毫米水柱（mmH₂O）是一種基於液體靜壓力原理的壓力單位，主要用於測量較小的壓力值，尤其在低壓力場景（如通風系統、氣密性檢測或醫療設備）中應用廣泛。以下從定義、原理、換算關係、應用場景及優缺點五個方面詳細解釋：
1. 定義與原理
毫米水柱表示1毫米高度的水柱所產生的靜壓力。根據液體靜力學公式：
[
P = \rho \cdot g \cdot h
]
其中：
(P) 為壓力（帕斯卡，Pa）；
(\rho) 為液體密度（水在4℃時密度為 (1000 \, \text{kg/m}^3)）；
(g) 為重力加速度（(9.81 \, \text{m/s}^2)）；
(h) 為液柱高度（米）。
代入數值計算：
[
P = 1000 \times 9.81 \times 0.001 = 9.81 \, \text{Pa}
]
即 1 mmH₂O ≈ 9.81 Pa（實際中常簡化為 10 Pa）。
2. 換算關係
毫米水柱與其他壓力單位的換算：
1 mmH₂O ≈ 9.81 Pa
（1 帕斯卡 = 1 牛頓/平方米）
1 mmH₂O ≈ 0.00981 kPa
（千帕斯卡，工程常用）
1 mmH₂O ≈ 0.0736 mmHg
（毫米汞柱，醫療領域常用）
1 mmH₂O ≈ 0.00142 psi
（磅力/平方英寸，英制單位）
3. 應用場景
毫米水柱因其直觀性和低量程特性，適用於以下場景：
通風與空調系統：測量管道壓力、空氣過濾器壓差。
氣密性檢測：檢測建築、車輛或設備的微小泄漏。
醫療設備：如呼吸機、血壓計的低壓校準（但現代醫療更常用 mmHg）。
實驗室與工業：需要高精度測量微小壓力變化的場合。
4. 優點與局限性
優點：
直觀性：通過液柱高度直接反映壓力，易於理解。
低成本：測量裝置（如U型管壓力計）結構簡單，成本低。
高精度：適合測量微小壓力（如幾毫米水柱的壓差）。
局限性：
量程有限：僅適用於低壓場景（通常 <1000 mmH₂O）。
環境敏感：溫度變化會影響水的密度，需校準。
非國際標準：國際單位制（SI）中壓力單位為帕斯卡（Pa），毫米水柱需轉換使用。
5. 實際測量方法
U型管壓力計：
將水注入U型管，兩側液面高度差（(h)）直接對應壓力差：
[
\Delta P = \rho \cdot g \cdot h
]
例如，若高度差為 50 mm，則壓力差為 (50 \times 9.81 = 490.5 \, \text{Pa})。
數字壓力傳感器：
現代設備通過傳感器將壓力轉換為電信號，再以毫米水柱為單位顯示，精度更高且免受環境影響。
6. 與其他單位的對比
毫米汞柱（mmHg）：
汞的密度（(13595 \, \text{kg/m}^3)）遠大於水，因此 1 mmHg ≈ 133.3 Pa，是毫米水柱的約13.6倍。
巴（bar）：
1 bar = 100,000 Pa ≈ 10,197 mmH₂O，適用於高壓場景（如液壓系統）。
總結
毫米水柱（mmH₂O）是一種基於水柱高度的低壓單位，通過液體靜壓力原理定義，1 mmH₂O ≈ 9.81 Pa。它適用於微小壓力測量，具有直觀、低成本的優點，但受量程和環境限制。在實際應用中，需根據場景選擇合適的單位，並在需要時進行單位換算（如 Pa、mmHg 或 psi）。