適切な機械式圧力計を選定するには、内部の受圧エレメントをプロセス流体や圧力プロファイルに正確に適合させる必要があります。外側のケースが環境からの保護を担う一方、内部の弾性エレメント（ブルドン管、ダイアフラム、またはカプセル）が、計器の測定範囲、過圧耐性、そして高粘度または腐食性流体への適合性を決定します。エレメントの選定を誤ると、早期の疲労破壊、測定ドリフト、あるいは壊滅的な破損につながります。この技術資料では、産業用途で用いられる主要な3つの機械式圧力検知技術について、その動作原理、材質の制約、および規格への準拠基準を詳述します。
ブルドン管式受圧エレメント (EN 837-1)
ブルドン管は、楕円形の断面を持つ半径方向に成形された管です。内部のプロセス圧力が増加すると、断面が円形に近づこうとし、管が真直になろうとします。この微細な動きが、機械式のムーブメント機構を介して指針に伝達されます。要求される圧力範囲に応じて、ブルドン管は3つの異なる形状で製造されます：C形（通常60 barまでの圧力に使用）、スパイラル形（中圧用）、そしてヘリカル形（最大6000 barまでの極高圧用）です。
EN 837-1、ASME B40.100、およびGB/T 1226-2017で規格化されているブルドン管圧力計は、一般的な産業用途における決定的な業界標準です。精度等級は通常フルスケールの1.0%から1.6%の範囲で、精密試験用圧力計では最大0.1%の精度を達成します。ブルドン管の主な利点は、広大な圧力スペクトルにわたる高い精度と優れた再現性です。
しかし、ブルドン管は密閉された先端部に固有の滞留部（デッドスペース）を持ちます。そのため、清浄で結晶化しない液体および気体にのみ適しています。高粘度、スラリー状、または結晶化しやすい流体には全く適していません。これらの流体は管の滞留部で停滞し、詰まりや永久変形、あるいは完全な機械的故障を引き起こします。さらに、ブルドン管は急激な圧力脈動による疲労に非常に弱いため、動的なアプリケーションではグリセリン入ケースや内部絞り（スロットルスクリュー）の使用が必要となります。
圧力計カタログを見る →143以上の工業用ゲージを見る→ダイアフラム式受圧エレメント (EN 837-2)
ダイアフラムエレメントは、2つの頑丈なフランジの間に同心円状に挟み込まれた、波形の円形膜で構成されます。下側からプロセス圧力が加わると、ダイアフラムが上方にたわみ、ムーブメント機構を動かします。EN 837-2に準拠するダイアフラム圧力計は、0から40 barをカバーする低圧から中圧の範囲に特化して設計されています。標準的な精度等級は一般的に1.6%または2.5%であり、波形膜の非線形なたわみ特性のため、ブルドン管よりわずかに低くなります。
ダイアフラムエレメントの主な技術的利点は、滞留部がなく、受圧面積が大きいことです。この形状により、ブルドン管を即座に閉塞させてしまうような高粘度、結晶化しやすい、またはスラリー状の流体にとって決定的な選択肢となります。オープンフランジ接続と組み合わせることで、ダイアフラムはプロセス流体と面一になり、流体が蓄積する可能性のある空洞を排除します。
さらに、ダイアフラムエレメントは優れた過圧保護性能を提供します。上部フランジを波形ダイアフラムの正確な輪郭に合わせて機械加工することにより、圧力スパイクにさらされた際にエレメントを完全に支持することができます。これにより、ダイアフラム圧力計は永久変形することなく、フルスケール値の5倍から10倍の過圧に耐えることができます。これは、標準的なブルドン管では再現不可能な能力です。
カプセル式受圧エレメント (EN 837-2)
カプセルエレメントは、2枚の波形ダイアフラムを外周で溶接し、密閉され膨張可能な内部空洞を形成することで構成されます。プロセス圧力は中央のポートを介してカプセルの中心に導入され、両方のダイアフラムが同時に外側に膨張します。この両面の膨張により、単一のダイアフラムエレメントと比較して、非常に低い圧力で大幅に大きな機械的ストロークが生成されます。
同じくEN 837-2に分類されるカプセル圧力計は、0から600 mbarの範囲をカバーする微圧測定専用に設計されています。代表的な精度等級は1.6%から2.5%の範囲です。これらのエレメントは非常に高感度であり、燃焼装置、クリーンルームのHVAC監視、医療用ガス供給など、精密なドラフト圧測定を必要とするアプリケーションで一般的に使用されます。
カプセルの内部空洞は非常に狭く、排出や洗浄が不可能なため、これらのエレメントは乾燥した清浄な気体媒体にのみ適しています。カプセル圧力計に液体を導入すると、毛細管現象によって液体が波形内に保持されてしまいます。これにより、液体の付加質量による深刻な測定ドリフトが発生し、最終的には内部腐食や機械的故障につながります。
無料見積もりを依頼するエンジニアが24時間以内に返答→材質選定と流体適合性
腐食による破損を防ぐため、受圧エレメントの接液部材質はプロセス流体に厳密に適合させる必要があります。標準的なブルドン管は、非腐食性の環境向けには銅合金（青銅など）から、過酷な産業用途向けには316L SS（ステンレス鋼）から引き抜き加工されます。しかし、特殊合金からブルドン管を引き抜くことは冶金学的に複雑で、微小亀裂が発生しやすく、非常に高コストになります。
ダイアフラムエレメントは、平らな膜が板金から容易にプレス加工できるため、腐食性の高いアプリケーションで優れています。これにより、特殊合金をコスト効率よく利用することが可能になります。ダイアフラム圧力計の代表的な接液部材質は以下の通りです：
- 316L SS: 一般的な腐食環境向けの標準材質。
- Hastelloy C-276: 局部腐食や酸化性の酸に対して高い耐性を持つ。
- Titanium Grade 2: 塩素ガスや海水用途に最適。
- Monel 400: フッ化水素酸や酸素サービス向けに指定される。
さらに、金属エレメントを破壊するような強酸に耐えるため、ダイアフラムにPTFEやタンタルのライニングを施すことも可能です。カプセルエレメントは、その低圧要件から、ミリバール範囲での弾性とヒステリシス回復性を最大化するために、一般的に316L SSまたは特殊なベリリウム銅合金から製造されます。
受圧エレメント選定マトリクス
プラントエンジニアやB2B販売代理店は、以下の技術マトリクスを利用して、プロセスパラメータに基づき適切な受圧エレメントを選定することができます。正しいエレメントを選択することで、EN 837規格への準拠を確実にし、計器の運用寿命を最大化します。
