マノメータとは?原理や読み方は?差圧計との違い（ガスや水や水銀など）【計算方法や医療など】

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流体力学や圧力測定を学ぶ上で基本的な測定器の一つがマノメータです。配管の圧力測定、実験室での圧力管理、医療現場での血圧測定など、圧力を知るためには、マノメータの知識が欠かせません。

しかし、マノメータとは何を測定する装置なのでしょうか。どんな原理で圧力を測定するのか、どうやって読み取るのか、差圧計とどう違うのか、わかりにくいと感じる方も多いはずです。

実は、マノメータは液柱の高さを利用して圧力を測定する装置であり、最も基本的で信頼性の高い圧力計となります。

水銀マノメータは血圧計として医療現場で長年使われ、U字管マノメータは実験室で広く利用されているのです。

この記事では、マノメータの基本的な定義から、測定原理と仕組み、様々な種類と読み方、差圧計との違い、圧力の計算方法、そして医療や産業での具体的な用途まで、わかりやすく丁寧に解説していきます。

流体力学や機械工学、医療を学ぶ方はぜひ最後までお読みください。

マノメータとは？基本的な意味と定義

それではまず、マノメータの基本的な意味と定義について解説していきましょう。

マノメータの定義

マノメータ（manometer、液柱圧力計）とは、液体の柱の高さを利用して圧力を測定する装置です。

英語では「manometer」と書き、ギリシャ語の「manos（薄い）」と「metron（測定）」に由来します。

マノメータの特徴：

・液柱の高さで圧力を測定

・目視で読み取り可能

・構造がシンプル

・電源不要

・高精度

マノメータは、次のような場面で使われています。

・実験室での圧力測定

・配管やダクトの圧力監視

・医療現場での血圧測定

・気圧の測定（気圧計）

・ボイラーや圧力容器の監視

例えば、U字型のガラス管に液体を入れたものが最も基本的なマノメータ。液面の高さの差から、圧力を読み取ることができるのです。

マノメータは、産業、医療、研究など、様々な分野で不可欠な測定器となっています。

マノメータの歴史

マノメータは古くから使われてきた測定器です。

・17世紀：トリチェリが水銀気圧計を発明（1643年）

・18世紀：U字管マノメータが開発される

・19世紀：医療用水銀血圧計が実用化（1896年）

・20世紀：様々な形式のマノメータが開発される

特に水銀マノメータは、その高精度から長年にわたって標準器として使用されてきました。

現在では環境への配慮から、水銀を使わないマノメータも増えているでしょう。

マノメータの基本原理

マノメータの測定原理は、流体の静力学に基づいています。

この式が示すのは、「液柱の高さhが高いほど、圧力Pは大きい」という関係。

液体の密度ρが大きいほど、同じ高さでもより大きな圧力を示します。

例えば、水銀（ρ = 13,600 kg/m³）は水（ρ = 1,000 kg/m³）の約13.6倍の密度なので、同じ圧力でも水銀柱の高さは水柱の約1/13.6で済むのです。

