圧力測定

圧力を測定するために多くの機器が発明されましたが、さまざまな長所と短所があります。圧力範囲、感度、動的応答、およびコストはすべて、機器の設計ごとに数桁異なります。最も古いタイプは、1643年にエヴァンジェリスタトリチェッリによって発明された液柱（水銀で満たされた垂直管）真空計です。Uチューブは1661年にクリスチャンホイゲンスによって発明されました。

HydrostaticEdit

静水圧計（水銀柱マノメーターなど）は、圧力を液柱の基部の単位面積あたりの静水圧と比較します。静水圧ゲージの測定値は、測定するガスの種類に依存せず、非常に直線的な校正を行うように設計できます。動的応答が悪い。

PistonEdit

ピストンタイプのゲージは、液体の圧力をスプリング（たとえば、比較的精度の低いタイヤ圧力ゲージ）または固体重量と釣り合わせます。 、この場合、それは自重テスターとして知られており、他のゲージの校正に使用できます。

液柱（真空計）編集

液柱ゲージは次のカラムで構成されます。両端が異なる圧力にさらされているチューブ内の液体。カラムは、その重量（重力によって加えられる力）がチューブの両端間の圧力差（流体圧力によって加えられる力）と平衡になるまで上昇または下降します。非常に単純なバージョンは、液体で半分満たされたU字型のチューブで、一方の側が対象領域に接続され、もう一方の側に基準圧力（大気圧または真空の場合があります）が適用されます。液面の違いは、加えられた圧力を表します。高さhおよび密度ρの流体の柱によって加えられる圧力は、静水圧方程式P =hgρによって与えられます。したがって、U字管真空計の印加圧力Paと基準圧力P0の圧力差は、Pa − P0 =hgρを解くことで求めることができます。言い換えると、液体の両端の圧力（図に青色で示されている）は（液体が静的であるため）バランスが取れている必要があるため、Pa = P0 +hgρです。

ほとんどの液体では-カラム測定の場合、測定結果は高さhであり、通常はmm、cm、またはインチで表されます。 hは圧力ヘッドとしても知られています。圧力ヘッドとして表す場合、圧力は長さの単位で指定され、測定流体を指定する必要があります。液体の密度は温度の関数であるため、精度が重要な場合は、測定流体の温度も同様に指定する必要があります。したがって、たとえば、圧力ヘッドは、水銀柱または水を圧力測定流体として使用して測定した場合、それぞれ「742.2mmHg」または「4.2inH2Oat59°F」と表記される場合があります。大気圧より高い圧力と低い圧力を区別するために、このような測定値に「ゲージ」または「真空」という単語を追加することができます。水銀のmmと水のインチの両方が一般的な圧力ヘッドであり、単位変換と上記の式を使用して圧力のSI単位に変換できます。

測定される流体が非常に密度が高い場合、静水圧補正には真空計の作動流体の移動面と圧力測定が必要な場所との間の高さについて作成する必要があります。ただし、流体の差圧を測定する場合（たとえば、オリフィスプレートまたはベンチュリ全体）の場合は、密度ρは、測定する流体の密度を差し引くことによって補正する必要があります。

任意の流体を使用できますが、密度が高く（13.534 g / cm3）、蒸気圧が低いため、水銀が推奨されます。その凸状のメニスカスは、ガラスを濡らすことによる圧力エラーがないことを意味するので有利ですが、非常にきれいな状況では、水銀がガラスに付着し、気圧計がスタックする可能性があります（水銀は負の絶対圧力を維持できます）強い真空。圧力差が小さい場合は、軽油または水が一般的に使用されます（後者は、水柱インチやH2Oミリメートルなどの測定単位を生成します）。液柱圧力計は、高度に線形な校正を備えています。カラム内の流体が圧力変化にゆっくりと反応する可能性があるため、動的応答が不十分です。

真空を測定する場合、蒸気圧が高すぎると、作動液が蒸発して真空を汚染する可能性があります。液圧を測定する場合、ガスまたは軽い流体で満たされたループは液体を隔離して混合を防ぐことができますが、たとえば、水銀を圧力計の流体として使用して次のような流体の差圧を測定する場合、これは不要です。水。単純な静水圧ゲージは、数トル（数100 Pa）から数気圧（約1000000 Pa）の範囲の圧力を測定できます。

シングルリム液柱式真空計は、U字管の片側ではなく大きなリザーバーを備え、狭い柱の横に目盛りがあります。カラムは、液体の動きをさらに増幅するように傾けることができます。用途と構造に基づいて、次のタイプのマノメーターが使用されます

1. シンプルマノメーター
2. マイクロマノメーター
3. 差動マノメーター
4. 反転微分圧力計

マクラウドゲージ編集

マクラウドゲージは、ガスのサンプルを分離し、圧力が水銀の数ミリメートルになるまで、修正された水銀圧力計でそれを圧縮します。この手法は非常に遅く、継続的な監視には適していませんが、精度は高くなります。他の真空計ゲージとは異なり、マクラウドゲージの読み取り値はガスの組成に依存します。これは、解釈が理想気体としてのサンプルの圧縮に依存しているためです。圧縮プロセスにより、マクラウドゲージは、ポンプオイル、水銀、さらには十分に圧縮されている場合は水など、凝縮する理想的でない蒸気からの部分圧力を完全に無視します。

