ブルドン管圧力計は現場での簡単な圧力表示を行う一方、差圧セルは圧力差を測定して、監視、制御、および推定プロセス変数の取得に使用されます。 ブルドン管圧力計は、加圧された金属管の変形を文字盤上の指針の動きに変換します。差圧セルは、ダイアフラムの両側に作用する圧力によって生じる力を検出し、その結果得られる差圧測定値を制御システムまたはデータ収集システムへ伝送できます。
実用上の違いは、直接的な現場表示か、比較によるプロセス測定かという点です。 ブルドン管圧力計は堅牢で、電源を必要とせずに使用できます。一方、差圧セルは、2点間の圧力差から流量、液位、フィルターの状態、配管圧力などを把握できるため、より汎用性に優れています。
測定メカニズムの違い
ブルドン管圧力計：圧力を機械的な動きに変換
ブルドン管圧力計には、一端が固定され、もう一端が密閉された中空の湾曲金属管が組み込まれています。通常は大気圧である基準圧力をプロセス内部圧力が上回ると、管はわずかに伸びる方向へ変形します。
リンク機構と歯車機構がこの小さな動きを拡大し、校正された文字盤上で指針を回転させます。オペレーターは計器上でゲージ圧を直接読み取ります。
差圧セル：圧力差をダイアフラムの力に変換
差圧セルには、別々の高圧側および低圧側インパルス配管を介してプロセスに接続される、2つの独立した圧力室があります。圧力は可撓性ダイアフラムの両側に作用します。
ダイアフラムの変位は、校正された動作範囲内では加えられた圧力差に比例します。電子式、空気式、または機械式のフォースバランスシステムが、この変位を測定信号に変換します。
基準となる圧力が異なる
ブルドン管圧力計は通常、プロセス圧力と大気圧を比較します。そのため、表示値はゲージ圧になります。
[ P_\text{gauge}=P_\text{process}-P_\text{atmospheric} ]
差圧セルは次の値を測定します。
[ \Delta P=P_\text{high}-P_\text{low} ]
低圧側を大気に開放すれば、差圧セルでゲージ圧に近い測定を行うこともできます。しかし、より重要な機能は、2つのプロセス位置間の圧力を測定できることです。
パイロットプラントで用途が異なる理由
ブルドン管圧力計は現場での即時確認に適している
ブルドン管圧力計は、ポンプ、容器、反応器、コンプレッサー、プロセス配管の近くに設置されることが一般的です。電源、信号配線、制御システムを必要とせず、オペレーターが現場で圧力を確認できます。
そのため、定期点検、起動作業、トラブルシューティング、および設備が安全な圧力範囲内で運転されていることの確認に役立ちます。
差圧セルは遠隔監視と制御に適している
差圧セルは、指示計、データロガー、分散制御システム、またはフィードバックコントローラーへ標準化された出力を提供できます。これは、パイロットプラントの実験で連続記録や自動応答が必要な場合に有用です。
インパルス配管の配置とプロセス接続が適切に設計されていれば、オペレーターステーションから離れた場所に計器を設置することもできます。
絞り部前後の差圧から流量を推定できる
差圧セルでオリフィスプレートなどの流量制限部前後の圧力降下を測定すると、適用する流量方程式と校正によって差圧を流量に関連付けることができます。
これは、パイロットプラントで流動挙動を研究したり、運転条件を比較したり、供給流量を制御したりする際に有用です。この関係は一般に線形ではありません。多くの絞り式測定では、流量は差圧の平方根にほぼ比例します。
容器内の差圧から液位を推定できる
差圧セルは、タンクまたはカラムの下部接続部と上部接続部の間に生じる静水圧差を測定できます。この差圧は液頭に対応するため、液位として校正できます。
加圧下で運転される容器では、両方の接続部を使用することで、容器内に共通する圧力を相殺し、静水圧成分だけを保持できます。これは、液位測定において単一の現場圧力計よりも差圧セルが有用である理由の一つです。
差圧から設備内の圧力損失を測定できる
フィルター、充填層、熱交換器、バルブ、配管区間、蒸留塔内部で生じる圧力損失は、流体抵抗または設備状態を示す指標になります。
パイロットプラントでは、単位操作の研究を支援し、汚れ、詰まり、フラッディング、または流動状態の変化を特定するのに役立ちます。
各計器がオペレーターに示す情報
ブルドン管圧力計は「現場の圧力はいくつか？」に答える
圧力計は、接続位置の圧力を大気圧に対する相対値として表示します。ポンプ吐出側が加圧されているか、容器が運転限界に近づいているか、配管が減圧されたかといった確認に適しています。
2つのプロセス位置を本質的に比較したり、流量や液位を計算したりすることはできません。
差圧セルは「2つの圧力はどの程度異なるか？」に答える
