石油化学 PP ダイヤフラム圧力計測定におけるヒステリシスの主な理由は何ですか?

石油および化学産業の複雑な流体測定では、圧力計器の精度と安定性が非常に重要です。ポリプロピレン (PP) ダイヤフラム圧力計は優れた耐食性が際立っており、酸性およびアルカリ性の腐食性媒体の取り扱いに最適です。ただし、プロフェッショナル ユーザーは、重要なパフォーマンス指標であるヒステリシスに注目することがよくあります。

ヒステリシスとは、圧力計が低圧力状態（圧力上昇）から特定の設定値に到達する場合と、高圧状態（圧力下降）から同じ設定値に到達する場合とで、圧力計の指示値が異なる現象を指します。この不一致はランダムな誤差ではなく、機器の内部物理的特性と構造的制限に起因する系統的な偏差です。石油化学プロセスの高精度制御では、ヒステリシスを理解し、最小限に抑えることが、製品の品質と運用の安全性を確保するために不可欠です。

I. 弾性要素の機械的ヒステリシス: 材料固有の特性

のコアコンポーネント PPダイヤフラム圧力計 ダイヤフラムと内部の移動機構です。ヒステリシスの主な原因は、これらの弾性要素の機械的欠陥に起因します。

1. ダイヤフラム材質の弾性ヒステリシス

PP ダイヤフラムは、弾性要素として PTFE コーティングで強化されたり、複合構造の一部として使用されることがよくありますが、応力が加えられたときとその後解放されたときのひずみ回復経路は完全に同一ではありません。

• 圧力が増加すると、ダイヤフラムが変形します。

• 圧力が低下すると、ダイヤフラム内の内部微細構造摩擦と分子鎖の再配列により、初期状態への完全な復帰が遅れます。

• このエネルギー散逸により、同じ圧力値における圧力上昇プロセス中のひずみ (または変位) が下降プロセス中のひずみ (または変位) と異なり、指針のヒステリシスとして直接現れます。

• 特に高分子材料 PP の場合、その粘弾性特性はより顕著になります。長期間または周期的に圧力がかかると、この機械的ヒステリシス効果は金属ダイヤフラムよりも顕著になることがよくあります。

2. 動作機構内の微小な摩擦

ダイヤフラムの変位は、リンケージ ロッド、セクター ギア、セントラル ギアなどの精密機械部品を介して指針に伝達されなければなりません。これらの移動ペア間の微小な摩擦力が、ヒステリシスの 2 番目の主要な原因を構成します。

• 圧力が上昇する過程では、摩擦力が動きの方向に逆らいます。

• 圧力が下降する過程では、摩擦力の方向が逆転します。

• 圧力が逆転する瞬間、機構は動きが再開する前に静摩擦を克服する必要があり、圧力変化とポインターの応答の間に遅れが生じます。

• ミクロンレベルの摩擦でも、圧力表示に目に見える偏差を引き起こすには十分です。

II.流体移送システムにおける粘度と圧縮率の影響

PP ダイヤフラム圧力計は通常、充填流体を備えたダイヤフラム シール システムを利用して腐食性媒体を隔離します。この流体移送システムの物理的特性は、ヒステリシスに大きく寄与します。

1. 充填液の粘度

充填流体（シリコーンオイルやフッ素オイルなど）はある程度の粘度を持っています。ダイアフラムが圧力によって変形し、流体が移動すると、次のようになります。

• 液体は内部チャネルと毛細管を通って流れる必要があります。

• 液体の内部摩擦 (粘性抵抗) により、エネルギーの即時伝達が妨げられます。

• これは、急激な圧力変化時や周囲温度が低いことで粘度が増加し、流体の移動が遅くなり、圧力伝達が遅れ、それによってヒステリシス現象が悪化する場合に特に関係します。

2. ガスの溶解と残留マイクロバブル

液体の充填中に脱気プロセスが不完全な場合、残留マイクロバブルまたは液体に溶解したガスにより、圧力変化時に圧縮性が生じます。

• これにより、圧力がブルドン管や内部センサーにすぐに伝達されるのではなく、ダイヤフラムの初期変位によって最初にこれらの気泡が圧縮されます。

• ガスの圧縮と放出のプロセスは非線形で時間遅延があり、測定ヒステリシスを引き起こす「弾性バッファ」効果が生じます。

Ⅲ．構造コンポーネントの応力解放と緩和

長期間の動作や熱サイクルにより、PP ハウジングおよび接続システムの応力緩和が生じる可能性があり、これもヒステリシスに寄与する間接的な要因となります。

• PP ハウジングとダイアフラムの端にある予圧接続 (ボルト締めアセンブリなど) は、時間の経過や温度変化に伴ってクリープ緩和が発生する可能性があります。

• 予荷重の緩和により、ダイヤフラムの固定境界条件が変化します。これは、各圧力サイクルの開始状態と経路が完全に一致しない可能性があることを意味します。

• 圧力が繰り返し加えられると、接続界面での小さな動きと応力の再分布により、弾性要素のゼロ点にわずかなドリフトが発生し、上昇圧力経路と下降圧力経路の分離につながります。