真空圧力計の選定は正圧計の選定とは論理が異なりますが、外観が同じなので違いが見落とされがちです。目盛は逆方向に進み、レンジは大気圧から始まるのではなく大気圧で終わり、介質は圧縮されるのではなく沸騰することがあり、機械式文字板が出せる分解能はプロセス技術者が本当に気にする真空度のはるか手前で尽きます。本記事では四つの圧力基準とその読み方、ISO 3529 の分類による真空度と感圧素子の対応、連成計のレンジ配分の考え方、そして機械式真空計が電子式に引き継ぐべき境界を明確に示します。
真空計が測るもの、そしてなぜ「逆向きの圧力計」ではないのか
真空計とは、周囲の大気圧より低い側を読む計器です。通常の圧力計と同じく大気に対する相対値を測るため、目盛は 0 から下がって理論的な最小値 −1 bar、すなわちプロセス側に何も存在しない点まで進みます。この一文に、選定を左右する三つの違いが含まれています。
- スパンの一端が固定されている。正圧計はフルスケールを自由に指定できますが、純粋な真空計は必ず −1 bar（−1000 mbar、−760 mmHg、−29.92 inHg）で終わります。大気圧が利用できる最大の差圧だからです。分解能を上げるためにスパンを買い足すことはできません。
- 破損モードが変わる。過圧は弾性素子を外側へ破裂させますが、真空は逆方向へ引き、正圧レンジ用に設計されたブルドン管はその方向に比較的弱くなります。定格のない計器で満真空まで繰り返し引くと、外見上の損傷が出るずっと前に永久的な零点ずれが生じます。
- 介質が相変化しうる。圧力を下げれば沸点も下がります。1 bar では安定している液体が真空下の導圧管でフラッシュし、蒸気は冷たい配管で再凝縮します。同じプロセスの正圧側では、どちらも起きません。
したがって選定は、正圧では決して生じない問いから始まります。真空は実際どこまで深いのか、そして機械式文字板でそれを分解できるのか。
真空計・連成計のレンジを見る143以上の工業用ゲージを見る→四つの圧力基準を一枚の表に
真空仕様の誤りの多くは基準の取り違えです。数値は正しく、基準が違う。日常的に使われる基準は四つあり、連成計はそのうち二つにまたがります。
| 基準 | 零点 | 代表的な目盛 | 満真空時の指示 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| ゲージ圧 | 周囲大気 | 0 〜 +N bar | 該当なし | 通常の正圧用途 |
| 真空（負のゲージ圧） | 周囲大気 | −1 〜 0 bar、または 0 〜 −1000 mbar | −1 bar | 吸込配管、真空ポンプ、保持系 |
| 連成圧 | 周囲大気 | −1 〜 0 〜 +N bar | −1 bar | 大気圧を双方向に跨ぐプロセス |
| 絶対圧 | 完全真空 | 0 〜 N bar a / mbar a | 0 bar a | 沸点制御、凍結乾燥、標高に依存しない指示 |
多くの議論を解決する換算式は 絶対圧 = ゲージ圧 + 周囲大気圧、標準大気圧は 1013.25 mbar とします。したがって真空計が −0.8 bar を示していれば約 213 mbar 絶対、100 mbar 絶対と規定された蒸留塔は真空目盛でおよそ −0.91 bar に相当します。
真空基準と絶対基準の実務上の違いは、基準そのものの安定性です。真空計は周囲大気を基準にするため、指示は天候と設置標高によって動きます。標高 1500 m では同じ物理状態が数十 mbar 違って読まれます。プロセスが液体の沸点で制御される場合、この基準の変動は許容できず、正しい仕様は補正を加えた真空計ではなく絶対圧計です。
真空度と対応する感圧素子
真空は桁ごとに分類され、最も一般的なのは ISO 3529 / DIN 28400 の区分です。弾性素子——ブルドン管、ベローズカプセル、ダイヤフラム——は差圧が生む力を測りますが、その力は絶対圧が零に近づくにつれ消えていきます。これは品質の問題ではなく物理的な天井であり、素子選定と技術方式の選定は同じ一つの判断です。
| 真空度 | 絶対圧 | 適した測定方式 | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|
| 低真空（粗真空） | 1000 〜 1 mbar | 桁の上側はブルドン管、最後の 100 mbar を読む必要があればカプセルまたはダイヤフラム素子 | ポンプ吸込、真空搬送、充填・包装、真空吸着、冷媒の粗引き |
