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圧力測定とは、流体（液体または気体）が表面に及ぼす単位面積あたりの力を測定することです。圧力は通常、国際単位系（SI）のパスカル単位で表されます。圧力と真空の測定には、多くの技術が開発されてきました。圧力を機械的に測定および表示する機器は、圧力計、真空計、または複合計（真空と圧力）と呼ばれます。広く使用されているブルドン管圧力計は、測定と表示の両方を行う機械装置であり、おそらく最もよく知られているタイプの圧力計です。
真空計は、周囲の大気圧（ゼロ点）よりも低い圧力を負の値で測定するために使用されます（例えば、-1 bar または -760 mmHgは完全な真空に相当します）。ほとんどの真空計は、大気圧をゼロ点として圧力を測定するため、この形式の測定値は単に「ゲージ圧」と呼ばれます。ただし、完全な真空よりも大きい圧力は、厳密には圧力の一種です。非常に低い圧力を測定するには、完全な真空をゼロ点として基準とする真空計を使用する必要があり、その圧力測定値は絶対圧として表示されます。
圧力測定の他の方法としては、圧力測定値を遠隔の指示器や制御システムに送信できるセンサー（テレメトリ）を用いる方法がある。
日常的な圧力測定、例えば自動車のタイヤ空気圧などは、通常、周囲の気圧を基準として行われます。その他の場合、測定は真空またはその他の特定の基準を基準として行われます。これらの基準を区別する際には、次の用語が使用されます。
ゼロ基準は通常、文脈から暗黙のうちに示されており、これらの言葉は明確化が必要な場合にのみ追加されます。タイヤの空気圧と血圧は慣例としてゲージ圧ですが、大気圧、深真空圧、高度計圧は絶対圧でなければなりません。
流体が密閉系内に存在するほとんどの作動流体では、ゲージ圧測定が主流です。システムに接続された圧力計は、現在の大気圧に対する相対圧力を示します。極端な真空圧を測定する場合は状況が変わり、通常は絶対圧が使用され、使用される測定機器も異なります。
差圧は、工業プロセスシステムで一般的に使用されています。差圧計には2つの入口ポートがあり、それぞれが圧力を監視する対象となる容積に接続されています。事実上、このような計器は機械的な手段によって減算という数学的演算を実行するため、オペレーターや制御システムが2つの別々の計器を監視して読み取り値の差を判断する必要がなくなります。
中程度の真空圧の測定値は、適切な文脈がないと曖昧になることがあります。これは、負の符号がない絶対圧またはゲージ圧を表している可能性があるためです。したがって、26 inHgゲージの真空は 、30 inHg（標準大気圧）− 26 inHg（ゲージ圧）として計算される4 inHgの絶対圧に相当します。
大気圧は通常、海面では約100kPaですが、高度や天候によって変化します。流体の絶対圧力が一定であれば、同じ流体のゲージ圧力は大気圧の変化に応じて変化します。例えば、車が山を登るとき、大気圧が下がるため、タイヤのゲージ圧力は上昇します。タイヤ内の絶対圧力は実質的に変化しません。
大気圧を基準とする場合、通常は圧力単位の後にゲージを表す「g」を付けます（例：70 psig）。これは、測定された圧力が全圧から大気圧を引いた値であることを意味します。ゲージ基準圧力には、ベントゲージ（vg）とシールゲージ（sg）の2種類があります。
例えば、通気式ゲージ圧力トランスミッターは、通気ケーブルまたは装置側面の穴を通して、圧力検出ダイヤフラムの負圧側に外気圧を曝すことで、常に周囲の気圧を基準とした圧力を測定します。したがって、通気式ゲージ基準圧力センサーは、プロセス圧力接続部が外気に対して開放されている場合、常にゼロ圧力を示すはずです。
密閉型圧力計は、ダイヤフラムの負圧側が密閉されている点を除けば、非常によく似ています。これは通常、油圧などの高圧領域で採用されます。このような領域では、大気圧の変化が読み取り精度に与える影響はごくわずかであるため、通気は不要です。また、これにより、一部のメーカーは、一次圧力検出ダイヤフラムの破裂圧力を超えた場合に備え、圧力機器の安全性を高めるための追加措置として、二次的な圧力封じ込め機構を設けることができます。
密閉型ゲージ基準を作成する別の方法として、検出ダイヤフラムの裏側に高真空を密閉する方法があります。こうすることで出力信号がオフセットされ、圧力センサーは大気圧を測定する際にほぼゼロの値を読み取るようになります。
密閉型ゲージ式基準圧力変換器は、大気圧が常に変化しており、この場合の基準圧力が1バールに固定されているため、正確にゼロを示すことはありません。
絶対圧センサーを製造するには、メーカーは検出ダイヤフラムの背後を高真空状態に密閉します。絶対圧トランスミッターのプロセス圧力接続部が大気に開放されている場合、実際の気圧が読み取られます。
密閉型圧力センサーは、ゲージ式圧力センサーと似ていますが、周囲の大気圧（場所や天候によって変化する）ではなく、ある一定の圧力に対する相対圧力を測定する点が異なります。
