圧力計とは何ですか?種類、働き、用途

圧力計とは何ですか?

技術者はポンプの吐出ラインのダイヤルをチェックして、読み取り値が安全範囲内にあることを確認します。毎日何千回も繰り返されるこの素早い目視チェックは、業界で最も古い機器の 1 つである圧力計に依存しています。

圧力計は、密閉系内の気体または液体の圧力を測定し、その値をダイヤルまたはデジタル画面に表示する計器です。ほとんどの機械式ゲージは外部電源を必要としません。圧力自体が校正されたスケール上で指針を移動させるため、産業用、商業用、家庭用の機器全体の圧力を監視する最も経済的な方法となります。

圧力計は発信器ではありません。ゲージはローカルの測定値を提供します。トランスミッタは、圧力を PLC またはリモート ディスプレイ用の 4 ～ 20 mA または Modbus などの電気信号に変換します。多くのシステムでは、現場検証用のゲージと自動制御用の送信機の両方が使用されます。

最も一般的な構成は、ブルドン管と真鍮またはステンレス鋼の接液部を備えたアナログの直接取り付けゲージです。具体的な例としては、Y60 シリーズなどの一般的な汎用圧力計が OEM 機器の典型的な出発点です。

圧力計はどのように機能するのですか?

圧力計の内部では、プロセス圧力が柔軟な感知要素を押し、歯車列がその動きを指針の回転に変えます。

圧力感知素子: ブルドン管

ブルドン管は最も広く使用されている検出素子です。これは、楕円形の断面を持つ湾曲または螺旋状の金属管です。圧力が加わると断面が丸くなろうとし、チューブは少し真っ直ぐになります。多くの場合 1 ミリメートル未満であるこの小さな変位が、ムーブメントに取り付けられたリンケージを駆動します。ブルドン管は正確で堅牢かつ安価で、60 mバー から数千 bar までの最も広い範囲をカバーします。

代替検知要素: ダイヤフラムとカプセル

すべての媒体がブルドン管に適しているわけではありません。ダイヤフラム要素は、圧力を受けるとたわむ薄い金属ディスクです。ダイヤフラム ゲージはより低い圧力を測定し、ダイヤフラム シールを使用することで、粘性媒体、汚染媒体、または腐食性媒体を扱うことができます。カプセル要素は、溶接された 2 つの波形ダイアフラムで作られており、炉の通風などの非常に低い圧力に対して十分な感度を持っています。検出素子の選択により、使用可能な圧力範囲とゲージが安全に接触できる媒体が決まります。

ムーブメントとケースの組み立て

精密な歯車セットであるこのムーブメントは、たわみを増幅して指針の回転を引き起こします。ケースは機構を保護します。継続的な振動や脈動にはオイルを充填したケースが必要で、その減衰液が指針を安定させ、ギアを潤滑します。プロセス接続は通常 1/4 インチ NPT または 1/2 インチ BSP で、パイプ、タンク、または機械にねじ込まれます。

ゲージ圧対絶対圧対差圧

圧力測定値は常に基準点を参照し、その基準によってゲージが示す内容が決まります。

絶対圧力は完全な真空を指します。これは流体の真の圧力であり、P によって大気圧に関連付けられます。 _腹筋 =P _ゲージ P _ＡＴＭ 。絶対計には内部に真空基準室が含まれているため、天候や高度によって測定値が変化することはありません。一般的な用途: 気圧監視と真空コーティング。

ゲージ圧は大気圧を基準としています。標準ゲージは、大気開放時にはゼロを読み取ります。ダイヤルは周囲より高い圧力を示します。エアレシーバーから油圧プレスやウォーターポンプに至るまで、ほとんどの工業用ゲージはゲージ圧力を表示します。

差圧は 2 点間の差です。差動ゲージには 2 つのプロセス接続があり、差を直接表示します。一般的な用途には、フィルターの詰まり、密閉タンク内の液面、オリフィス プレートを横切る流れの監視などが含まれます。

複合ゲージは真空と正圧の両方を 1 つのスケールで読み取り、中央でゼロを交差します。タイヤ空気圧計はゲージ圧を示します。包装チャンバー内の真空を監視するゲージには、絶対的または複合的な設計が必要です。