差圧セルは、高圧側と低圧側の圧力関係を表示します。そのため、インパルス配管をどこに接続するかによって、同じ基本計器を複数の用途に使用できます。
接続位置、基準側、密度、高低差、および校正条件を理解していなければ、その測定値の意味を正しく判断できません。
トレードオフを理解する
ブルドン管圧力計は簡素性と堅牢性に優れる
主な利点は、構造が簡単で、低コストで、すぐに目視でき、外部電源なしで動作することです。独立した現場指示計や、重要な圧力を二重に確認するための計器として効果的です。
一方、手動での読み取りが必要で、自動データ収集への適性が限られ、機械的ヒステリシスや振動の影響を受けやすく、視差や機構の損傷による読み取り誤差が発生する可能性があります。
差圧セルは汎用性と信号連携に優れる
差圧セルは、遠隔表示、制御、トレンド監視、警報、および流量や液位などの推定測定に対応できます。適切に選定・校正された伝送器を使用すれば、小さな圧力差の測定にも適しています。
ただし、設置にはより多くの作業が必要です。インパルス配管は詰まり、漏れ、凝縮、凍結、または液柱の不均衡を起こす可能性があり、これらが測定誤差の原因となります。
プロセス適合性が重要
ブルドン管と差圧セルのダイアフラムは、プロセス流体、圧力、温度、腐食環境、および洗浄要件に適合していなければなりません。化学プロセスでは、適切な合金、ダイアフラムシール、フラッシング設備、または薬液隔離が必要になる場合があります。
機械的に堅牢な計器であっても、腐食性、粘性、反応性、毒性、または高温のサービスに自動的に適しているとは限りません。
差圧セルと差圧マノメーターを混同しない
差圧マノメーターは、一般にU字管内の既知の液柱の高さを利用して圧力差を測定します。パイロット実験における小さな圧力降下の測定に非常に有用ですが、ダイアフラム式の差圧セルとは異なる計器です。
マノメーターは直接的な流体静力学的測定を行うため、低圧の実験室作業では簡単かつ高精度に使用できることが多いです。差圧セルは一般に、遠隔伝送、制御、およびプラント計装との統合に適しています。
測定レンジが選定に影響する
ブルドン管圧力計は通常、予想される直接圧力範囲と必要な現場精度に基づいて選定します。差圧セルは、予想される差圧範囲だけでなく、両側にかかる可能性のある静圧にも対応できるよう選定する必要があります。
過大なレンジの差圧伝送器を選ぶと、小さな圧力降下に対する分解能が低下する可能性があります。静圧耐力が不十分なものを選ぶと、差圧自体が小さくてもセンサーが損傷する可能性があります。
目的に合った計器を選ぶ
パイロットプラントに必要なのが現場での圧力確認なのか、伝送されるプロセス変数なのか、それとも定義された2点間の圧力差なのかに応じて、計器を選定してください。
- 主な目的がオペレーターによる現場確認の場合： 測定点のゲージ圧を、堅牢かつ容易に目視できる形で表示するブルドン管圧力計を使用します。
- 主な目的が自動監視または制御の場合： 測定値を制御システム、記録計、警報装置、またはデータ収集プラットフォームへ伝送する必要がある場合は、差圧セルを使用します。
- 主な目的が流量測定の場合： 適切な流量関係式と設置補正を適用し、オリフィスプレートなどの校正済み絞り部前後に差圧セルを使用します。
- 主な目的が容器またはカラムの液位測定の場合： 適切な高圧側および低圧側の接続部に差圧セルを接続し、流体密度と容器圧力を考慮しながら静水圧を測定します。
- 主な目的が小さな実験圧力降下の測定の場合： 直接目視測定と遠隔データ収集のどちらを重視するかに応じて、差圧マノメーターまたは適切なレンジの差圧セルを検討します。
ブルドン管圧力計は現場の圧力を直接表示するのに対し、差圧セルは圧力差を汎用性の高いプロセス測定値へ変換し、パイロットプラントの分析と制御に活用できます。
概要表：
| 項目 | ブルドン管圧力計 | 差圧セル |
|---|---|---|
| 測定対象 | 現場のゲージ圧 | 2点間の圧力差 |
| 測定原理 | 加圧された管が指針を動かす | ダイアフラムが差圧に応答する |
| 出力 | 文字盤による直接目視表示 | 電子式、空気式、または機械式の伝送信号 |
| 一般的な用途 | ポンプ、容器、反応器、配管での現場確認 | 流量、液位、圧力降下、遠隔監視、制御 |
| 主な長所 | 堅牢、簡単、低コスト、外部電源不要 | 汎用性、遠隔対応、自動化およびデータ記録への適性 |
| 主な考慮事項 | 振動、ヒステリシス、視差、手動読み取り | インパルス配管の詰まり、漏れ、凝縮、校正、レンジ選定 |
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