マノメータの原理と仕組み

続いては、マノメータが圧力を測定する原理と仕組みについて確認していきましょう。

液柱による圧力の発生

マノメータの原理は、液体の重さによる圧力です。

液体の柱があると、その底面には液体の重さによる圧力がかかります。

圧力の計算：

具体例で考えてみましょう。

圧力平衡の原理

マノメータでは、液面の高さが圧力平衡によって決まります。

U字管マノメータの場合：

・左側：測定したい圧力P₁

・右側：大気圧P₀（開放端の場合）

・液柱の高さの差：h

圧力の平衡条件：

この式により、液柱の高さの差hから圧力差ΔPを求めることができるのです。

様々な液体とその特性

マノメータに使う液体によって、測定できる圧力範囲が変わります。

水マノメータ：

・密度：ρ = 1000 kg/m³

・測定範囲：数kPa程度

・利点：安価、無害、透明

・欠点：蒸発しやすい、測定範囲が狭い

水銀マノメータ：

・密度：ρ = 13,600 kg/m³

・測定範囲：数十〜数百kPa

・利点：高密度、蒸気圧が低い、広範囲測定

・欠点：有毒、高価、不透明

アルコール・油マノメータ：

・密度：ρ = 800〜900 kg/m³

・測定範囲：数kPa程度

・利点：着色可能、低密度（微圧測定）

・欠点：蒸発、温度依存性

密度の比較：

用途に応じて適切な液体を選ぶことが重要でしょう。

マノメータの種類と読み方

続いては、マノメータの様々な種類と、それぞれの読み方を見ていきましょう。

U字管マノメータ

最も基本的なマノメータがU字管マノメータです。

構造：

・U字型に曲げたガラス管

・両端が開放または片方接続

・液体（水、水銀など）を封入

・目盛りで液面の高さを読む

読み方：

目盛りの読み方：

・液面の最下部（メニスカスの底）を読む

・目線を液面と同じ高さにする（視差を避ける）

・左右の液面の高さの差を計算

単管マノメータ（縦型マノメータ）

一本の垂直管を使う単管マノメータ。

構造：

・一本の垂直なガラス管

・下端に液溜めタンク

・タンクは十分大きく、液面変動が小さい

読み方：

傾斜管マノメータ

微小圧力を測定するための傾斜管マノメータ。

構造：

・管を水平に対して傾ける（通常10〜30度）

・液体の移動距離Lを読む

・実際の高さh = L × sinθ

読み方：

利点：

・微小圧力の測定に適する

・読み取り精度が高い（移動距離が大きい）

・感度：通常の1/sinθ倍

井戸型マノメータ

井戸型マノメータ

は、単管マノメータの改良型。

構造：

・大きな液溜めタンク（井戸）

・細い測定管

・タンクの断面積 >> 測定管の断面積

読み方：

デジタルマノメータ

現代では、デジタルマノメータも広く使われます。

構造：

・圧力センサー（半導体、ピエゾ素子など）

・デジタル表示装置

・電池または電源が必要

特徴：

・液体不要

・数値で直接表示

・データ記録が可能

・自動校正機能

ただし、「マノメータ」という名称は主に液柱式を指すことが多いでしょう。

種類	特徴	測定範囲
U字管マノメータ	最も基本的	数kPa〜数百kPa
単管マノメータ	読み取り簡単	数kPa〜数十kPa
傾斜管マノメータ	微圧測定用	数Pa〜数kPa
井戸型マノメータ	高精度	数kPa〜数十kPa

これらの種類を理解することで、用途に応じた適切なマノメータを選択できるでしょう。

差圧計との違い

続いては、マノメータと差圧計の違いについて確認していきましょう。

差圧計とは

差圧計（さあつけい、differential pressure gauge）とは、2つの圧力の差を測定する装置です。

差圧計の種類：

・液柱式差圧計（マノメータも含まれる）

・機械式差圧計（ダイアフラム式など）

・電子式差圧計（圧力センサー式）

実は、U字管マノメータは差圧計の一種なのです。

マノメータと差圧計の関係

マノメータ（狭義）

：

・液柱を使った圧力計

・主に絶対圧やゲージ圧の測定

・構造がシンプル

・目視で読み取り

・液体の種類で測定範囲が決まる

差圧計（広義）：

・2点間の圧力差を測定する全ての装置

・液柱式、機械式、電子式を含む

・マノメータも差圧計の一種

・様々な測定範囲に対応

関係性：

測定方式の違い

液柱式（マノメータ）

：

・液柱の高さで測定

・原理が単純で信頼性高い

・校正が容易（液体の密度のみ）

・応答が遅い

・設置に制約（垂直設置が必要）

機械式差圧計：

・ダイアフラムやベローズの変位で測定

・コンパクト

・任意の向きで設置可能

・応答が速い

・機械的な劣化がある

電子式差圧計：

・圧力センサーで電気信号に変換

・デジタル表示

・データ記録が容易

・自動制御に適する

・電源が必要

・定期的な校正が必要

用途の違い

マノメータが適する場面

：

・実験室での精密測定

・標準器としての使用

・校正作業

・電源がない場所

・目視確認が必要な場合

機械式・電子式差圧計が適する場面：

・産業現場での連続監視

・自動制御システム

・狭い設置スペース

・高速応答が必要

・データ記録が必要

項目	マノメータ（液柱式）	機械式差圧計	電子式差圧計
測定原理	液柱の高さ	機械的変位	電気信号
精度	高い	中程度	高い
応答速度	遅い	速い	非常に速い
設置	垂直設置必要	任意	任意
電源	不要	不要	必要
コスト	低い	中程度	高い