| 中真空（細真空） | 1 〜 10⁻³ mbar | 電子式：ピラニ／熱伝導真空計、静電容量式ダイヤフラム真空計 | 凍結乾燥、真空乾燥、脱気、成膜の前引き |
| 高真空 | 10⁻³ 〜 10⁻⁷ mbar | 電離真空計 | 薄膜成膜、分析機器 |
| 超高真空 | 10⁻⁷ mbar 未満 | 専用電離真空計 | 研究、半導体プロセスチャンバ |
つまり機械式文字板の計器は粗真空の桁だけを担当し、それより下は担当できません。その桁の内部でも素子の別は重要です。ブルドン管は剛性が高く −1〜0 bar のスパンで実用的な指示を与えますが、満真空へ向かう最後の区間ではほとんど感度がありません。カプセル素子は二枚の波形ダイヤフラムを外縁で溶接したもので、小さな差圧で大きく変位し、1 mbar あたりの動きがブルドン管よりはるかに大きくなります。0〜−600 mbar のような目盛や mbar 単位のレンジを意味のある形で読む必要がある場合は、これが正解です。介質が腐食性であったり粒子を含む場合は、感度ではなく材質の理由からダイヤフラム式またはダイヤフラムシールに移ります。
ブルドン管・ダイヤフラム・カプセル素子を比較する→連成計の選定：レンジをどう配分するか
連成計は大気圧の両側を読みます。真空引きしてから加圧するプロセスや、停止時に正圧へ転じうる吸込配管に必要な機能です。負圧側は −1 bar で固定されており、選べるのは正圧側だけ。その選び方は正圧計とまったく同じで、最大想定圧力をとり、圧力計レンジ計算のルールを適用し、標準レンジへ切り上げます。
技術者が過小評価しがちな帰結は、正圧側が真空側に及ぼす影響です。精度等級はスパン全体に対する百分率であり、連成計のスパンには真空側の 1 bar が含まれます。同じ −0.8 bar の吸込状態を見ている三つの計器を比べてみます。
| 計器 | 全スパン | 1.6 級の許容誤差 | −0.8 bar 指示時の誤差割合 |
|---|---|---|---|
| −1〜0 bar 真空計 | 1 bar | ±0.016 bar | ±2% |
| −1〜+3 bar 連成計 | 4 bar | ±0.064 bar | ±8% |
| −1〜+24 bar 連成計 | 25 bar | ±0.40 bar | ±50% |
−1/+24 bar の連成計は「系を引き切ってから充填した」ことを確認する計器としては何の問題もありません。しかし真空度を制御する計器ではありません。−0.8 bar における誤差は指示値の半分に達し、真空域全体が目盛弧のわずか約 4% しか占めないからです。ここから導かれる規則は明快です。正圧側を広くとるほど、真空側は粗くなる。深い真空と高い正圧の双方を正確に測る必要があるなら、答えは広いレンジの連成計一台ではなく計器二台です。等級を運転点の誤差に換算する方法は精度等級選定ガイドを参照してください。
真空下での介質の挙動
圧力を下げれば沸点が下がり、真空計への接続配管はたいてい系内で最も冷たく淀んだ部分になります。実務では三つの帰結が繰り返し現れます。
配管内での気化と凝縮
水は 100 mbar 絶対でおよそ 45 °C、10 mbar でおよそ 7 °C で沸騰します。真空乾燥や蒸発工程では、導圧管に持ち込まれた液体がフラッシュし、冷たい区間で再凝縮して液柱を残し、指示を鈍らせるか完全に塞ぎます。液の持ち込みが起きうる場合は取出口より上に計器を設置し、配管を短くし、ポケットを作らないでください。
溶剤蒸気・プロセス蒸気
化学・製薬プラントの真空用途はしばしば溶剤蒸気を伴い、エラストマーを侵し、はんだ接合部を透過します。蒸気が侵食性である場合、あるいはプロセスを汚染してはならない場合は、ダイヤフラムシールで弾性素子を溶接膜の背後に隔離し、封入液は温度範囲とプロセス適合性で選定します。トレードオフに注意してください。シールは自身の誤差を加え応答を遅くするので、既定で付けるのではなく材質上の理由から指定すべきです。
粉体と同伴
真空搬送、乾燥、ろ過はいずれも固体を動かし、ブルドン管はきれいに詰まるのではなく粉で満たされます。フラッシュダイヤフラム接続なら固体が溜まる死容積をなくせます。導圧管にフィルタを付ける場合は、半ば閉塞したフィルタが圧力計を遅い平均器に変え、実際の過渡変化に指示が遅れることを忘れないでください。
接続部の温度は正圧側と同じだけの注意に値します。真空乾燥、蒸発、CIP はいずれも高温の介質を計器の前まで運び、基準温度から離れた一度ごとに、精度等級に含まれない誤差が加わります。