人類の歴史の大部分において、空気などの気体の圧力は無視され、否定され、あるいは当然のこととされてきた。しかし、紀元前6世紀にはすでに、ギリシャの哲学者ミレトスのアナクシメネスは、すべてのものは圧力の変化によって変化する空気でできていると主張した。彼は水が蒸発して気体になる様子を観察し、これが固体にも当てはまると考えた。空気が凝縮すると物体は冷たく重くなり、膨張すると物体は軽く熱くなる。これは、気体が実際に温度が高くなると密度が低くなり、温度が低くなると密度が高くなるのと似ている。
17世紀、エヴァンジェリスタ・トリチェリは水銀を用いた実験を行い、空気の存在を測定した。彼は片端が閉じたガラス管を水銀の入ったボウルに浸し、閉じた端を水銀から引き上げ、開いた端は水銀に浸したままにした。水銀の重みで管は引き下げられ、反対側の端に部分的な真空が生じた。これにより、空気／気体には質量があり、周囲の物体に圧力をかけるという彼の考えが裏付けられた。それまで、ガリレオでさえも、空気は無重力であり、サイフォンのように真空が力を生み出すという結論が一般的だった。この発見は、トリチェリが次の結論に至るのに役立った。
私たちは、疑いの余地のない実験によって重さを持つことが知られている、空気という元素からなる海の底に沈んで暮らしている。
この実験はトリチェリの実験として知られており、実質的には記録に残る最初の圧力計であった。
ブレーズ・パスカルはさらに研究を進め、義理の兄弟に山のさまざまな高度で実験をさせ、実際に大気の海の下に行くほど気圧が高くなることを発見した。
圧力のSI単位はパスカル（Pa）で、1平方メートルあたり1ニュートン（N·m −2または kg·m −1 ·s −2）に等しい。この特別な名称は1971年に追加された。それ以前は、SI単位系では圧力はN·m −2などの単位で表されていた。ゼロ基準を示す場合は、単位の後に括弧で示す。例えば、101 kPa（絶対値）。ポンド毎平方インチ（psi）は、例えばタイヤの空気圧の測定など、米国とカナダで今でも広く使われている。測定のゼロ基準を示すために、psi単位に文字が付加されることが多い。絶対値の場合はpsia、ゲージ値の場合はpsig、差圧の場合はpsidである。ただし、この慣習はNISTによって推奨されていない。[ 3 ]
圧力はかつてマノメーター内の液柱を押し出す能力によって測定されることが一般的であったため、圧力は特定の流体の深さ（例えば、水柱インチ）で表されることがよくあります。マノメーターによる測定は、圧力ヘッド計算の対象となります。マノメーターの流体として最も一般的なのは水銀（Hg）と水です。水は無毒で入手しやすく、水銀は密度が高いため、一定の圧力を測定する際に液柱を短く（つまり、より小さなマノメーターで）測定できます。マノメーターに水を使用するゲージや測定器には、「WC」という略語または「水柱」という語がよく印刷されています。
流体の密度と重力は、局所的な要因によって測定値ごとに変化するため、液柱の高さだけでは圧力を正確に定義することはできません。したがって、「水銀柱ミリメートル」や「水銀柱インチ」で測定された値は、流体の密度と重力の局所的な要因に注意を払えば、SI単位に変換できます。温度変化は流体の密度の値を変化させ、場所によって重力は変化します。
もはや主流ではありませんが、これらの圧力単位は多くの分野で依然として使用されています。血圧は世界のほとんどの地域で水銀柱ミリメートル（トルを参照）で測定され、中心静脈圧と肺圧はCPAP装置の設定などで水柱センチメートルで測定されるのが一般的です。天然ガスパイプラインの圧力は水柱インチで測定され、「インチWC」と表記されます。
水中ダイバーはマノメーター単位を使用します。周囲の圧力はメートル海水（msw）単位で測定され、これは1バールの10分の1に等しいと定義されています。 [ 4 ] [ 5 ]米国で使用される単位はフィート海水（fsw）で、標準重力と海水密度64 lb/ft 3に基づいています。米国海軍潜水マニュアルによると、1 fswは0.30643 mswに相当します。0.030 643バール 、または0.444 44 psi 、[ 4 ] [ 5 ]ただし、他の箇所では33 fswと記載されている。14.7 psi (1気圧) で、1 fsw は約 0.445 psi に相当します 。[ 6 ] msw と fsw は、減圧表で使用されるダイバーの圧力曝露の測定の慣習的な単位であり、ニューモファトメーターと高圧チャンバー圧力計の校正単位です。[ 7 ] msw と fsw はどちらも通常の気圧に対して測定されます。
真空システムでは、トル（水銀柱ミリメートル）、ミクロン（水銀柱マイクロメートル）[ 8 ] 、および水銀柱インチ（inHg ）の単位が最も一般的に使用されます。トルとミクロンは通常絶対圧力を示し、inHgは通常ゲージ圧力を示します。
大気圧は通常、ヘクトパスカル (hPa)、キロパスカル (kPa)、ミリバール (mbar)、または気圧 ( atm ) で表されます。アメリカとカナダの工学では、応力はしばしばkipで測定されます。応力はスカラーではないため、真の圧力ではありません。cgs 単位系では、圧力の単位はバリ(ba) で、1 dyn·cm −2に等しくなります。mts単位系では、圧力の単位はpiezeで、1 sthene /平方メートルに等しくなります。