| パラメータ | ブルドン管 (EN 837-1) | ダイアフラム (EN 837-2) | カプセル (EN 837-2) |
|---|---|---|---|
| 圧力範囲 | 0 ～ 6000 bar | 0 ～ 40 bar | 0 ～ 600 mbar |
| 代表的な精度 | 0.1% ～ 1.6% | 1.6% ～ 2.5% | 1.6% ～ 2.5% |
| 流体の状態 | 清浄な液体・気体 | 液体、気体、スラリー | 乾燥気体のみ |
| 高粘度・スラリー流体 | 不適（詰まり発生） | 最適（オープンフランジ） | 不適 |
| 過圧安全性 | 低～中程度 | 非常に高い（フランジ支持） | 低い |
| 接液部材質 | 青銅, 316L SS, Monel | 316L SS, Hastelloy, Titanium | 青銅, 316L SS |
動的負荷と環境に関する考慮事項
流体適合性や圧力範囲に加え、使用環境もエレメント選定に大きく影響します。高周波の振動や急激な圧力脈動にさらされたブルドン管は、加工硬化を起こし、最終的に疲労破壊に至ります。このような環境では、ムーブメントを潤滑し、管の振動を抑制するために、計器ケースにダンピング液（通常はグリセリンまたはシリコンオイル）を充填する必要があります。
ダイアフラムおよびカプセルエレメントは、一般的に液体封入されません。水平なダイアフラムやカプセルの上に乗る封入液の質量が、特に低圧範囲（2.5 bar未満）で大きなゼロ点シフトを引き起こす可能性があるためです。高振動環境でダイアフラム圧力計を使用する必要がある場合は、エンジニアはダンパー付きムーブメントを備えたドライケースを指定するか、リモートキャピラリーチューブ（導圧管）を利用して計器を振動源から隔離すべきです。
Key takeaways
- 清浄な液体・気体を扱う最大6000 barまでの標準的な高圧アプリケーションには、ブルドン管 (EN 837-1) を指定します。
- 最大40 barまでの高粘度、結晶化しやすい、またはスラリー状の流体には、滞留部での詰まりをなくすためダイアフラムエレメント (EN 837-2) を使用します。
- 0～600 mbarの低圧・乾燥気体の測定には、毛細管現象による液体残留を防ぐため、厳密にカプセルエレメントを使用します。
- 腐食性の高いプロセスで、Hastelloyやチタンなどの特殊な接液部材質が必要な場合は、ダイアフラムエレメントを選択します。
Часто задаваемые вопросы
What is the main difference between Bourdon tube and diaphragm pressure gauges?
Bourdon tube gauges work by pressure uncoiling a curved tube and suit high-pressure clean media (up to 6000 bar). Diaphragm gauges use a flexible membrane deflection and are designed for low pressures (<40 bar) with viscous, corrosive, or slurry media where dead-space clogging is a concern.
What pressure range can a capsule gauge measure?
Capsule elements operate effectively from 0–1 mbar up to 600 mbar. They are purpose-built for very low-pressure dry gas measurement. Above 600 mbar, the dual-diaphragm design becomes inefficient and a standard Bourdon tube is preferred.
Can a Bourdon tube gauge measure corrosive media?
Yes — specify 316L stainless steel or Hastelloy C-276 Bourdon tubes for moderately to highly corrosive media. For extremely aggressive liquids (acids, chlorides), add a diaphragm seal with PTFE fill fluid to isolate the Bourdon element from direct contact.
Why does vibration damage Bourdon tube gauges?
Continuous vibration causes work hardening and fatigue cracking in the Bourdon tube material. In vibrating environments, specify a liquid-filled gauge (glycerine or silicone fill) which dampens pointer flutter, reduces internal wear, and extends service life by 3–5×.
Which gauge type is required for ATEX explosive-atmosphere service?
Any gauge can be ATEX-certified — the certification applies to the enclosure, not the sensing element type. However, diaphragm gauges are often preferred in chemical ATEX zones because they eliminate the Bourdon tube socket cavity where process residue could accumulate and create ignition risk.