為什么微壓測量的儀表經常采用差壓的形式？

微壓通常指50kPa以下的表壓壓力，在實踐中人們常常選用差壓變送器來對這么小的壓力進行測量。為什么一定要用差壓呢？

圖表 1一種差壓變送器的外觀結構，其中H端為高壓端入口，L端為低壓端入口

先說結論：其實所有表壓測量都是相較于環境大氣壓的差壓測量，采用差壓形式測量微壓更便于環境壓力的引入。此外，如果放棄差壓而采取密封壓的形式測量微壓，環境溫度的變化將會帶來很大的誤差。

首先需要明確的是，所有表壓的測量過程其實就是和測量環境大氣壓對比的差壓測量過程，即邏輯上測表壓和測差壓沒有本質區別。具體到實際的表壓測量儀表中，無論是機械式的壓力表還是電子式的壓力變送器，其核心測量原理都是某種感壓材料受壓后發生某種變化（比如形狀改變或者電阻、電容值改變），人們通過量化這種變化的大小來量化被測壓力大小。感壓材料的一面直連被測系統壓力，另一面如果連通環境大氣壓，那么測出的壓力就是表壓；如果另一面被抽真空并密封住，那么測量出的壓力就是絕壓。

圖表 2表壓、絕壓及差壓的測量原理

于是我們的問題就得到了初步的解答：不僅僅是微壓測量的儀表要采用差壓的形式，而是本質上所有的表壓測量儀表都采用了差壓的原理，而所謂的壓力表（壓力變送器）和差壓表（差壓變送器）在外觀上的區別無非就是是否存在第二個引壓接口罷了。在實踐過程中同樣存在長得跟普通壓力變送器一樣的微壓變送器，它的電纜線中會存在一根空管，用于引入被測環境的大氣壓力。甚至可以說，采用差壓形式測量微壓，本質上只是對環境壓力的一種“強調”。

圖表 3壓力變送器電纜中的紅色空心管即是用來引入環境壓力的

我們可以進一步提出疑問，為什么不能在壓力傳感器內部密封住一個標準大氣壓作為參考呢？這樣就避免了額外引壓管的存在，同時操作也非常簡單，只需要將感壓元件的另一面用膠或者焊接等方式封死就行。

圖表 4密封壓（S）的測量過程

然而，這個方案成立的條件是要維持環境溫度的穩定。我們都知道密閉空間中的氣體壓力和溫度有關，溫度升高壓力也會增大。假設我們在25℃（298.15K）時在壓力變送器內密封了100kPa的氣體，那么當環境溫度升高了1℃（1K）后，這部分氣體的壓力會升高多少呢？

即升高溫度1℃會在感壓元件的另一側額外帶來0.335kPa，也就是355Pa的壓力升高。注意，溫度升高帶來的額外壓力是一個絕對值，而不是一個百分比。當我們的待測壓力大約為50kPa的微壓時，355Pa帶來的誤差大小為0.67%；而如果我們的待測壓力只有500Pa的微壓，那么355Pa帶來的誤差大小則達到了驚人的71%，顯然這是不能接受的。