mmHg/cm 2やグラム力/cm 2 (力の単位を正しく明示せずにkg/cm 2と表記される場合もある)など、他にも多くのハイブリッド単位が使用されています。SI では、キログラム、グラム、キログラム力、グラム力 (またはそれらの記号) を力の単位として使用することは禁止されています。SI における力の単位はニュートン (N) です。
静止流体では、静圧はあらゆる方向に均一であるため、圧力測定は方向に依存しません。しかし、流れは流れの方向に垂直な面に追加の圧力を加え、流れの方向に平行な面にはほとんど影響を与えません。このように、動流体における圧力の方向成分を動圧と呼びます。流れの方向に向けられた測定器は、静圧と動圧の合計を測定します。この測定値を全圧または停滞圧と呼びます。動圧は静圧を基準としているため、ゲージ圧でも絶対圧でもなく、差圧です。
静圧は管壁にかかる正味荷重を決定する上で最も重要な指標ですが、動圧は流量や対気速度の測定に用いられます。動圧は、流れに平行な方向と垂直な方向の計器間の差圧を測定することで求められます。例えば、航空機のピトー静圧管は、対気速度を測定するためにこの測定を行います。測定器が存在すると必然的に流れが偏向し乱流が発生するため、その形状は精度に大きく影響し、校正曲線はしばしば非線形となります。
圧力センサーは、気体または液体の圧力を測定するための装置です。圧力センサーは、圧力変換器、圧力送信機、圧力センダー、圧力指示器、ピエゾメーター、マノメーターなど、さまざまな名称で呼ばれることがあります。
圧力とは、流体の膨張を止めるのに必要な力を表すもので、通常は単位面積あたりの力で表されます。圧力センサーは通常、変換器として機能し、加えられた圧力に応じて信号を生成します。
圧力センサーは、技術、設計、性能、用途への適合性、コストなど、さまざまな点で大きく異なります。控えめに見積もっても、世界中で圧力センサーを製造している技術は50種類以上、企業は少なくとも300社以上あると考えられます。また、圧力の非常に速い変化を捉えるために、動的モードで測定するように設計された圧力センサーもあります。このタイプのセンサーの用途例としては、エンジンのシリンダー内やガスタービン内の燃焼圧力の測定などが挙げられます。これらのセンサーは一般的に、石英などの圧電材料で作られています。
圧力センサーの中には、特定の圧力でオンまたはオフになる圧力スイッチとして機能させるものがあります。例えば、水ポンプは圧力スイッチによって制御され、システムから水が放出されて貯水槽内の圧力が低下したときに作動するようにすることができます。
圧力範囲、感度、動的応答、コストは、機器の設計によって数桁も異なります。最も古いタイプは、 1643年にエヴァンジェリスタ・トリチェリによって発明された液柱マノメーター（水銀で満たされた垂直管）です。U字管は、1661年にクリスティアーン・ホイヘンスによって発明されました。[ 9 ]
アナログ圧力センサーには、力収集型とその他の型の2つの基本的なカテゴリがあります。
DARTの重要なセンサーは、ブルドン管力コレクタを備えた共振型水晶ひずみゲージである圧力センサーです。[ 17 ] DARTは外洋の海底から津波を検出します。数キロメートルの深さで圧力を測定する場合、圧力分解能は約1mmの水柱です。[ 18 ]
静水圧計（水銀柱マノメーターなど）は、圧力と流体柱の底部における単位面積あたりの静水圧を比較します。静水圧計による測定値は、測定対象の気体の種類に依存せず、非常に直線的な校正となるように設計できます。ただし、動的応答性は劣ります。
ピストン式圧力計は、流体の圧力をバネ（例えば、比較的精度が低いタイヤ空気圧計）または固体のおもりで相殺します。後者の場合、デッドウェイトテスターとして知られ、他の圧力計の校正に使用できます。
液柱圧力計は、両端が異なる圧力にさらされる管内の液柱で構成されています。液柱は、その重量（重力による力）が管の両端間の圧力差（流体圧力による力）と平衡するまで上昇または下降します。非常に単純なバージョンは、液体が半分満たされたU字管で、その片側が測定対象領域に接続され、もう片側に基準圧力（大気圧または真空）が加えられます。液面の差が加えられた圧力を表します。高さh、密度ρの流体柱によって加えられる圧力は、静水圧方程式P = hgρで与えられます。したがって、U字管マノメーターにおける加えられた圧力P aと基準圧力P 0の差は、 P a − P 0 = hgρを解くことによって求めることができます。つまり、液体の両端の圧力（図では青色で示されている）は平衡していなければならない（液体は静止しているため）、したがってP a = P 0 + hgρとなる。
ほとんどの液柱測定では、測定結果は高さhであり、通常は mm、cm、またはインチで表されます。hは圧力ヘッドとも呼ばれます。圧力ヘッドとして表す場合、圧力は長さの単位で指定され、測定流体を指定する必要があります。精度が重要な場合は、液体の密度が温度の関数であるため、測定流体の温度も同様に指定する必要があります。たとえば、圧力ヘッドは、水銀または水がそれぞれ圧力測定流体として使用された場合、「742.2 mm Hg 」または「 59 °F で4.2 in H 2 O 」と表記されることがあります。このような測定値に「ゲージ」または「真空」という語を追加して、大気圧より高いか低いかを区別することができます。水銀柱 mm と水柱インチはどちらも一般的な圧力ヘッドであり、単位変換と上記の式を使用して SI 単位の圧力に変換できます。
