧を使用する場合：

[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})

P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + 14.696 ]

工学計算では、測定不確かさがこれらの値の差より大きい場合、14.70 psiで十分なことがよくあります。

例：正のゲージ圧力

パイロットプラントの圧力計が25 psigを示し、現地の大気圧が14.70 psiだとします。

[ P_{\mathrm{abs}} = 25 + 14.70 = 39.70\ \mathrm{psia} ]

したがって、気体の法則の計算には25 psigではなく39.70 psiaを使用します。

例：SI単位

トランスデューサーが200 kPaゲージを示し、現地の大気圧が101.3 kPaの場合：

[ P_{\mathrm{abs}} = 200 + 101.3 = 301.3\ \mathrm{kPa(abs)} ]

結果は301.3 kPa絶対圧と表記することもできますが、データ記録には圧力の基準を明確に記載してください。

真空の読み値の扱い

負のゲージ圧力

圧力計またはトランスデューサーは、真空を負のゲージ圧力として示すことがあります。たとえば、大気圧が101.3 kPaのとき、読み値が(-30) kPaゲージであれば、次のようになります。

[ P_{\mathrm{abs}} = -30 + 101.3 = 71.3\ \mathrm{kPa(abs)} ]

換算時には負号を保持する必要があります。

真空スケールの読み値

一部の真空計器は、負のゲージ圧力ではなく、真空の大きさを正の数で表示します。この場合：

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{atm}} - P_{\mathrm{vacuum}} ]

真空の読み値が10 inHgの場合、差し引く前に大気圧を互換性のある単位に換算する必要があります。

真空の読み値が大気圧と等しい場合、絶対圧力はおよそゼロに相当しますが、実際のシステムで完全真空に到達することはできません。

現地の大気圧が重要な理由

大気圧は場所によって変化する

14.696 psiまたは101.325 kPaという値は、海面上における標準大気圧を表します。実際の圧力は標高や天候によって変化するため、精密な計算または校正品質のデータが必要な場合は、現地の気圧を使用してください。

したがって、関係式は次のようになります。

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm,local}} ]

圧力の基準を記録する

パイロットプラントのデータには、各圧力値が次のいずれであるかを明示する必要があります。

psigまたはkPag：ゲージ圧力
psiaまたはkPa absolute：絶対圧力
inHg vacuumまたはkPa vacuum：真空の大きさ

「100 kPa」のような値は、基準が明記されていなければ不完全です。

気体物性への換算の適用

理想気体計算

運転条件で測定された気体体積の場合：

[ n = \frac{P_{\mathrm{abs}}V}{RT} ]

圧力は絶対圧力でなければならず、温度はケルビン単位の絶対温度でなければなりません。体積、圧力、または温度が異なる基準条件で報告されている場合は、3つすべての変数を考慮して換算する必要があります。

一定量の気体の場合：

[ \frac{P_1V_1}{T_1}

\frac{P_2V_2}{T_2} ]

(P_1)と(P_2)はいずれも絶対圧力でなければなりません。

標準条件または基準条件

気体量は、標準条件または指定された基準条件へ換算されることがよくあります。一般的に使用される標準条件の一つは0°C、1 atmであり、この場合の理想気体のモル体積は約22.414 L/g-molです。

組織によって基準温度や圧力の定義が異なる場合があるため、計算では選択した標準条件を明記してください。

流量と物質収支

気体の体積流量は、圧力と温度によって変化します。測定した運転流量を基準条件へ換算するには、たとえば次のように絶対圧力の比を使用します。

[ Q_2 = Q_1 \left(\frac{P_1}{P_2}\right) \left(\frac{T_2}{T_1}\right) ]

ここで、両方の圧力値は絶対圧力であり、両方の温度はケルビン単位です。この比にゲージ圧力を使用すると、報告される標準流量や、それに基づく物質収支が歪む可能性があります。

トレードオフの理解

標準大気圧は近似値である

14.70 psiを加える方法は便利ですが、標準大気圧を仮定しています。その結果生じる誤差は、教育目的の計算や低精度のプロセス推定では許容できる場合がありますが、校正、装置試験、または高精度な気体収支では許容できない可能性があります。

不確かさが重要な場合は、校正済みの気圧計または記録された現地大気圧を使用してください。

計器の基準が異なる場合がある

ほとんどのブルドン管圧力計はゲージ圧力を表示しますが、一部のトランスミッターや分析機器は絶対圧力を報告します。すでに絶対圧力である読み値に大気圧を加えると、系統誤差が生じます。

換算を適用する前に、計器のデータシート、校正記録、または表示単位を確認してください。

センサーの位置が解釈に影響する場合がある

圧力測定値は、装置内の別の位置の圧力ではなく、センサーの取り出し口における圧力を示している場合があります。液体系では、高低差や静水圧ヘッドも影響する可能性があります。

[ P = P_0 + \rho gh ]

この違いは、圧力損失、塔の運転、容器圧力、または差圧測定を解釈する際に重要です。

目的に応じた適切な選択

すべての計算およびデータ記録で、圧力の基準を意識して使用してください。

主な目的が理想気体計算または熱力学計算の場合：理想気体の法則、蒸気圧相関式、または気液平衡モデルを使用する前に、ゲージ圧力を絶対圧力へ換算してください。
主な目的が気体流量および物質収支の場合：体積流量を換算する際に、現地の大気圧、運転時の絶対圧力、および基準条件の絶対圧力を使用してください。
主な目的が真空運転の場合：負のゲージ圧力または真空の大きさを正しく扱い、得られた絶対圧力が物理的に意味のある値であることを確認してください。
主な目的がパイロットプラントの安全および制御の場合：運転限界、警報設定、または安全弁仕様と比較する前に、各計器がゲージ圧力または絶対圧力のどちらを報告しているかを確認してください。

信頼性の高い気体物性計算は、圧力の基準を特定し、熱力学的関係式を適用する前にゲージ圧力の読み値を絶対圧力へ換算することから始まります。

まとめ表：

項目	主な指針
基本換算	絶対圧力 = ゲージ圧力 + 現地の大気圧
正のゲージ圧力	25 psig + 14.70 psi = 39.70 psia
SI単位の例	200 kPa(g) + 101.3 kPa = 301.3 kPa(abs)
真空の読み値	負のゲージ圧力は大気圧に加え、真空の大きさは差し引く
気体計算	気体の法則および流量換算では、絶対圧力とケルビン温度を使用する
精度	校正、試験、精密な収支には、測定した現地の気圧を使用する
データ記録	psig、psia、kPag、kPa(abs)、または真空単位を明確に表示する

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