ゲージで使用される一般的な圧力単位

圧力計は、地域の基準に応じて異なる単位スケールで作られています。以下の表は、最も頻繁に遭遇するユニットのリストです。

簡単に換算すると、1 bar は約 14.5 psi または 100 kPa、1 MPa は 10 bar に相当します。輸出機器では、エラーを避けるために psi と bar などの二重スケールのダイヤルが使用されることがよくあります。

圧力計の主な種類

圧力計は、基準、感知要素、構造によって分類できます。これら 3 つの観点により、ゲージはその動作条件に適合します。

基準による: ゲージ、絶対値、および差動

この分類は、上で説明した参照に従います。標準ゲージは大気を基準にして測定します。絶対ゲージには真空チャンバーが含まれています。差動ゲージには 2 つのポートがあり、差を表示します。

検出素子別: ブルドン管、ダイヤフラム、カプセル

ブルドン管ゲージは、約 60 mbar から数千 bar までの最も広い範囲をカバーし、ほとんどの一般的な用途に適しています。ダイヤフラム ゲージはより低い圧力に対応し、汚れた媒体や攻撃的な媒体にも耐えます。カプセルゲージは、炉のドラフトなど、通常 600 mbar 未満の非常に低い圧力用に予約されています。

特殊構造により密閉、耐腐食、耐衝撃、防爆

プロセス媒体が粘性がある場合、粒子が付着している場合、または検出素子が詰まりやすい場合、ダイヤフラムシールがゲージ内部を隔離します。都市および工業用水プラントの水処理ラインで使用される隔膜密閉型ゲージは、スラッジや懸濁物質がエレメントをブロックするのを防ぎながら、安定した読み取り値を提供します。

化学プラントや海上プラットフォームなどの腐食性環境の場合、オールステンレス鋼構造が接液部とケースを保護します。石油化学施設では、ステンレス鋼と油の入ったケースが組み合わされています。石油化学用の油入耐衝撃圧力計は、製油所や中継所では標準仕様です。

可燃性ガスや可燃性粉塵に対しては、頑丈なケースと耐圧防爆継手を備えた防爆ゲージが内部の火花による大気への引火を防ぎます。

耐衝撃性のオイル充填ゲージもモバイル機器では一般的です。油圧パワーユニット、コンプレッサー、船舶エンジンは振動を発生し、ドライケースゲージをすぐに疲労させます。

アナログ圧力計とデジタル圧力計

アナログ機械式ゲージは、ローカル表示用のデフォルトのままです。電力を必要とせず、乱暴な使用にも耐えます。デジタル ゲージはより高い精度 (多くの場合フルスケールの 0.1% ～ 0.5%) を提供し、データ ロギングやリモート モニタリング用の出力を提供します。振動には十分耐えますが、バッテリーが必要で、極端な温度を嫌います。この 2 つは相補的です。アナログは直接読み取り、デジタルは精度を高めます。

圧力計の産業用途

業界が異なれば、生成される圧力条件も異なるため、メーカーのゲージの作り方も異なります。

• 石油化学とエネルギー: パイプライン、貯蔵タンク、およびポンプステーションは、腐食性媒体および危険区域用に、ステンレス鋼製の油が充填された防爆ゲージに依存しています。
• 水処理: 逆浸透システムとフィルタースキッドは供給量と差圧を監視します。ダイヤフラムシールされたゲージは、シルトや粒子による詰まりを防ぎます。
• 冷暖房空調設備と冷凍設備: 冷媒回路とチラーは圧力スパイクを引き起こします。 毛細管付き HVAC 圧力計 ダイヤルを高温のパイプから離して置き、ムーブメントを保護します。
• 医療機器: 血圧モニター、酸素調整器、真空吸引器には、正確で洗浄可能なゲージが必要です。 医療グレードの圧力計 これらの機密性の高いアプリケーション向けに構築されています。
• 家庭用電化製品: コーヒーマシンは抽出圧力をチェックし、浄水器は膜圧力を監視します。これらのコンパクトなゲージは食品に接触する材料を使用しているため、メンテナンスはほとんど必要ありません。
• 船舶および自動車: エンジンルームとダッシュボードには、油圧およびエアブレーキシステムに防振ゲージが使用されています。密封されたケースまたはオイルが満たされたケースは、針を安定させます。
• 工業生産: CNG 機器、SF6 ガス絶縁開閉装置、溶接システムでは、特定のガスと安全要件に適合したゲージが使用されています。