測定対象の流体の密度が著しく高い場合、マノメーター作動流体の可動面と圧力測定を希望する位置との間の高さに対して静水圧補正を行う必要がある場合があります。ただし、流体の差圧（例えば、オリフィスプレートやベンチュリ管を挟んだ圧力）を測定する場合は、密度ρから測定対象の流体の密度を差し引いて補正する必要があります。[ 19 ]
どのような流体でも使用できますが、高密度 (13.534 g/cm 3 ) と低蒸気圧のため、水銀が好まれます。凸状のメニスカスは、ガラスを濡らすことによる圧力誤差がないことを意味するため有利ですが、非常にきれいな状況では、水銀がガラスに付着し、強い真空下でも気圧計が固着する可能性があります (水銀は負の絶対圧力を維持できます)。[ 20 ]低圧差の場合は、軽油または水が一般的に使用されます (後者は、インチ水ゲージやミリメートル H 2 Oなどの測定単位を生み出します)。液柱圧力計は、非常に直線的な校正が可能です。液柱内の流体が圧力変化にゆっくりと反応する可能性があるため、動的応答は劣ります。
水銀マノメーターや水銀気圧計の欠点の1つは、その測定値が温度に依存することであり、これはガラス温度計に水銀が使用されていることからも明らかである。
真空を測定する場合、作動液の蒸気圧が高すぎると、作動液が蒸発して真空を汚染する可能性があります。液体の圧力を測定する場合、気体または軽い流体で満たされたループで液体を隔離して混合を防ぐことができますが、これは不要な場合もあります。たとえば、水などの流体の差圧を測定するためにマノメーター流体として水銀を使用する場合などです。単純な静水圧計は、数トル（数100 Pa）から数気圧（約1,200 気圧）までの圧力を測定できます。1,000,000 Pa） 。
単脚液柱マノメーターは、U字管の片側の代わりに大きなリザーバーがあり、細い液柱の横に目盛りが付いています。液柱は、液体の動きをさらに増幅するために傾斜している場合があります。用途と構造に基づいて、次のタイプのマノメーターが使用されます[ 21 ]。
マクラウド圧力計は、ガスサンプルを分離し、改良型水銀マノメーター内で圧力が数ミリメートルの水銀柱になるまで圧縮します。この方法は非常に時間がかかり、連続的なモニタリングには適していませんが、高い精度が得られます。他のマノメーターとは異なり、マクラウド圧力計の読み取り値はガスの組成に依存します。これは、サンプルが理想気体として圧縮されることを前提としているためです。圧縮プロセスのおかげで、マクラウド圧力計は、ポンプオイル、水銀、さらには十分に圧縮された水など、凝縮する非理想的な蒸気による分圧を完全に無視します。
0.1 mPa は、現在の技術で可能な圧力の最小直接測定値です。他の真空計ではより低い圧力を測定できますが、圧力に依存する他の特性を測定することによって間接的にしか測定できません。これらの間接的な測定値は、直接測定、最も一般的には McLeod ゲージによって SI 単位に校正する必要があります。[ 23 ]
アネロイド圧力計は、圧力差によって弾性的に変形する金属製の圧力感知素子に基づいています。「アネロイド」とは「流体なし」を意味し、この用語は元々、これらの圧力計を上述の静水圧圧力計と区別するために用いられていました。しかし、アネロイド圧力計は気体だけでなく液体の圧力も測定でき、流体なしで動作する圧力計はこれだけではありません。そのため、現代では機械式圧力計と呼ばれることもよくあります。アネロイド圧力計は、熱式圧力計や電離式圧力計とは異なり、測定対象の気体の種類に依存せず、静水圧圧力計よりもシステムを汚染する可能性が低くなっています。圧力感知素子は、ブルドン管、ダイヤフラム、カプセル、またはベローズなどであり、対象領域の圧力に応じて形状が変化します。圧力感知素子の変位は、針に接続されたリンク機構によって読み取られる場合もあれば、二次トランスデューサによって読み取られる場合もあります。現代の真空計で最も一般的な二次変換器は、機械的なたわみによる静電容量の変化を測定する。静電容量の変化を利用する真空計は、しばしば静電容量式圧力計と呼ばれる。
ブルドン圧力計は、扁平な管[ 24 ]が加圧されると断面がまっすぐになるか、円形に戻る傾向があるという原理を利用しています。（パーティーホーンはこの原理をよく表しています。）この断面の変化は、加工しやすい材料の弾性範囲内の適度な応力によるもので、ほとんど気づかないかもしれません。管をC字型やらせん状に成形することで、管の材料の歪みが増幅され、加圧されると管全体が弾性的にまっすぐになるか、巻き戻される傾向があります。ウジェーヌ・ブルドンは1849年にフランスでこの圧力計の特許を取得し、その優れた簡便性、直線性、精度から広く採用されました。ブルドンは現在バウマーグループの一部であり、フランスでブルドン管圧力計を製造し続けています。エドワード・アシュクロフトは1852年にブルドンの米国特許権を購入し、圧力計の大手メーカーとなりました。また、1849年には、ドイツのマクデブルクのベルナルド・シェーファーが、ブルドン管圧力計とともに産業界における圧力測定に革命をもたらした、ダイヤフラム式圧力計（下記参照）の特許を取得しました。[ 25 ]しかし、1875年にブルドンの特許が失効した後、彼の会社であるシェーファー・アンド・ブデンベルク社もブルドン管圧力計を製造しました。
