圧力測定は、タンクやパイプラインのプロセス条件を監視するための基礎技術です。測定物によって特性が異なるため、絶対圧、ゲージ圧、静圧、差圧などさまざまな圧力測定原理が使用されます。
絶対圧測定およびゲージ圧測定では、プロセス圧力によって生じる液絡膜のたわみを利用します。この力が非圧縮性オイルを介してシリコンチップに伝達され、そこで電気信号に変換されます。2つの違いは基準点です。絶対圧は真空を基準に、ゲージ圧は周囲空気を基準に測定されます。静圧レベル測定は液柱の重量に依存します。充填レベルが上がると、測定物の高さと密度に比例してセンサの液絡膜に加わる圧力が上昇します。差圧測定では、一般的に密閉タンクの2つの圧力値を記録して伝送器でタンク内のレベルまたは圧力を算出するための差分を計算します。
動画で圧力測定の原理について学びましょう。
Cerabar、Ceraphant、Deltabar、Deltapilot、Waterpilotの特長
- 液体および気体の連続圧力測定とレベル測定
- 高精度および長期安定性
- 過酷なプロセス条件を考慮した堅牢な設計
- 柔軟なシステムインテグレーションに対応した多様なセンサの製品ラインナップ
- 幅広い産業アプリケーションで実績ある信頼性
タンクの配管からは、日々実にさまざまな測定物が充填されては排出されます。これには飲用水、フルーツジュース、オイル、燃料、酸、塩水などがあります。これらの測定物はさまざまな特性を持つため、それを検出する測定原理もそれぞれに異なります。たとえば、絶対圧、ゲージ圧、静圧、または差圧による圧力測定です。
最初に圧力測定の科学的根拠が記録されたのは17世紀半ばです。ガリレオ・ガリレイが灌漑時の高度差による問題を解決すべくポンプを使って試験を行い、エヴァンジェリスタ・トリチェリは水銀柱を用いた研究で「真空」を発見しました。そしてこれらの実験を受けてブレーズ・パスカルが研究を続け、空気に重量があることを突き止めます。パスカルはこの力の圧力を呼び、彼に敬意を表して圧力のSI単位はその名にちなんで名付けられています。圧力は単位面積に対してかかる力です。
圧力計を使用すれば、絶対圧やゲージ圧を検出してタンク内の圧力変数やレベルを算出できます。まず、絶対圧とゲージ圧の例でこの測定法の動作モードについて詳しく見てみましょう。
液体で満たされた配管内の圧力を継続的に測定できます。ここでは、セラミックセルを例に絶対圧セルとゲージ圧セルの違いについて詳しく説明します。セラミックセルでは、導電性材料をセラミック基板上に塗布してコンデンサを形成します。圧力がかかると、液絡膜が変形して静電容量が変化します。
絶対圧セルは密閉されたシステムで、大気環境における真空を基準に空気圧が測定されます。ゲージ圧セルでは、基板の開口部により大気環境とセル内の圧力補正が可能です。
周囲圧力を基準に相対値が測定され、大気環境では空気圧は0になります。静圧測定では、タンク内の液体がセンサのプロセス液絡膜に作用します。重力によって液柱、つまりタンクの充填レベルが上がると圧力が上昇します。液柱は充填レベルと測定物の密度に比例します。
開放タンクでは、圧力が周囲空気に対して継続的に補正されるため、タンク上部の気体がレベル測定に影響を及ぼすことはありません。ただし、液柱の圧力に加えて、大気圧もセンサに影響を与えます。大気圧補正では、センサをゲージ圧センサと呼びます。センサについて詳しく見てみましょう。接触式測定セルはシリコン技術を採用し、静圧レベル測定用に特別に開発されています。抵抗はシリコンチップにホイートストンブリッジの形でかかります。
圧力がかかると、プロセス液絡膜が変形して抵抗値が変化します。この圧力が非圧縮性オイルによってプロセス液絡膜からセンサのシリコンチップに伝達され、分析されます。密閉タンクの差圧測定では、大気圧はレベル測定の結果に影響を及ぼしません。液柱の圧力とは別に、レベルより上の圧力水頭も測定されます。この両方の値がオイルを充填したキャピラリから伝送器に転送されます。伝送器は2つの圧力値の差異の計算値からタンク内のレベルを算出します。
Endress+Hauserの圧力伝送器を利用すれば、標準アプリケーション、高温、高圧のアプリケーションにくわえて腐食性、研磨性の測定物を含むアプリケーションの圧力およびレベルの測定が容易になります。あらゆるアプリケーションに適したソリューションをご用意しています。Endress+Hauser