圧力によって感知素子が変形するという同じ物理原理が、業界ごとに異なる方法で適用されます。製油所グレードのゲージはコーヒーマシン内では役に立ちません。媒体、環境、スペース、安全基準が単に異なるだけです。

用途に適した圧力計の選び方

体系的なアプローチにより、ほとんどの選択エラーを防ぐことができます。これら 5 つのステップを実行してください。

1. メディアを特定します。腐食性、粘性、または固体が多く含まれていますか?シルトを含んだ水は標準のブルドン管を詰まらせるため、ダイヤフラムシールまたは適切な接液材料を指定してください。真鍮やステンレス製の部品は、きれいな空気、油、蒸気に問題ありません。
2. 圧力範囲と精度を定義します。体重計の最高値での走行は避けてください。理想的な動作点はフルスケールの 25% ～ 75% です。安定した 50 バールのプロセスは、0 ～ 100 バールのゲージに適しています。
3. 設置環境を評価してください。振動があるとケースにオイルが入っている必要があります。周囲温度が高い場合は、遠隔設置が必要になる場合があります。危険な雰囲気では防爆構造と認証が必要です。
4. 接続と取り付けを選択してください。ねじのタイプとサイズ (NPT、BSP、メートル) を既存の継手に一致させ、底面、背面、またはパネル取り付けのいずれかを決定します。
5. 電気出力が必要かどうかを決定します。ローカルでの読み取りのみが意味するのは、機械式ゲージで十分であるということです。信号がコントローラーに到達する必要がある場合は、ダイヤルと出力を備えたトランスミッターまたはハイブリッド ゲージを選択してください。

これらのパラメータが明確になると、選択範囲が急速に狭くなります。標準的な空気、水、油、油圧に関する業務については、次のサイトを参照してください。 一般圧力計の全範囲 メーカーの製品ページでメディアの互換性を確認してから注文してください。

メンテナンスと校正の基本

圧力計は信頼できるものですが、基本的な手入れが必要な精密機器です。 4 つの習慣はほとんどの状況をカバーします。

• ゼロ位置を確認してください。システムが減圧されると、指針はゼロに留まります。オフセットが一定であるということは、検出素子が変形しているか、動作が磨耗していることを意味します。
• ポインタの動作を監視します。わずかなフラッターは正常ですが、ひどいフラッターは内部減衰の損失またはオリフィスの詰まりを示します。
• 窓とケースを点検してください。ドライケースゲージ内の湿気はシールが故障していることを意味します。腐食によりムーブメントが損傷する前に交換してください。
• スケジュールに従って調整します。年次再校正は、一般的なサービスのベースラインです。品質が重要なアプリケーションでは、より頻繁なチェックが必要です。参照標準と比較し、誤差が精度クラスを超えている場合は交換します。

隔離バルブによりプロセスを停止せずにゲージを取り外すことができ、スナバまたはサイフォン ループによりウォーター ハンマーや蒸気から保護されます。このように注意を払うことで、高品質のゲージを何年も使用することができます。文字盤が読めなくなったり、針が刺さったり、ケースが破損したりした場合は交換してください。予期せぬ故障は、新しいゲージを購入するよりも高価になります。

結論

圧力計は、工学分野で常に現れる質問「このシステムの現在の圧力はいくらですか?」に答えます。機械式ゲージは、電気を使わず、低コストで、ほとんどの産業および商業用途に十分な精度でこの問題に答えます。

感知要素がどのように機能するか、ゲージ圧が絶対読み取り値と差分読み取り値とどのように異なるか、業界が異なる構造を要求する理由を理解することは、適切な機器を指定するのに役立ちます。まずは媒体、圧力範囲、設置環境から始めます。詳細が不明な場合は、製造元に具体的なプロセス情報を提供して問い合わせ、専門家にアプリケーション向けにテスト済みのモデルを推奨してもらいましょう。