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差圧式圧力計

差圧センサの基本的なものは, 連通管の原理を用いた マノメータといわれる 図3.60に示すようにU字型のガラス管を用いた差圧センサである。 このテキストの主題である電子的な計測ではなく、 純機械的計測であるが、 圧力という機械工学的に重要な物理量を理解するために幾つか取上げる。

差圧は液柱の差の長さに液体の密度を乗じて, $\Delta P=\rho g\Delta\ell$ と して求める。

3.60に示すように 金属の変形やシリコン結晶の変形を用いる場合には 0.01$\sim$5 MPa という範囲が多い。 非腐食性ガス用として使われる ダイアフラム式では変位量が材質と径と厚みによって決まるので、 黄銅や燐青銅(Sn:3$\sim$9%,Cu:91$\sim$97%,P:0.03$\sim$0.35%)という 弾性変形量を大きくとれる 腐食されにくい金属で製作したダイアフラムを用いて, 圧力差を移動量として差動変位計(作動トランス)などで計測する方法である。 このダイアフラム式は差圧として0.1Pa$\sim$20MPa という 広い範囲の圧力測定に使用できる。

気体の少流量計測やピトー管などで 10m/s 以下の空気流速を計測する場合には 水柱 10mm 以下の圧力を計測することになる。 このため, 図3.61のようにマノメータを傾斜させて, 上の式の$g$を小さくする方法がある。

また,$\Delta\ell$ の計測の精度を向上させる方法として, ゲッチンゲンマノメータと呼ばれる差圧を顕微鏡で読みとる計測方法もある。

図 3.60: 機械式差圧センサ
\includegraphics[scale=0.7]{Figs/meas-pdif.eps}
図 3.61: 機械式傾斜微圧計
\includegraphics[scale=0.6]{Figs/meas-presgr.eps}



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Ken Kishimoto 2014-06-02