実際には、平らな薄肉の閉じた端を持つチューブが、中空の端で測定対象の流体圧力を含む固定パイプに接続されます。圧力が上昇すると、閉じた端が円弧を描いて動き、この動きは通常調整可能な連結リンクによってギア（の一部）の回転に変換されます。ポインターシャフトには小径のピニオンギアが取り付けられているため、ギア比によって動きがさらに増幅されます。ポインターの後ろにある指示カードの位置、ポインターシャフトの初期位置、リンクの長さと初期位置はすべて、ブルドン管自体の挙動の変化に応じて、ポインターを目的の圧力範囲を示すように校正する手段となります。差圧は、連結リンクを備えた2つの異なるブルドン管を含むゲージによって測定できます（ただし、通常はダイヤフラムまたはベローズとバランスシステムを介して測定されます）。
ブルドン管は、絶対圧ではなく、周囲の大気圧に対する相対的なゲージ圧を測定します。真空は逆方向の動きとして検出されます。一部のアネロイド気圧計は両端が閉じたブルドン管を使用しますが（ほとんどはダイヤフラムまたはカプセルを使用します。下記参照）、測定圧力が往復ポンプの近くにある場合のように急速に脈動する場合、ギアの不要な摩耗を回避し、平均読み取り値を得るために、接続パイプにオリフィス制限がよく使用されます。ゲージ全体が機械的振動を受ける場合は、ケース（指針とダイヤルを含む）にオイルまたはグリセリンを充填することができます。一般的な高品質の現代のゲージは、スパンの±1%の精度（公称直径100mm、クラス1 EN837-1）を提供し、特殊な高精度ゲージはフルスケールの0.1%の精度を実現できます。[ 26 ]
力平衡型溶融石英ブルドン管センサーは同じ原理で動作しますが、鏡からの光線の反射を利用して角度変位を検出し、電流を電磁石に流して管の力を平衡させ、角度変位をゼロに戻します。コイルに流される電流が測定値として使用されます。石英の機械的および熱的特性が非常に安定していて再現性があり、力平衡により物理的な動きがほぼ完全に排除されるため、これらのセンサーはフルスケールの約 1 PPMの精度を実現できます。 [ 27 ]非常に微細な溶融石英構造を手作業で製造する必要があるため、これらのセンサーは一般的に科学および校正目的に限定されます。
以下の複合ゲージ（真空計と圧力計）の図では、ケースと窓を取り外して、ダイヤル、ポインター、およびプロセス接続部のみを示しています。このゲージは、自動車診断に使用される真空計と圧力計を組み合わせたものです。
機械的な詳細には、固定部品と可動部品が含まれる。
固定部品：
可動部分：
2番目のタイプのアネロイド圧力計は、異なる圧力領域を分離する柔軟な膜のたわみを利用します。たわみの量は既知の圧力に対して再現性があるため、校正を使用して圧力を決定できます。薄いダイヤフラムの変形は、その2つの面間の圧力差に依存します。基準面は、ゲージ圧力を測定するために大気圧に開放することも、差圧を測定するために2番目のポートに開放することも、絶対圧力を測定するために真空またはその他の固定基準圧力に対して密閉することもできます。変形は、機械的、光学的、または容量的手法を使用して測定できます。セラミックと金属製のダイヤフラムが使用されます。有効範囲は10⁻² Torr（約1 Pa）以上です。[ 28 ]絶対測定には 、両側にダイヤフラムを備えた溶接圧力カプセルがよく使用されます。膜の形状には、次のものがあります。
小さな圧力や圧力差を感知することを目的とした計器、または絶対圧力を測定する必要がある計器では、ギアトレインと針は、アネロイドと呼ばれる密閉されたベローズチャンバーによって駆動されることがあります。（初期の気圧計は、真空によって吊り下げられた水や液体金属の水銀などの液体の柱を使用していました。）このベローズ構成は、アネロイド気圧計（指示針とダイヤルカードを備えた気圧計）、高度計、高度記録気圧計、気象観測気球ラジオゾンデで使用される高度テレメトリー機器で使用されています。これらの装置は、密閉されたチャンバーを基準圧力として使用し、外部圧力によって駆動されます。対気速度計や上昇率計（バリオメーター）などの他の高感度航空機計器は、アネロイドチャンバーの内部と外部の囲いチャンバーの両方に接続されています。
これらの圧力計は、2つの磁石の引力を利用して差圧をダイヤルポインターの動きに変換します。差圧が増加すると、ピストンまたはゴム製ダイヤフラムに取り付けられた磁石が動きます。すると、ポインターに取り付けられた回転磁石が連動して動きます。異なる圧力範囲を設定するには、バネ定数を増減させます。
