初期の圧力測定器のひとつは、その固有の正確さと操作の簡便さから、今日でも広く使用されている。 それは、U字型のガラス管の一部を液体で満たしたU字管マノメーターである。 このマノメーターには可動部品がなく、校正も不要である。 マノメーターの測定値は、重力と液体の密度の関数です。この2つの物理的特性により、U字管マノメーターは精度に関してNIST標準となっています。
マノメーターは圧力測定器であり校正標準器でもあります。 液体を満たしたシンプルなU字管や井戸から、コンピュータ・インターフェースを備えたポータブルなデジタル機器まで、さまざまなものがあります。
図1に示すように、U字管マノメーターの各脚を大気にさらすと、柱内の液体の高さは等しくなります。 この点を基準にして、各脚を未知の圧力に接続し、柱の高さの差が圧力の差を示す（図2参照）
 Figure 1. U字管式マノメーターの両脚を大気に開放するか、同じ圧力をかけると、液体は各脚で同じレベルを維持し、ゼロ基準を確立する。 |
 図2. U字管マノメーターの左側により大きな圧力がかかると、液体は左脚で下がり、右脚で上昇する。 hで示される液体の単位重量が圧力と正確に釣り合うまで液体は移動する。 |
液柱で表される圧力の基本関係は次の通りである：
| Δp = P2-P1 = ρgh | (1) |
ここで。
| Δp | = 差圧 |
| P1 | = 低圧接続部での圧力 |
| P2 | = 高圧接続部での圧力。 |
| ρ | =指示流体の密度（特定の温度） |
| g | =重力加速度（特定の緯度と |
| h | = 塔の高さの差 |
結果として生じる圧力は、液柱の単位表面積あたり発揮される力の差である。 単位はポンド毎平方インチ（psi）またはニュートン毎平方メートル（パスカル）です。 圧力測定にマノメーターがよく使われるので、柱の高さの差も一般的な単位になる。 これは特定の温度における水または水銀のインチまたはセンチメートルで表され、変換表を使って標準的な圧力の単位に変えることができる
すべての圧力測定は差圧である。 基準となるのは、ゼロ絶対圧（全真空）、大気圧（大気圧）、あるいは別の圧力である。 マノメーターの片足を大気圧に開放した場合（図3A参照）、測定される圧力は大気圧を超えるもので、海面では14.7psi、101.3kPa、76cmHgである。
図3.大気圧を超える圧力は、大気圧を超えるもので、海面では14.7psi、101.3kPa、76cmHgである。 ゲージ圧は大気圧に対する相対的な測定値であり、気圧の読みによって変化する。 ゲージ圧の測定値は、未知の圧力が大気圧を超える場合（A）には正となり、未知の圧力が大気圧より小さい場合（B）には負となる。
この測定値をゲージ圧といい、正圧の場合の関係は次式で表される。
| 絶対圧＝大気圧＋正ゲージ圧 | (2) |
負圧（真空）測定では（図3B）列高さは逆になるので、その関係は次式で表わされる。
| 絶対圧＝大気圧＋負ゲージ圧 | (3) |
これらの圧力関係は、図4に示すとおりである。
Figure 4. 正と負のゲージ圧のグラフは、すべての圧力測定の差分の様相を示し、ゲージ圧は絶対圧と大気圧の差である。
図5. 密閉管式マノメータでは、圧力基準は真空、つまりゼロ絶対圧である。 密閉式マノメーターの最も一般的な形態は、大気圧の測定に使用される従来の水銀気圧計である。
マノメーターは直接絶対圧を測定するように設計することもできる。 図5のマノメーターは、水銀柱の上にある密閉された脚の中で、絶対圧ゼロと比較した圧力を測定するものである。 このマノメーターの最も一般的な形態は、大気圧を測定するために使用される従来の水銀気圧計である。 9712＞＜9513＞U字管式マノメーターのバリエーション＜3769＞差圧は、管の大きさや形状にかかわらず、常に柱の高さの差である。 図6Aに示すように、両方のマノメーターの脚は大気に開放されており、指示液は同じ高さにあります。 同じ圧力をそれぞれのマノメーターの左脚に接続すると、そのレベルは下がる。 マノメーターの脚の容積が異なるため、それぞれのコラム内の液体は異なる距離を移動します。 しかし、両方のマノメーターの液面の差は同じです（図6B参照）