用途に応じて、適切な測定方式を選ぶことが重要となります。

圧力の計算方法と例題

続いては、マノメータを使った具体的な圧力の計算方法を見ていきましょう。

基本的な圧力計算

マノメータの基本計算式を確認します。

単位換算：

水マノメータの計算

水を使ったマノメータの計算例です。

水銀マノメータの計算

水銀を使ったマノメータの計算例です。

異種液体の計算

測定流体とマノメータ液が異なる場合の計算です。

傾斜管マノメータの計算

傾斜管マノメータの計算例です。

複合マノメータの計算

複数の液体層がある場合の計算です。

これらの計算方法をマスターすれば、様々な圧力測定の問題が解けるでしょう。

マノメータの用途（医療・産業など）

続いては、マノメータの具体的な用途を確認していきましょう。

医療分野での用途

マノメータは医療現場で重要な役割を果たしています。

血圧計（水銀血圧計）：

・水銀マノメータを使用

・動脈血圧の測定（収縮期/拡張期）

・単位：mmHg

・正常血圧：120/80 mmHg程度

・最も信頼性の高い血圧測定法

測定原理：

注意点：

・現在は環境への配慮から、電子血圧計への移行が進んでいる

・ただし水銀血圧計は標準器として重要

・医療機関では校正用に保持されることが多い

人工呼吸器の圧力監視：

・気道内圧の測定

・適切な換気圧の管理

・安全性の確保

透析装置：

・血液回路の圧力監視

・濾過圧の管理

産業分野での用途

産業現場でもマノメータは広く使われています。

配管・ダクトの圧力測定：

・ガス配管の圧力監視

・空調ダクトの静圧測定

・水道管の水圧測定

・蒸気配管の圧力管理

ボイラー・圧力容器：

・蒸気圧の監視

・安全性の確認

・運転管理

真空装置：

・真空度の測定

・真空ポンプの性能確認

・真空乾燥装置の管理

計測・制御：

・差圧式流量計の一部

・液面計（差圧による）

・フィルター目詰まり検知

実験・研究分野での用途

流体力学実験

：

・ピトー管との組み合わせで流速測定

・風洞実験での圧力分布測定

・模型周りの圧力測定

化学実験：

・反応容器の圧力監視

・蒸留装置の圧力管理

・減圧・加圧実験

気象観測：

・気圧計（水銀気圧計）

・気圧変化の観測

・標高の測定

環境測定での用途

大気圧測定

：

・気象観測所

・航空分野

・高度計算

換気・空調評価：

・室内外の圧力差測定

・換気効率の評価

・クリーンルームの差圧管理

排気ガス測定：

・煙突のドラフト圧測定

・排気システムの性能評価

日常生活での応用

タイヤ空気圧計

：

・自動車のタイヤ空気圧測定

・適正空気圧の確認

血圧計（家庭用）：

・健康管理

・高血圧のモニタリング

分野	用途	典型的な測定範囲
医療	血圧測定	0〜300 mmHg
産業	配管圧力	0〜数百kPa
実験	流速測定（ピトー管）	数Pa〜数十kPa
環境	気圧測定	90〜110 kPa
換気	差圧測定	数Pa〜数百Pa

マノメータは、その信頼性の高さから、様々な分野で今も重要な測定器として使われ続けています。

まとめ

マノメータについて、基本的な定義から測定原理、種類と読み方、差圧計との違い、計算方法、そして様々な用途まで詳しく解説してきました。

マノメータは、液柱の高さを利用して圧力を測定する装置であり、P = ρghという単純な原理に基づいています。

主な種類には、U字管マノメータ（最も基本的）、単管マノメータ（読み取り簡単）、傾斜管マノメータ（微圧測定用）、井戸型マノメータ（高精度）があります。

差圧計は2つの圧力差を測定する装置全般を指し、マノメータは液柱式の差圧計に分類されるのです。

圧力の計算は、ΔP = ρghの基本式を使い、水（ρ = 1000 kg/m³）や水銀（ρ = 13,600 kg/m³）などの液体の密度に応じて測定範囲が変わります。

マノメータは、医療分野（血圧計）、産業分野（配管圧力測定）、実験分野（流速測定）、環境測定（気圧計）など、多くの場面で使われているでしょう。

流体力学、機械工学、医療、環境工学など、様々な分野でマノメータの知識が必要です。

この記事で学んだ知識を使って、圧力測定の理解を深めてください。