回転ローターゲージは、測定対象のガスの粘性によって回転するボールの減速度を測定することで機能します。ボールは鋼鉄製で、片端が閉じられ、もう一方の端が測定対象のガスに曝される鋼管内で磁気浮上されています。ボールは一定の速度（約 2500 または 3800 rad /s）まで加速され、駆動を停止した後、電磁変換器によって減速率が測定されます。[ 29 ]この装置の測定範囲は 5 −5～ 10 2 Pa（精度は低下しますが 10 3 Pa）です。二次標準器として使用できるほど正確で安定しています。近年、このタイプのゲージは、より使いやすく操作しやすくなりました。以前は、この装置を正しく使用するにはある程度のスキルと知識が必要であることで知られていました。高精度の測定を行うには、さまざまな補正を適用する必要があり、使用前にボールを目的の測定圧力より十分に低い圧力で 5 時間回転させる必要があります。高精度が要求され、資格のある技術者がいる校正および研究室で最も役立ちます。[ 30 ]極低温液体の断熱真空監視も、このシステムに適した用途です。安価で長期安定性があり、溶接可能なセンサーは、より高価な電子機器から分離できるため、あらゆる静的真空に最適です。
これは非常に簡略化された図ですが、センサー内部のポートの基本的な設計がわかります。ここで注目すべき重要な点は、「ダイヤフラム」です。これはセンサー本体にあたります。わずかに凸型の形状をしているでしょうか（図ではかなり誇張されています）。この形状は、センサーの使用時の精度に影響するため重要です。
センサーの形状は、赤い矢印で示すように空気の流れの方向に動作するように校正されているため重要です。これは圧力センサーの通常の動作であり、デジタル圧力計のディスプレイに正の値が表示されます。逆方向に圧力を加えると、空気圧の動きがダイヤフラムを反対方向に動かそうとするため、結果に誤差が生じる可能性があります。この誤差は小さいですが、無視できないほど大きくなる可能性があるため、通常の「ゲージ圧力」測定では、常に正の圧力を正（+ve）ポートに、負の圧力を負（-ve）ポートに加えるのが望ましいです。2つの真空の差を測定する場合も同様で、負（-ve）ポートにはより大きな真空を加える必要があります。ホイートストンブリッジによる圧力測定は次のようになります。
トランスデューサの実効電気モデルと基本的な信号調整回路は、アプリケーション回路図に示されています。圧力センサは、厚膜レーザートリミング抵抗器によって温度補償およびオフセット調整された完全アクティブホイートストンブリッジです。ブリッジへの励起は定電流によって行われます。低レベルブリッジ出力は+0と-0にあり、増幅範囲はゲインプログラミング抵抗（r）によって設定されます。電気設計はマイクロプロセッサ制御で、校正、スケール選択、データホールド、ゼロおよびフィルタ機能などのユーザー向け追加機能、最大値/最小値を保存/表示する記録機能などが可能です。
一般的に、実在気体の密度が増加すると（これは圧力の上昇を示す可能性があります）、熱伝導率も増加します。このタイプの圧力計では、フィラメントに電流を流すことで加熱します。その後、熱電対または抵抗温度計（RTD）を使用してフィラメントの温度を測定できます。この温度は、フィラメントが周囲の気体に熱を放出する速度、つまり熱伝導率に依存します。一般的なバリエーションとしてピラニ圧力計があり、これは単一の白金フィラメントを加熱要素とRTDの両方として使用します。これらの圧力計は10⁻³ Torrから10 Torrまで正確に測定できますが 、校正は測定対象の気体の化学組成に影響を受けやすいです。
ピラニ圧力計は、測定対象の圧力に開放された金属線で構成されています。この金属線は、流れる電流によって加熱され、周囲のガスによって冷却されます。ガス圧が低下すると冷却効果が弱まり、その結果、金属線の平衡温度が上昇します。金属線の抵抗は温度の関数であるため、金属線の両端の電圧と流れる電流を測定することで、抵抗（ひいてはガス圧）を求めることができます。このタイプの圧力計は、マルチェロ・ピラニによって発明されました。
2線式温度計では、一方のコイルがヒーターとして使用され、もう一方のコイルは対流による温度を測定するために使用されます。熱電対温度計とサーミスタ温度計は、それぞれ熱電対またはサーミスタを使用して加熱されたワイヤーの温度を測定することで、この原理に基づいて動作します。
イオン化圧力計は、極低圧（高真空とも呼ばれる）において最も感度の高い圧力計です。電子をガスに照射した際に発生する電気イオンを測定することで、間接的に圧力を感知します。密度の低いガスほど、発生するイオンの数は少なくなります。イオン化圧力計の校正は不安定で、測定対象のガスの性質に依存しますが、その性質は必ずしも既知とは限りません。イオン化圧力計は、より安定しており、ガスの化学組成に依存しないマクラウド圧力計を用いて校正することができます。
熱電子放出によって生成された電子は、ガス原子と衝突して正イオンを生成します。これらのイオンは、コレクタと呼ばれる適切なバイアス電圧が印加された電極に引き寄せられます。コレクタの電流はイオン化率に比例し、イオン化率はシステム内の圧力の関数です。したがって、コレクタ電流を測定することでガス圧を求めることができます。イオン化ゲージにはいくつかの種類があります。