Figure 6.6。 圧力測定値は、管のサイズに関係なく、常に流体の高さの差である。 マノメーターの両脚を大気開放にすると、液面は同じになる(A)。 各マノメーターの片方の脚に等しい正圧をかけると、液面レベルは異なるが、液面高さの距離は同じである。
図7. ウェル型マノメーターでは、一方の脚（ウェル）の断面積が他方の脚よりはるかに大きい。 ウェルに圧力がかかると、もう一方のレッグの流体上昇に比べ、わずかに下がるだけである。
このチューブサイズのバリエーションをさらに発展させたのが、ウェル型（またはリザーバー型）マノメーターである（図7参照）。 井戸に圧力がかかると、液面はカラムの液面上昇に比べ、わずかに下がる。 カラムの目盛りを井戸の落ち込み分補正することで、差圧を直読することが可能である。
- 大気圧より高い圧力はウェルに、大気圧より低い圧力はチューブに接続する。
- 差圧測定では、高い方の圧力をウェルに接続する。
- 井戸型マノメーターの場合、井戸の接続はゲージと真空の測定に使用できる。
井戸型のバリエーションとして、図8の傾斜管（またはドラフトゲージ）型マノメーターがある。 傾斜指示管では、1インチの垂直上昇を数インチの目盛りの長さに引き伸ばすことができる。 傾斜管式マノメータは低圧の場合、感度と分解能が優れている
図8. 低圧と低差圧は、垂直方向の液高1インチをスケール長12インチに引き伸ばすことができる傾斜管式マノメータでよりよく処理される。
液体の表示
液体マノメーターは、液体の重さを二つの圧力の間で釣り合わせることで差圧を測定する。 水のような軽い液体は小さな圧力差を測定でき、水銀などの重い液体は大きな圧力差を測定するために使用されます。
指示液には、色水、油、ベンゼン類、臭化物、純水銀などがあります。 指示液の選定にあたっては、比重、使用温度範囲、蒸気圧、引火点などの仕様を確認する。 腐食性、溶解性、毒性も考慮する必要があります。
デジタルマノメーター
液体マノメーターには限界があります。 ガラス管、指示液、レベル取り付けの必要性など、現場より実験室に適している。 また、コンピュータやPLCとのインターフェイスができません。 このような制限は、デジタルマノメータで克服することができます。 これらのマイクロプロセッサベースの機器は、現場で使いやすいように便利なポータブルサイズ、またはパネルやスタンドアローン取り付けスタイルで、プロセスの制御や測定データの転送のための出力があります。
液体マノメータで圧力測定を行う場合、密度や重力の標準条件からの変動は手動で補正する必要があります。
デュアルポートでは、センサを交換するだけで、差圧、ゲージ圧、絶対圧の測定値を変更することができます。
デジタル・マノメーターのその他の一般的な機能は次のとおりです。
- データ・ロギングまたは最小/最大読み取り値の保存用のオンボード・メモリ
- 圧力パルスを弱めるために多数の読み取り値を平均化
高精度デジタル・マノメーターは現場で圧力トランスミッタやその他の圧力機器の校正に使用されています。 デジタル校正器は、セットアップにボックス、ガス・シリンダー、レギュレーター、分銅を必要とせず、特別なプラットフォームや重要な水平度要件もないため、より迅速でシンプルなものとなっています。 液体マノメーターとデジタル・マノメーターの仕様のさらなる比較を表1に示します。
| TABLE 1 | |||||
| Manometer Specifications | |||||
| Liquid Manometer | Digital Manometer | ||||
| U-> | |||||
| ウェル | インライン | 汎用 | キャリブレーション | ||
| レンジ | 100 in. | 100 in. | 20 in. | 20-2000 in H2O, 20-2000 psig, 2000 mmHg |
2000 in H2O, 2000 psig, 2000 mmHg |