ケース、安全形式、機械的限界
EN 837-1 が定める安全形式——ソリッドフロント＋ブローアウトバックのケースを含む——は、弾性素子が過圧で破損したときに放出されるエネルギーを導くために存在します。これは連成計の正圧側から指定されるものであり、真空用途で計器を守る仕組みではありません。真空側では別の三点が重要です。
- 満真空定格があるか確認する。正圧レンジの計器がすべて −1 bar まで引かれることに耐えるわけではありません。ポンプ停止時やドレン時に真空へ入りうる配管では、この条件を仕様書に明記させ、前提にしないでください。
- 封入型ではケースの通気を確認する。封入ケースは輸送のため密閉され、試運転時に補償弁で通気します。密閉のままだと周囲温度の変化と標高で零点がずれます。真空文字板ではスパン全体がわずか 1 bar なので、小さな零点誤差が大きな百分率になり、特に紛らわしい不具合になります。
- 素子のオーバートラベル限界を尊重する。真空側のストッパに繰り返し指針を突き当てると、永久的な零点ずれが残ります。系が日常的に目盛を振り切るなら、レンジか素子種別が誤っています。
ケース材質と保護等級は他の用途と同じ考え方で選びます。腐食性雰囲気や洗浄環境ではステンレス、屋外では IP 等級付き筐体、運転中の真空ポンプ上や近傍ではグリセリン封入——真空ポンプは機械室で最も振動の大きい機械のひとつです。
真空計・連成計が実際に使われる場面
工業における機械式真空測定の大半は四つの用途に集約され、いずれにも見落としやすい仕様上の要点があります。
ポンプ吸込の監視
遠心ポンプ吸込側の連成計（一般に −1〜+1.5 bar または −1〜+3 bar）は、キャビテーションが羽根車を傷める前にストレーナ閉塞、吸込弁の閉まり、供給液位の低下を示します。この計器は NPSH を測るものではありません（NPSH は蒸気圧に対する計算上の余裕です）が、示すトレンドは最も早く目に見える兆候です。吸込側と吐出側の計器をどう組み合わせるかは遠心ポンプの圧力計選定を参照してください。
冷凍・空調サービス
マニホールドゲージセットが連成文字板を使うのは、低圧側配管が真空引き中は真空に、運転・充填時は正圧になるからです。連成計は引き始めたことを確認し、後で充填量を確認しますが、真空引きの合否は判定できません。冷媒作業は接液材質と目盛も制約します。A2L 冷媒は混合組成に合わせた圧力-温度目盛を必要とするためです。
真空乾燥・蒸留・蒸発
ここでの制御量は沸点であり、沸点は絶対圧に依存します。現地大気を基準とする真空計はポンプの監視には使えますが、プロセス計器は mbar a 単位の絶対圧計であるべきで、設定値がおよそ 50 mbar を下回れば通常は電子式が必要になります。
真空搬送・包装・コンベヤ
吸着パッド、真空コンベヤ、包装機は大気圧より数百 mbar 低い領域で動きます。ここでは mbar 目盛のカプセル式真空計のほうが −1〜0 bar のブルドン管文字板よりはるかに読みやすくなります。作業域が目盛の三分の一ではなく大部分を占めるからです。
機械式真空計にわからないこと
以下の境界は仕様書に書き込む価値があります。いずれも、計器が見ることのできない問題の責任を計器が負わされた実例だからです。
- 深い真空引きの合否は判定できない。冷凍や製薬の真空引き目標はミクロン水銀柱で示されます。500 ミクロンは 0.667 mbar 絶対、ゲージ圧でおよそ −1.013 bar です。スパン 1 bar の −1〜0 bar 文字板では、1.6 級の計器に ±16 mbar が許容されます——目標値そのものの約二十四倍です。正しい計器はサーミスタ式またはピラニ式のミクロン真空計であり、文字板径や精度等級では変わりません。
- 気密性は証明できない。指針が動かないのは、その計器の分解能で見えるほど速くは真空を失っていない、というだけです。漏れ試験は圧力上昇率法またはトレーサガス法の測定です。
- 真空と絶対圧を区別できない。基準が天候と標高で動きます。プロセスが沸点で決まるなら絶対圧計を使ってください。
- 介質適合性、最大想定圧力、ループの安全機能は確認できない。接液材質、故障時に到達しうる最高圧力、安全関連用途の可否は、そのプロセスに責任を持つ技術者が確認する必要があります。
