圧力真空標準研究グループ


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校正装置

重錘形圧力天びん | 液体圧力標準 | 気体圧力標準 | 遠隔校正装置 | 光波干渉式標準気圧計 |
中真空標準(膨張法) | 高真空標準(オリフィス法) | リーク標準 | 分圧標準

重錘形圧力天びん

 圧力の定義を実現する装置で、圧力を精確に発生・測定することができます。
主に、精密に作られたピストンとシリンダ、質量が既知のおもり(重錘)からなります。
信頼性が高く、多くの国で国家標準として用いられています。

 ピストンと重錘の質量によって発生する圧力 (Mg/A) が測定圧力 (p) と釣り合うと、
ピストンがシリンダの中で浮き上がります。このとき、測定圧力 p を正確に決めることができます。
 右の図では、発生圧力は
p = Mg/A + p0
と書くことができます。ここで、 M はピストンと重錘をあわせた質量、g は局所重力加速度、
A はピストン・シリンダの有効断面積、p0 は周囲の圧力(参照圧力)です。
圧力天びんの原理図

液体圧力標準

 液体圧力では、1 MPaから1 GPaまでの圧力範囲で、重錘形圧力天びんを用いて圧力の
国家標準を整備しています。近年、材料開発や製造の分野だけでなく、生物学や食品科学など
多くの分野で100 MPaを超える高い圧力が利用されるようになってきました。高圧力では、圧力
天びん内にあるピストン・シリンダの変形量が大きくなり、発生圧力の不確かさが増大します。
現在、高圧力領域での不確かさ低減を目指して、隙間制御型重錘形圧力天びん(右の写真)の
開発を進めています。
液体圧力,1GPa発生装置

気体圧力標準

 気体圧力では、重錘形圧力天びんを用いて絶対圧力・ゲージ圧力の5 kPaから
100 MPaを、また、2台の重錘形圧力天びんによる差圧発生法によって
100 kPa(絶対圧力)をライン圧力とする差圧1 Paから10 kPaの国家標準を整備し、
供給を行っています。現在は供給範囲拡大のため、圧力天びんを用いる
低圧力標準の開発もすすめています。
 気体圧力の利用分野も大変広く、空調制御や気象観測のための大気圧計、
航空計器、ボイラーの圧力管理など、低圧力から高圧力まで様々な圧力範囲で
利用されています。
気体圧力天びん

遠隔校正装置

 圧力標準をより効率的に産業界に供給していくため、情報通信技術などを
活用した遠隔校正技術の開発を進めてきました。
 校正需要の多い2つの圧力範囲(気体差圧 10 Pa 〜 10 kPaと液体圧力
10 MPa 〜 100 MPa)において、高精度デジタル圧力計と圧力発生器を搭載した
遠隔校正用仲介器を開発しました(写真は液体圧力の遠隔校正用仲介器)。
また、国内外で、開発した仲介器を用いた遠隔校正の実証実験に成功しています。
[本研究は(独)NEDOプロジェクト「計量器校正情報システム (e-trace) 研究開発事業」
により進められました。]
遠隔校正仲介器

光波干渉式標準気圧計

 光波干渉式標準気圧計は、U字管内の水銀柱の高度差を、白色光干渉を
用いてレーザー測長することで、1 kPaから113 kPaまでの圧力を非常に小さな
不確かさで、測定できます。
 計量法で定められた圧力の特定標準器であり、特定副標準器となる圧力
天びんの有効断面積を決定するために使用します。
光波干渉式標準気圧計

中真空標準(膨張法)

 膨張法は、ボイルの法則に基づいて、小型の基準真空容器内に閉じ込めた気体を
大型の真空容器に膨張させて、低圧を発生する方法です。膨張前の基準容器の
圧力と真空容器の容積比を求めることにより、膨張後の圧力を正確に決定する
ことができます。こうして発生した標準圧力を基準に被校正真空計を校正します。
 校正圧力範囲は、スピニングローター真空計に対して10-4 Pa〜10 Pa、
隔膜真空計に対して0.1 Pa〜2 kPaで、校正ガスはN2です。
膨張法装置

高真空標準(オリフィス法)

 オリフィス法は、分子流が成立する条件で、コンダクタンスCのオリフィスを備えた
真空容器に流量Qの気体を導入した時、真空容器内の圧力Pが、流量とコンダクタンスの
比で表されることを利用して、標準圧力を発生する方法です(P = Q/C)。
 コンダクタンスCは、オリフィスの形状から気体分子運動論を用いて計算で求め、気体の
流量Qは、リーク標準で使用する定圧流量計で測定します。こうして発生した標準圧力を
基準に被校正真空計を校正します。
 校正対象は電離真空計で、圧力範囲は10-6 Pa〜10-4 Pa、校正ガスはN2です。
オリフィス法

リーク標準

 リーク(漏れ)試験は、自動車、半導体、原子力など日本の基幹産業における
安全・安心を確保するために重要な非破壊検査の一つです。当研究グループでは、
リーク試験の基準となるヘリウム標準リークの校正サービスを行っています。
 校正方法は、定圧流量計とヘリウム標準リークの置換比較法です。定圧
流量計では、真空容器内に試料気体を封じ込め、金属細管を通して、気体を
放出します。すると、真空容器内の圧力は低下しようとするので、真空容器に
付属したベローズを収縮させて容積を小さくし、真空容器内の圧力を一定に
保つようにします。放出した気体流量は、ベローズの移動速度と真空容器内の
圧力から、正確に求めることができます。
 校正対象は透過型ヘリウム標準リークで、流量範囲は、10-10 Pa m3/s〜10-4 Pa m3/sです。
リーク標準装置

分圧標準

 真空中の状態を把握するには、全圧だけでなく分圧の測定が重要です。
 この校正装置では、上流室と校正室の間を焼結フィルターで区切ることで、
上流室から校正室に流れる気体を分子流にします。これにより、校正室の
圧力が上流室の圧力に比例するようになるので、上流室の圧力から校正
室の圧力を求めることができます(二段式流量分配法)。校正気体の種類
を変えることが容易なので、分圧真空計の校正に使用しています。
 校正対象は四極子形質量分析計、圧力範囲は10-6 Pa〜10-4 Pa、
校正ガスはN2, Ar, He, H2です。
 また、分圧真空計を”その場”校正するためのガス導入素子(標準コン
ダクタンスエレメント)を開発しました。その頒布と校正サービスも行っております。
分圧標準装置