| 精度 | ±1/2 マイナースケール目盛 | ±1/2 マイナースケール目盛 | ±0.025-0.1% f.s. | ±0.025-0.1% f.s.。 | |
| 接液部 または媒体 適合性 |
鋳鉄、ステンレス、PVC、ガラス、バイトン | アクリル、ステンレス、アルミ、ガラス、バイトン | クリーン、ドライ非腐食性気体。 ステンレス鋼と互換性のある液体 | クリーン、乾燥した非腐食性ガス; ステンレス鋼と互換性のある液体 | |
| Pressure Rating |
250 psig | 250-500 psig | 100-350 psig | 2 x range | 2 x range |
| 取付け | 壁面, テーブル | Wall, table, フラッシュフロント、パイプ | Wall, テーブル | ポータブル | |
| 相対コスト | 低 | 低/中型 | 中 | 高 | |
For Further Read
Massey, B.S. 1989. 流体の力学，第6版，London: Van Nostrand Reinhold.
Meriam Instrument. 1997. 圧力、流量、レベルを正確に測定するマノメーターの使用、Cleveland:
Meriam Instrument.1938.圧力、流量、レベルを正確に測定するマノメーターの使用。 マノメーターとその使用法. 2nd Ed., Cleveland: Meriam Instrument.
Omega Engineering. 1999. Transactions in Measurement and Control: を参照。 このような場合、「このような場合、どのようにすればよいのか？ 1998. Low Level Measurements. 5th Ed. Cleveland:
SIDEBAR:
圧力計と精度の用語集
Absolute Pressure (絶対圧). ゲージ圧と大気圧の和に等しく、ゼロ圧を基準とした測定値。 一般的な単位は、ポンド毎平方インチ（psia）、ミリメートル水銀（mmHga）、インチ水銀（in.Hga）である。
精度(Accuracy)。 読み取り値と標準値の一致の度合いを示す尺度。 絶対精度については、一次標準器（NISTが認定したもの）と比較する。 精度は通常、フルスケールのプラスまたはマイナス％として指定されます。 校正精度は、プラスまたはマイナスのカウントで読み値のプラスまたはマイナスパーセントとして指定されることが多い。 装置を取り囲む媒体の圧力。 海抜29.92 in.Hgから高地では数インチまで変化します。
大気圧（Atmospheric Pressure）。 単位表面上の大気の圧力。 大気圧ともいう。 海面では29.92 in.Hg絶対圧です。
カウント（Count）。 表示されるA/D変換の最小増分。
Differential Pressure（差圧）。 2つの測定点間の差。 一般的な単位は、インチ・オブ・ウォーター（in.H2O）、ポンド毎平方インチ（psi）、ミリバール（mbar）です。 デジタル・ディスプレイの最大桁数。 例えば、表示分解能が4½桁の場合は最大19,999カウント、表示分解能が有効数字5桁の場合は最大99,999カウントを読み取る。 大気圧を基準とした測定値。 大気圧を基準とした測定値で、気圧の変化により変化する。 また、マノメーターの最大定格圧力の指定にも使用されます。 一般的な単位には、ポンド毎平方インチ（psig）が含まれる。
Range (レンジ)。
レンジ(Range): 計測値の下限と上限の間の領域。
感度(Sensitivity)：検出可能な測定値の最小部分。 検出可能な測定値の最小の変化。
不確かさ(Uncertainty)。 測定で起こりうる誤差の推定値。 これは正確さの反対です。
真空。 大気圧以下のあらゆる圧力。 大気を基準とする場合、真空（または負ゲージ）測定と呼ばれます。
ゼロ圧(Zero Absolute Pressure)：絶対圧の測定値。 いかなる気体も完全に存在しない状態、完全な真空。