ほとんどのイオンゲージには、熱陰極と冷陰極の2種類があります。熱陰極バージョンでは、電気的に加熱されたフィラメントが電子ビームを生成します。電子はゲージ内を移動し、周囲のガス分子をイオン化します。生成されたイオンは負極に収集されます。電流はイオンの数に依存し、イオンの数はゲージ内の圧力に依存します。熱陰極ゲージの精度は10⁻³ Torrから10⁻¹⁰ Torr です。冷陰極 バージョンの原理は同じですが、電子は高電圧の放電によって生成されます。冷陰極ゲージの精度は10⁻² Torrから10⁻⁹ Torrです。イオン化ゲージの校正は、構造形状、測定対象のガスの化学組成、腐食、表面堆積物に非常に敏感です。大気圧または低真空での活性化により、校正が無効になる可能性があります。高真空でのガスの組成は通常予測不可能であるため、正確な測定にはイオン化ゲージと併用して質量分析計を使用する必要があります。[ 31 ]
熱陰極電離ゲージは、主に3つの電極が三極管として機能し、陰極はフィラメントです。3つの電極は、コレクタまたはプレート、フィラメント、およびグリッドです。コレクタ電流は、電位計によってピコアンペア単位で測定されます。フィラメントの対地電圧は通常30ボルトですが、グリッド電圧は180～210ボルトの直流電圧です。ただし、グリッドを加熱して電子衝撃を与えるオプション機能がある場合は、グリッドの電位は約565ボルトまで上昇する可能性があります。
最も一般的なイオンゲージは、グリッド内部に小型のイオンコレクターを備えたホットカソード・バイヤード・アルパートゲージです。真空に開口したガラス管で電極を囲むこともできますが、通常はゲージをそのまま真空チャンバー内に挿入し、ピンをチャンバー壁のセラミックプレートに通します。ホットカソードゲージは、高温時に大気圧や低真空にさらされると、損傷したり校正が狂ったりする可能性があります。ホットカソード電離ゲージの測定値は常に対数です。
フィラメントから放出された電子は、グリッド内を往復運動を繰り返しながら数回移動した後、最終的にグリッド内に入ります。この運動中に、一部の電子は気体分子と衝突し、イオンと電子のペアを形成します（電子イオン化）。これらのイオンの数は、気体分子密度とフィラメントから放出される電子電流の積に比例し、これらのイオンはコレクターに流れ込み、イオン電流を形成します。気体分子密度は圧力に比例するため、イオン電流を測定することで圧力を推定できます。
ホットカソードゲージの低圧感度は、光電効果によって制限されます。グリッドに衝突した電子はX線を生成し、それがイオンコレクター内で光電ノイズを引き起こします。このため、旧型のホットカソードゲージの測定範囲は10⁻⁸ Torr、Bayard-Alpertゲージは約10⁻¹⁰ Torrに制限されます。 イオンコレクター とグリッド間の視線上にカソード電位の追加ワイヤを配置することで、この効果を防ぐことができます。抽出型では、イオンはワイヤではなく、開いた円錐に引き寄せられます。イオンは円錐のどの部分に衝突するかを決定できないため、穴を通過してイオンビームを形成します。このイオンビームは、次の装置に送られます。
冷陰極電離ゲージには、ペニングゲージ（フランツ・ミシェル・ペニングによって発明）と、レッドヘッドゲージとも呼ばれる反転マグネトロンの2つのサブタイプがあります。この2つの主な違いは、陰極に対する陽極の位置です。どちらもフィラメントはなく、動作には約4 kVの直流電圧が必要になる場合があります。反転マグネトロンは1 × 10 −12 Torr まで測定できます。
同様に、冷陰極圧力計は、ガスがほとんど存在しないため電極電流を確立するのが難しく、非常に低い圧力では起動しにくい場合があります。特に、軸対称磁場を使用して電子の経路長をメートルオーダーにまで伸ばすペニング圧力計では、この傾向が顕著です。大気中では、宇宙線によって適切なイオン対が至る所で生成されます。ペニング圧力計では、放電経路の形成を容易にするための設計上の工夫が施されています。例えば、ペニング圧力計の電極は、電子の電界放出を促進するために、通常は先端が細くテーパー状になっています。
冷陰極圧力計のメンテナンスサイクルは、一般的に、使用されるガスの種類と圧力に応じて数年単位で測定されます。ポンプオイル留分など、有機成分を多く含むガス中で冷陰極圧力計を使用すると、圧力計内部に繊細な炭素膜や破片が成長し、最終的に電極の短絡や放電経路の形成阻害を引き起こす可能性があります。
流体の流れが平衡状態にない場合、局所的な圧力は媒体内の平均圧力よりも高くなるか低くなることがあります。これらの擾乱は、伝播経路に沿って縦方向の圧力変動として発生源から伝播します。これは音とも呼ばれます。音圧とは、音波によって引き起こされる平均圧力からの瞬間的な局所圧力偏差のことです。音圧は、空気中ではマイクロホン、水中ではハイドロホンを用いて測定できます。実効音圧は、一定時間間隔における瞬間音圧の二乗平均平方根です。音圧は通常小さく、多くの場合マイクロバール単位で表されます。
米国機械学会（ASME）は、圧力測定に関する2つの独立した規格、B40.100とPTC 19.2を策定しました。B40.100は、圧力指示ダイヤル式ゲージ、圧力指示デジタルゲージ、ダイヤフラムシール、スナバ、および圧力リミッターバルブに関するガイドラインを提供します。PTC 19.2は、ASME性能試験コードをサポートする圧力値の正確な決定に関する手順とガイダンスを提供します。方法、機器、必要な計算、および適用する補正の選択は、測定の目的、許容不確かさ、および試験対象機器の特性によって異なります。
