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6. 1. 1

流れの計測

圧力測定
序論

流体力学においては静止している流体、気体おいうものである。ここで、反力は通常流体柱の重さやバネ効果によって引き起こされる。

よび蒸気中のみならず、内部流である円管内ある

応用例に応じて、比較的大きな運転測定装置、いは周辺流物体の壁面において頻繁に圧力測定が微小測定装置、あるいは試験測定装置が用いられ行なわれる。ている。

一個の完結した圧力計測システム（図 6.1）は、一般に圧力測定装置、圧力測定導管、および圧力圧力測定装置（マノメータ）測定孔より成り立っている。測定された圧力は、測定孔、導管を経て圧力測定装置に伝えられる。
その際、測定誤差と応答遅れが発生する可能性がある。圧力計測システムを有効に機能させ、かつ圧力測定導管使用に供するためには、適切な圧力測定装置の選択のみならず、計測場所に正しく圧力ゲージが取滑らかな圧力測定孔り付けられたかどうかに依存する。圧力測定孔あるいは圧力測定穴の大きさや形状の影響、並びに測定位置

圧力測定導管長さや断面の影響は非定常で、時間とともに振動する圧力の測定において顕著となる。圧力測定孔においてピックアップされた圧力が導管を経て、圧力ゲージの本来の測定装置に伝播するには、一定の応答時間 t A が必要である。

図6.1 圧力測定システム

ここで、応答時間とは、精密測定において測定開始から測定場所における目標圧力の 99.9 ％まで圧力計の値が増加するのに必要な時間として定義さp End.の 0.1%れている（図 6.2）。
pとがなければ、測定誤差と応答時間は小さく保たれる。ほとんどの圧力測定において、測定場所に

p End.

小さすぎることもなく、そして導管が長すぎるこ

圧力 p

細心の製作、とりわけ圧力検出孔に角がなく、

f ( t )おける圧力と基準圧力（例えば、大気圧）との差が計られる。
多くの圧力計測定原理は未知の圧力により加えられた圧力と、これに等しい反力とを比較すると

tA
時間 t

図6.2 応答時間 t A

6. 1. 2

流体圧力計部が密閉され、空気が取り除かれることとなる

流体マノメータは比較的小さい圧力、あるいは微小差圧の測定に適している。これらのマノメー（図 6.4）。例えば、水銀気圧計はこの原理に基づいて作動している。

タは非常に正確であるので、簡単な運転圧力測定

読み取り精度は、バーニア（副尺）付きの特製器としても、また精密圧力測定器として用いるこ読み取り装置（図 6.5）、または光学式拡大器を使とが可能である。

用することにより向上させることができる。非常

流体圧力計の原理は、求める圧力によって引き起こされる圧力と流体柱の重さとを比較することにほかならない。ここで、釣り合い状態にあれば、両者の圧力は互いに等しいことになる。したがって、求める圧力はこの流体柱の長さとして直接、

p2p1

lM

ガラス管目盛ミニスカス

p1

または間接に読み取られることとなる。
マノメータに用いられる流体は封液と呼称されh1ている。マノメータの測定範囲に応じて、封液として水、アルコール、水銀、油、四塩化炭素ある
いは四臭化エタンといった種々の密度を有する液体が選択され用いられる。
とくに非常に正確な測定の場合には、封液並びh

封液h2に装置の膨張に対する温度の影響および毛管現象と表面張力（1. 6 節参照）の作用を考慮しなければ

l Sp
ミニスカスならない。
流体マノメータの装置構成は、その測定範囲と精度上の要求の程度に応じて大きく異なる。

図6.3 等辺Ｕ字管マノメータ

最も単純な流体圧力測定装置は、2 本のガラス管とこれらの間に読み取り目盛の付いた等辺のＵ字管である（図 6.3）。
ミニスカスの間の距離から次のように求められ真空 p10

目盛p2る。
( p1 < p2 ) A  l Sp u g u h u A < l M u g u h u A（6. 1）
p1 < p2  ( l Sp < l M ) u g u hh

ここで、左のガラス管を占める流体が、気体または蒸気状態である場合には l M は l Sp と比べて無視しうるほど小さくなる。

封液

仮に、目盛差 h max が与えられたとすれば、密度l Sp の増加に伴って、測定範囲 p 1 < p 2 も密度とともに線形に増すことがわかる。
絶対圧を測定する際には、一方のマノメータ端

図6.4 片方密閉Ｕ字管マノメータ

に正確に検定されたガラス管の場合のみ、管の断装置定数 K G を読み取り目盛板のゆがみと考え面積が全体にわたって等しくなるので、高圧部のれば、圧力差 p1 < p2 を直接読み取ることが可能でミニスカス降下量 h 1 は、低圧部のミニスカス上ある。

昇量 h 2 とが等しくなる。したがって、圧力差 p1 < p2

密閉型マノメータの原理から発展して、より正の値を求めるためには一方の管の液面変化量のみ確な圧力測定のためにプラントルの直角管マノメを読み取れば十分である。

ータ（図 6.7）やベッツの投影マノメータ（図 6.8）

圧力振動が起こり易い場合には、封液が振動すのような種々の精密マノメータが開発された。

るために、両方のミニスカスの値の読み取りが実プラントルのマノメータの場合には、その測定に難しくなる。未検定のガラス管または封液振動

範囲は 45 mbar で、測定精度は 0.005 mbar である。の場合には、両方のミニスカスの読み取りは避け、封液としてはアルコールまたはトルエンが用いら密閉型マノメータ（図 6.6）を使用することを推奨れる。ミニスカスの高さを読み取るために、歯車する。このマノメータの場合には細い方の管のミ駆動を用いた可動接眼レンズ内の測定拡大鏡中にニスカスの読み取りは十分にできる。

おいて、真のミニスカス像が凹面鏡中において形圧力差 p1 < p2 は、細管の方の封液上昇量 h 2 に比成された垂直なミニスカス鏡像と接触するようになされる。

例する。

ベッツの投影マノメータには、封液として蒸留

p1 < p2  ( l Sp < l M ) u g u h ( l Sp < l M ) u g u ( h1水が用いられる。測定範囲は 80 mbar までであり、h2 )その測定精度は全尺度の 1 ‰である。フロートの

h1 u A1  h2 u A2

鐘に釣り下げられた、刻印された目盛付きのガラA
h1  h2 2
A1

ス棒は、対象とする圧力差 p1 < p2 に応じて封液でA2 ¥£p1 < p2  ( l Sp < l M ) u g u ²1
´ u h2¤A1 ¦144244
3

満たされた中央円管内を上下に動くこととなる。
光学レンズによって十分拡大された目盛の断面は装置定数 K G

p2（6. 2）
p1 < p2  ( l Sp < l M ) u KG u h2

h3000310

10320



p100h1330

図6.5 副尺付き読み取り装置

h2A1A2

図6.6 密閉型マノメータ

p2

可動凹面鏡

接眼レンズ

拡大鏡
絞りミニスカスp2p1
p1

00p2p1

図6.7 プラントルの精密マノメータ（原理）048510フロート

p1

封入液

投影ランプ

レンズ
すりガラス

刻印目盛付きガラス棒

図6.8 ベッツの精密マノメータ