有用な範囲：約10〜4 Torr（約10-2 Pa）から10-6 Torr（0.1 mPa）までの真空、

0.1 mPaは、現在の技術で可能な最低の直接測定圧力です。他の真空計はより低い圧力を測定できますが、他の圧力依存特性の測定によって間接的にのみ測定できます。これらの間接測定は、直接測定、最も一般的にはマクラウドゲージによってSI単位に校正する必要があります。

AneroidEdit

アネロイドゲージは、下で弾性的に屈曲する金属製の圧力検出要素に基づいています。要素全体の圧力差の影響。 「アネロイド」は「流体なし」を意味し、この用語は元々、これらのゲージを上記の静水圧ゲージと区別していました。ただし、アネロイドゲージは、気体だけでなく液体の圧力も測定するために使用でき、流体なしで動作できるゲージのタイプはアネロイドゲージだけではありません。このため、現代語では機械式ゲージと呼ばれることがよくあります。アネロイドゲージは、熱ゲージやイオン化ゲージとは異なり、測定するガスの種類に依存せず、静水圧ゲージよりもシステムを汚染する可能性が低くなります。圧力感知要素は、ブルドン管、ダイヤフラム、カプセル、またはベローズのセットであり得、これらは、問題の領域の圧力に応答して形状を変化させる。圧力感知要素のたわみは、針に接続されたリンケージによって読み取ることができ、または二次トランスデューサによって読み取ることができる。最新の真空計で最も一般的な二次トランスデューサは、機械的たわみによる静電容量の変化を測定します。静電容量の変化に依存するゲージは、静電容量マノメーターと呼ばれることがよくあります。

ブルドンゲージ編集

ブルドン圧力計は、平らなチューブが加圧されると、断面が真っ直ぐになるか、円形に戻る傾向があるという原則を使用しています。この断面の変化はほとんど目立たない場合があり、簡単に加工できる材料の弾性範囲内で中程度の応力が発生します。チューブをC字型またはらせん状に形成することにより、チューブの材料のひずみが拡大され、チューブ全体が加圧されると真っ直ぐになるか、弾性的にほどける傾向があります。 EugèneBourdonは1849年にフランスで彼のゲージの特許を取得し、その優れた感度、直線性、精度のために広く採用されました。エドワードアシュクロフトは1852年にブルドンのアメリカ特許権を購入し、ゲージの主要メーカーになりました。また1849年、ドイツのマグデブルクにあるバーナードシェーファーは、成功したダイアフラム（下記参照）圧力計の特許を取得しました。しかし、ブルドンの特許が失効した後の1875年に、彼の会社であるシェーファーとブデンバーグもブルドンのチューブゲージを製造しました。

実際には、平らな薄壁のクローズドエンドチューブは、中空端で、測定する流体圧力を含む固定パイプに接続されています。圧力が上昇すると、閉じた端が弧を描いて移動し、この動きは、通常は調整可能な接続リンクによってギア（のセグメント）の回転に変換されます。小径のピニオンギアがポインターシャフト上にあるため、ギア比によってモーションがさらに拡大されます。ポインターの後ろのインジケーターカードの位置、ポインターシャフトの初期位置、リンケージの長さ、および初期位置はすべて、ブルドン管自体の動作の変化に対して望ましい圧力範囲を示すようにポインターを較正する手段を提供します。差圧は、接続リンケージを備えた2つの異なるブルドン管を含むゲージで測定できます。

ブルドン管は、絶対圧ではなく、周囲の大気圧に対するゲージ圧を測定します。真空は逆の動きとして感知されます。一部のアネロイド気圧計は、両端が閉じたブルドン管を使用します（ただし、ほとんどの場合、ダイアフラムまたはカプセルを使用します。以下を参照してください）。ゲージが往復ポンプの近くにある場合など、測定された圧力が急速に脈動している場合、ギアの不要な摩耗を回避し、平均値を提供するために、接続パイプのオリフィス制限が頻繁に使用されます。ゲージ全体が機械的振動にさらされると、ポインターとインジケーターカードを含むケース全体にオイルまたはグリセリンを充填できます。ゲージの表面をタップすると、ゲージによって最初に提示された実際の読み取り値が改ざんされる傾向があるため、お勧めしません。ブルドン管はゲージの面から分離されているため、実際の圧力の読み取りには影響しません。典型的な高品質の最新のゲージはスパンの±2％の精度を提供し、特別な高精度ゲージはフルスケールの0.1％の精度を実現できます。

力平衡型溶融石英ブルドン管センサーが機能します同じ原理ですが、ミラーからの光線の反射を使用して角変位を感知し、電流を電磁石に適用してチューブの力のバランスを取り、角変位をゼロに戻します。これは、測定にはコイルを使用します。クォーツの非常に安定した再現性のある機械的および熱的特性と、ほぼすべての物理的動きを排除する力のバランスにより、これらのセンサーはフルスケールの約1PPMまで正確になります。手作業で作成する必要がある非常に微細な溶融石英構造のため、これらのセンサーは一般に科学的および校正目的に限定されています。