圧力測定方法とデータ伝送に使用されるプロトコルについても解説します。計測機器の設置方法と測定の不確かさの決定方法についても説明します。機器の種類、設計、適用圧力範囲、精度、出力、および相対コストに関する情報も提供します。また、ピストンゲージ、マノメーター、低絶対圧（真空）計など、現場環境で使用される圧力測定装置に関する情報も提供します。
これらの方法は、公表されている計測機器の仕様、測定および応用技術を考慮に入れ、最新の技術と工学知識に基づいて測定不確かさを評価するのに役立つように設計されています。この補足資料は、圧力測定の不確かさを確立するための方法の使用に関するガイダンスを提供します。
圧力センサーには多くの用途があります。
ここで測定対象とするのは圧力であり、単位面積あたりの力として表されます。これは、気象観測機器、航空機、自動車、その他圧力測定機能を備えたあらゆる機械において有用です。
これは航空機、ロケット、衛星、気球、その他多くの用途で役立ちます。これらの用途はすべて、高度に対する圧力の変化の関係を利用しています。この関係は次の式で表されます。[ 34 ] この式は高度計に合わせて調整されており、最大高度は36,090 フィート（11,000 メートル）です。この範囲外では誤差が生じますが、その誤差は圧力センサーごとに異なる方法で計算できます。これらの誤差計算には、高度上昇に伴う温度変化によって生じる誤差も考慮されています。
気圧センサーは1メートル未満の高度分解能を持つことができ 、これはGPSシステム（ 高度分解能約20メートル）よりもはるかに優れています。ナビゲーションアプリケーションでは、高度計は自動車ナビゲーションにおける道路の段差や、歩行者ナビゲーションにおける建物内の階高を区別するために使用されます。
これは、圧力センサーとベンチュリ効果を組み合わせて流量を測定する方法です。ベンチュリ管の開口部が異なる2つのセグメント間の差圧を測定します。2つのセグメント間の圧力差は、ベンチュリ管を通過する流量に正比例します。圧力差は比較的小さいため、ほとんどの場合、低圧センサーが必要です。
圧力センサーは、流体のレベルを計算するためにも使用できます。この技術は、水中に沈んだ物体（ダイバーや潜水艦など）の深さ、またはタンク（給水塔など）内の内容物のレベルを測定するためによく使用されます。ほとんどの場合、流体のレベルは圧力に正比例します。内容物が大気圧下にある淡水の場合、1psi = 27.7 inH 2 O / 1Pa = 9.81 mmH 2 O です。このような測定の基本式は次のとおりです。 ここで、P = 圧力、ρ = 流体の密度、g = 標準重力加速度、h = 圧力センサー上の流体柱の高さ
圧力センサーは、システム漏れによる圧力低下を検知するために使用できる。これは一般的に、差圧を用いて既知の漏れ箇所と比較するか、圧力センサーを用いて時間の経過に伴う圧力変化を測定することによって行われる。
ピエゾメーターは、重力に逆らって上昇する液柱の高さを測定することでシステム内の液圧を測定する装置、または特定の地点での地下水の圧力（より正確にはピエゾ水頭）を測定する装置です[ 35 ]。ピエゾメーターは静圧を測定するように設計されているため、流体の流れに向けられていない点でピトー管とは異なります。観測井戸は地層内の水位に関する情報を提供しますが、手動で読み取る必要があります。いくつかのタイプの電気圧力変換器は自動的に読み取ることができ、データ取得がより便利になります。
地盤工学における最初のピエゾメーターは、帯水層 に設置された開井戸またはスタンドパイプ（カサグランデピエゾメーターと呼ばれることもある）[ 36 ]でした。カサグランデピエゾメーターは通常、測定対象の深さまで固体ケーシングがあり、水圧が測定されるゾーン内にはスリットまたはスクリーン付きケーシングがあります。ケーシングは、地表水が地下水供給源を汚染しないように、粘土、ベントナイト、またはコンクリートで掘削孔に密封されます。非被圧帯水層では、特に流速の垂直成分が重要な場合、ピエゾメーターの水位は地下水位と正確には一致しません。被圧帯水層で自噴条件下にある場合、ピエゾメーターの水位は帯水層の圧力を示しますが、必ずしも地下水位を示すわけではありません。[ 37 ]ピエゾメーター井戸は生産井戸よりも直径がはるかに小さく、直径5cmのスタンドパイプが一般的です。
耐久性のあるケーシングに収められたピエゾメーターは、埋設または地中に押し込むことで、設置場所の地下水圧を測定できます。圧力計（トランスデューサー）は、振動ワイヤ式、空気圧式、またはひずみゲージ式があり、圧力を電気信号に変換します。これらのピエゾメーターはケーブルで地表まで接続され、データロガーや携帯型読み取り装置で読み取ることができるため、開放型スタンドパイプ式ピエゾメーターよりも迅速かつ頻繁な測定が可能です。
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