これらの境界の内側で使う限り、機械式計器は粗真空の桁における正しい答えです。電源が要らず、機械室の環境に耐え、トレンドが一目でわかります。Manogauge は −1 bar 〜 +600 bar の全域にわたる真空計・連成計を、NS 50〜NS 160 の文字板、ブルドン管およびカプセル素子、鋼およびステンレスケースで、ISO 9001 の品質システムのもと EN 837-1 の寸法と等級限界に従って製造しています。健全な真空圧力計の選定は、確認された三つの数値——最も深い真空、最も高い正圧、運転点でプロセスが本当に必要とする分解能——に、文字板でそれが実現できるのかという率直な判断を加えたものに帰着します。
まとめ
- 真空計は大気基準で -1 bar で終わるためスパンが固定されており、自由に選べるのは連成計の正圧側だけです。
- 精度等級はスパン全体に適用されます。-1/+24 bar の 1.6 級連成計は ±0.4 bar、-0.8 bar 指示では ±50% に相当します。
- 機械式文字板が担うのは粗真空の桁（1000〜1 mbar）で、1 mbar 絶対より下はピラニ式や静電容量式が必要です。
- 500 ミクロンの真空引き目標は 0.667 mbar 絶対で、1.6 級の真空文字板が分解できる値より約二十四倍細かく、ミクロン真空計が必要です。
- 真空下では介質が導圧管内で気化・凝縮しうるため、取付位置、ダイヤフラムシール、粉体対策は正圧側より重要になります。
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よくある質問
空調技術者はどんなときに連成計を使い、どんなときに単独の真空計を使うべきですか？
通常運転で配管が大気圧を跨ぐ場所には連成計を使います。サービス時に真空引きし運転時は正圧になる冷凍低圧側や、停止時に正圧へ転じうるポンプ吸込などです。真空度そのものが制御量である場合は専用の真空計を使ってください。連成文字板では真空域全体が目盛弧のごく一部しか占めず、全スパンで計算される等級誤差が必要な分解能より大きくなることが多いためです。
-1〜+24 bar の連成計は本当に -1 bar まで測れますか？
機械的には -1 bar に届きますが、そこで分解することはできません。等級誤差は 25 bar の全スパンで計算されるため、1.6 級では文字板のどこでも ±0.4 bar が許容され、-0.8 bar 指示ではその半分に相当します。真空域が占める目盛弧も約 4% にすぎません。広いレンジの連成計は「真空が存在することの確認」と考え、数値が重要なときは専用の -1〜0 bar または mbar 計器を使ってください。
真空計と絶対圧計の違いは何ですか？
真空計は周囲大気を基準とし、大気圧で 0、満真空で -1 bar を示します。絶対圧計は完全真空を基準とし、海面上で約 1013 mbar a、満真空で 0 を示します。真空計の基準は天候と標高で動くため、沸点で制御されるプロセス——蒸留、凍結乾燥、蒸発——は真空指示に補正を加えるのではなく mbar 絶対で規定すべきです。
ポンプ吸込側にはなぜ真空計や連成計が必要なのですか？
ポンプが低い位置から吸い上げるとき、あるいは絞りを通して吸うとき、吸込側は大気圧を下回ります。正圧レンジの計器はストッパに当たったまま何も示しません。-1〜+1.5 bar や -1〜+3 bar の連成計なら、ストレーナ閉塞、吸込弁の絞り、供給液位の低下がトレンドとして見え、キャビテーションの最も早い実用的な警告になります。ただし利用可能 NPSH は測れません。それは液の実温度における蒸気圧から計算する値です。
冷媒系のミクロン級真空引きを普通の連成計で判定できますか？
できません。真空引き目標はミクロン水銀柱で示され、500 ミクロンは 0.667 mbar 絶対、ゲージ圧で約 -1.013 bar に相当します。-1〜0 bar 文字板のスパンは 1 bar なので、1.6 級でも ±16 mbar の誤差が許容され、目標値全体の約二十四倍になります。マニホールドの連成計は引きが進んでいることを示すだけで、結果の判定はサーミスタ式またはピラニ式のミクロン真空計、保持の確認は圧力上昇率試験で行います。
ミリバール級の真空レンジにはどの感圧素子が適していますか？
カプセル素子です。二枚の波形ダイヤフラムを外縁で溶接した構造で、1 mbar あたりの変位がブルドン管よりはるかに大きく、0〜-600 mbar や 0〜-1000 mbar といったレンジで読み取れる目盛を実現します。ブルドン管は剛性が高く、同じ計器で相当な正圧レンジも担う必要がある場合に適しています。介質が腐食性・高粘度・粒子含有であれば判断基準は接液材質に移り、ダイヤフラム式またはダイヤフラムシール構造になります。