計測機器

8種類の圧力計【特徴と用途】

圧力計の種類【特徴と用途】

圧力計とは、圧力を動力とする機械等で、流体、気体、水、蒸気の圧力を測定するための計測器です。

あるシステムにおいて、圧力は特定の圧力範囲内で動作するように設計されてので、圧力を計測することは、システムの性能に影響を与えるような漏れや変化がないことを確認することにもつながります。

許容される圧力範囲から逸脱していると、システムの動作に重大な影響を与える可能性があるからです。

圧力計は100年以上前から使用されていて、新しい用途のニーズに合わせて常に進化を続けています。

ここでは、圧力計の種類や用途について解説していきます。

圧力計の方式

圧力計は、使用される場所によって要求されるサイズ、形態、材質が異なるので、特定の用途に適合するように設計されています。

圧力は、表面の単位面積あたりにかかる垂直方向の力によって決定されますが、この計算にはさまざまな技術や方法が用いられます。

圧力計は、主に静圧式と機械式に分けられます。

静圧式とは、液体が静止しているときに測定点の上にある液体の重さで決まる静圧を測るものです。

マノメーターやピエゾメーターなどは、静圧式に分類されます。

機械式とはバネ等に物理的に力を加えることで圧力を測る方式です。

ベローズ式圧力計、ダイアフラム式圧力計、ブルドン管圧力計などは、機械式に分類されます。

圧力の種類

圧力を考える際には、絶対圧、ゲージ圧、差圧の3つを理解することが重要となります。

絶対圧真空(圧力ゼロ)に対する圧力です。プラスでしか表示されません。
ゲージ圧大気圧に対する相対的な圧力です。ゲージ圧は、大気圧より高い場合はプラス、低い場合はマイナスになります。
差圧2種類の圧力間の差のことです。差圧は、絶対的な基準点を持たずに2点間の圧力差だけを計測します。

3つの圧力の詳細は、以下の記事で解説しています。

圧力計の種類

ここからは圧力計の種類について解説していきます。

ブルドン管圧力計

ブルドン管圧力計とは、圧力計の中にある弾性体の管の一端をソケットにはんだ付けまたは溶接した圧力計です。

圧力が変化すると、チューブがたわみ、そのたわみは圧力に比例して、回転歯車に伝達されて、回転歯車についた針が回転します。

ブルドン管式圧力計は、ガス、蒸気、流体など-0.1MPaから100MPaまでの圧力測定に使用されます。

精度は、チューブのたわみ量の±0.1%~±2.5%くらいです。

材質としては、真鍮、ステンレス、モニッケル合金などが使われます。

ダイヤフラム圧力計

ダイアフラム圧力計は、圧力がかかるとダイアフラムが伸縮して変位することを利用した圧力計です。

機械的な変位を利用して圧力を測るという意味ではブルドン管圧力計と同じ原理で、ブルドン管圧力計がチューブを使っているのに対して、ダイアフラム圧力計はダイアフラムを用いて圧力を測定しているのです。

2枚のフランジの間に挟まれたダイアフラムは、印加された圧力と基準圧力の差を求めるために使用されます。

-0.1MPa~4MPaくらいの気体、蒸気、流体などの高い圧力を測定することができます。

ダイアフラム圧力計は、比較的低レベルの圧力測定で用いられます。

カプセル式圧力計

カプセル式圧力計は、2枚の薄い同心円状の波形のダイアフラムが、その外周を密閉している圧力計です。

片方のダイアフラムには中央に穴が開いていて、圧力計測する媒体が入るようになっています。

圧力がかかると、ダイアフラムは膨張または収縮します。

この形状の変化が回転運動となり、計測面で表示されます。

カプセル式圧力計は、0.06MPa程度の小さな圧力を測定するときに使用され、その精度は±1.6%程度です。

カプセル式圧力計は、主に気体の圧力を測定するために使用されます。

絶対圧計

絶対圧計は、大気圧の変動に影響されずに圧力を測定するために使用される圧力計です。

圧力を受けない測定素子側には、基準となる真空部分が取り付けられており、変動のないゼロ圧力となります。

ダイアフラムが媒体側と真空室を隔てていて、圧力が上昇すると真空室内側に変形するので、その変形と変化を圧力値に変換します。

絶対圧計は他の圧力計と異なり、高度変化の影響を受けないため、航空分野、空調システム、蒸留プロセスなどに適しています。

差圧計

差圧計は、圧力の変化に応じて前後に動くエレメントで仕切られた2つの部屋の圧力の差を測定するものです。

エレメントの動きによって、ゲージ表面の指針が動いたり、デジタル表示が変わったりします。

圧力計のポートの一方は高い側に、もう一方は低い側に設置されます。

2点間の圧力差だけが問題となるような場面で、簡易的に圧力を計測できるのが特徴です。

ベローズ圧力計

ベローズ圧力計は、薄肉で弾力性のある金属をアコーディオンのような形につなげた管(ベローズ)作られた圧力計です。

圧力が加わると、自由端のベローズが膨張し、その変位を針やデジタル表示が示します。

ベローズ圧力計は、非常に感度が高く、低圧用途でよく使用されます。

マノメーター

マノメーターは、1本の液柱と2本の液柱のバランスをとることで、流体にかかる圧力を測定するもので、圧力計の中でも最も単純なタイプです。

マノメーターは、U字型の透明な管の中に水銀のような流体を部分的に充填されていて。その流体の変位によって圧力を読み取ります。

管の一端は圧力を測定する場所に接続され、もう一端は大気に開放された場所に接続されます。

ピエゾメーター

ピエゾメーターは、液体の中でも、中程度の圧力領域を測定するためのマノメーターの一種で、両端が開口した単純なガラス管によって構成された圧力計です。

一端は流体の圧力を測定する配管に接続し(管内の液体が管内を上昇するように垂直に取りつけます)、もう一端は大気に開放しておきます。

圧力測定値は、管内の液体の高さによって示されます。

まとめ

圧力計の種類や用途のまとめでした。

この記事が、圧力計の理解を深めるのに役立つようなら幸いです。