次の図では、写真の圧力と真空の組み合わせゲージの透明なカバー面が取り外し、メカニズムをケースから取り外しました。この特定のゲージは、自動車の診断に使用される真空計と圧力計の組み合わせです。

• マニホールドの真空を測定するために使用される面の左側は、内側の目盛りが水銀のセンチメートル、外側の目盛りが水銀のインチで校正されています。
• 面の右側の部分は、燃料ポンプの圧力またはターボブーストを測定するために使用され、内側の目盛りで1 kgf / cm2の割合で、外側の目盛りで1平方インチあたりのポンド数で校正されます。

機械的詳細編集

固定部品：

• A：レシーバーブロック。これにより、インレットパイプがブルドンチューブ（1）の固定端に結合され、シャーシプレート（B）が固定されます。 2つの穴には、ケースを固定するネジが取り付けられています。
• B：シャーシプレート。これにフェイスカードが付いています。車軸用のベアリング穴があります。
• C：セカンダリシャーシプレート。車軸の外端をサポートします。
• D：2つのシャーシプレートを結合して間隔を空けるための支柱。

可動部品：

1. ブルドンチューブの固定端。これは、レシーバーブロックを介してインレットパイプと通信します。
2. ブルドンチューブの移動端。この端は密閉されています。
3. ピボットとピボットピン
4. ピボットピンをレバー（5）にピンでリンクして、ジョイントを回転させます
5. レバー、セクターギア（7）
6. セクターギアアクスルピン
7. セクターギア
8. インジケーターニードルアクスル。これには、セクターギア（7）と噛み合い、フェースを貫通してインジケーターニードルを駆動する平歯車があります。レバーアームリンクボスとピボットピンの間の距離が短く、セクターギアの有効半径と平歯車の有効半径の差があるため、ブルドンチューブの動きは大幅に増幅されます。チューブの小さな動きは、インジケータ針の大きな動きになります。
9. ギアトレインをプリロードしてギアのラッシュとヒステリシスを排除するヘアスプリング

ダイヤフラム編集

2番目のタイプのアネロイドゲージは、異なる圧力の領域を分離する柔軟な膜のたわみを使用します。たわみの量は既知の圧力に対して再現可能であるため、キャリブレーションを使用して圧力を決定できます。薄いダイヤフラムの変形は、2つの面の間の圧力差に依存します。基準面は、ゲージ圧を測定するために大気に開放するか、差圧を測定するために2番目のポートに開放するか、絶対圧力を測定するために真空または他の固定基準圧力に対してシールすることができます。変形は、機械的、光学的、または容量性の技術を使用して測定できます。セラミックと金属のダイアフラムが使用されます。

有用な範囲：10-2 Torr（約1 Pa）以上

絶対測定には、両側にダイアフラムを備えた溶接圧力カプセルがよく使用されます。

形状：

• フラット
• コルゲート
• フラットチューブ
• カプセル

ベローズ編集

小さな圧力や圧力差を感知することを目的としたゲージ、または絶対圧力を測定する必要があるゲージでは、歯車列と針は、アネロイドと呼ばれる密閉されたベローズチャンバーによって駆動されます。液体”。 （初期の気圧計は、水や真空によって懸濁された液体金属水銀などの液体の柱を使用していました。）このベローズ構成は、アネロイド気圧計（指示針とダイヤルカードを備えた気圧計）、高度計、高度記録気圧計、および高度で使用されます。ウェザーバルーンラジオゾンデで使用される遠隔測定機器。これらのデバイスは、密閉されたチャンバーを基準圧力として使用し、外部圧力によって駆動されます。空速計や上昇率計（気圧計）などの他の敏感な航空機計器は、アネロイドチャンバーの内部と外部の密閉チャンバーの両方に接続されています。

磁気カップリング編集

これらのゲージは、2つの磁石の引力を使用して、差圧をダイヤルポインターの動きに変換します。差圧が大きくなると、ピストンまたはゴムダイヤフラムに取り付けられた磁石が動きます。ポインタに取り付けられた回転磁石が一斉に動きます。さまざまな圧力範囲を作成するために、ばね定数を増減できます。

スピニングローターゲージ編集

スピニングローターゲージは、回転するボールが回転するボールの速度を測定することで機能します。測定されるガスの粘度。ボールは鋼製で、一端が閉じられた鋼管の内部で磁気浮上し、他端で測定されるガスにさらされます。ボールは速度（約2500 rad / s）に引き上げられ、ドライブをオフにした後、電磁変換器によって速度が測定されます。機器の範囲は10-5から102Pa（精度が低い103 Pa）です。それは二次標準として使用するのに十分正確で安定しています。機器を正しく使用するには、ある程度のスキルと知識が必要です。使用する前に、さまざまな補正を適用し、ボールを意図した測定圧力よりも十分に低い圧力で5時間回転させる必要があります。これは、高精度が要求され、資格のある技術者がいる校正および研究所で最も役立ちます。