プロセス計装の基礎 —
圧力・温度・液位
と流量

機械エンジニアは計装を設計しませんが、計装の接続部 — ノズル、取付け位置、保護管（サーモウェル）、計装ブランチ — を設計します。全ての計装には図面と仕様書で正しく定義される必要がある特定の機械的インターフェースが必要です。誤ったまたは不完全なインターフェースは詳細エンジニアリングの進んだ段階での分野間不一致の最も頻繁な原因です。

圧力測定

ゲージ圧、絶対圧、差圧の違い：標準マノメーターはゲージ圧（局所大気圧に対する）を測定します。絶対圧 = ゲージ圧 + 大気圧。差圧はプロセスの2点間の圧力差です。設計文書ではゲージ圧（g）か絶対圧（a）かを常に明示してください：5 bar、5 bar（a）、5 bar（g）は異なる物理的意味を持ちます。圧力トランスミッタの取付け：液体配管上の計装の場合、ブランチは下方向（空気自動排出、気泡蓄積を防ぐ）；ガス配管上の計装の場合、ブランチは上方向（自動排液、凝縮液蓄積を防ぐ）。逆取付けは5〜20%の範囲の系統的測定誤差をもたらします。

温度測定

熱電対：塞ベック効果（接点間の温度差に比例するemf発生）で動作。主なタイプ：K型（NiCr-NiAl、−200〜+1,260°C）— 最も広く使用、安価；J型（Fe-CuNi、〜760°C）；T型（Cu-CuNi、低温に最適）；N型（NiCrSi-NiSi、Kより安定、300〜700°Cに優れる）。抵抗温度検出器（RTD、Pt100またはPt1000）：プラチナ細線の電気抵抗が温度とともに線形に変化することを利用。IEC 60751：A級 ±0.15°C、AA級 ±0.1°C。熱電対より大幅に精度が高い。接続線抵抗の影響を排除するため4線式接続。保護管（サーモウェル）：配管に挿入してセンサーを保護、プラントを停止・減圧せずにセンサーを交換可能。高速流体中では流体がカルマン渦列を形成しサーモウェルの固有振動数を励起。ASME PTC 19.3 TWが材料、流速、長さの関数として振動抵抗を検証する計算方法を提供します。

液位測定

差圧液位（DPレベル）：容器底部の静液圧を測定する最も古典的な方法。密度が安定した液体の全てに適用。密度変化（組成変化）では差圧測定は液位と線形に相関しなくなります。ガイド波レーダー（GWR）：挿入されたプローブに沿ってマイクロ波パルスを送り、液面での反射の飛行時間で液位を測定。利点：液面上方の蒸気・泡・粉じんの影響を受けない；密度に依存しない直接測定；2液体の界面測定が可能；計装ブランチの詰まりなし。新設プラントでの高信頼性液位測定に推奨技術。

流量測定

オリフィスプレート/差圧式流量計：最も広く使用される工業用流量計。ASME MFC-3MとISO 5167が形状と計算手順を規定。上流に直管部（通常10〜40D）が必要。永続的な圧力損失が大きい（測定差圧の40〜60%）。電磁流量計：導電性流体（電気伝導度 > 5 μS/cm）のみ。ファラデーの電磁誘導の法則：磁場中を流れる導電性流体が流速に比例するemfを発生。可動部なし、追加圧力損失なし、双方向測定、広いターンダウン比。純炭化水素とガスには不適用。コリオリ質量流量計：振動チューブ内のコリオリ力による位相差から質量流量を直接測定。密度も同時出力。高精度（±0.1〜0.2%）。高価値流体の商取引計量と精密化学品計量に使用。