計 測 工 学 Ⅰ 第 6 回 圧 力 を 測 る
今 日 の 内 容 シラバスから 分 銅 式 圧 力 計 弾 性 変 形 式 圧 力 計 ピエゾ 電 気 圧 力 計 電 気 抵 抗 式 圧 力 計 液 柱 式 圧 力 計 真 空 の 測 定 熱 伝 導 式 真 空 計 電 離 式 真 空 計 などについて 学 習 する 教 科 書 では P105 P127です
医 療 系 で 圧 力 と 言 えばこれ 水 銀 柱 の 血 圧 計 リヴァロッチの 発 明 水 銀 柱 の 高 さで 圧 力 を 測 定 水 銀 の 比 重 :13.6 ( 同 じ 体 積 の 水 の 重 さの13.6 倍 ) 1 気 圧 :760mmHg ( 水 銀 (Hg) 柱 で760mmの 高 さ) コロトコフ 音 の 発 生 を 耳 で 確 認 して 測 定 する 聴 診 法 画 像 引 用 元 :Wikipedia
いわゆる 血 圧 計 の 守 備 範 囲 最 も 測 定 したいのは 大 動 脈 圧 上 腕 動 脈 の 値 は 大 動 脈 圧 にほぼ 等 しい 心 臓 と 同 じ 高 さにして 測 定 する 標 準 テキスト: P 細 動 脈 -- 橈 骨 動 脈 足 背 動 脈 あたりまで かろうじて 細 動 脈 なら 大 動 脈 圧 にほぼ 相 関 する 血 圧 が 得 られる それよりも 血 管 が 細 くなると 大 動 脈 圧 に 相 関 しなくなる 神 経 制 御 の 影 響 を 受 けて 毛 細 血 管 が 収 縮 拡 張 するため 非 観 血 ( 間 接 法 ):モニター(ベッドサイド)で 測 定 一 拍 ごとの 最 高 血 圧 最 低 血 圧 は 測 定 できない 観 血 式 : 橈 骨 動 脈 など 動 脈 に 直 接 穿 刺 して 圧 力 トランスデュー サで 測 定 する 一 心 拍 ごとに 求 められるが 侵 襲 性 が 大 きいので オペ 中 などに 限 られ ている
なかなか 定 着 しない Pa (パスカル) 教 科 書 P105 SI 単 位 系 での 圧 力 の 単 位 は Pa (パスカル) 血 圧 の 値 も hpa(ヘクトパスカル)かkpa(キロパスカル)で 表 示 すべき ただ 血 圧 の 急 変 を 伝 える 現 場 で 慣 れた 値 から 変 わると 危 険 性 が 伝 わりにくい という 理 由 で 現 実 には mmhgの 単 位 が 使 われ 続 けています 血 圧 が90hPaになりました! これは 危 険 な 数 値? 67.7mmHg かなり 下 がっていて 危 険 域 でも いずれは 統 一 されるべき なんだと 思 う 1013hPa = 760mmHg mmhgの 値 を 約 1.33 倍 すると hpaになる 760mmの 水 銀 柱 の 比 重 から 質 量 を 求 め 重 力 加 速 度 より 単 位 体 積 あたりの 力 を 求 める
第 14 回 国 家 試 験 14P76 機 械 工 学 答 (3) 空 気 の 圧 力 が450hPaのとき おおよその 酸 素 分 圧 はどれか ただし 大 気 圧 (1013hPa)のときの 酸 素 分 圧 を200hPaとする 1. 20hPa 2. 50hPa 3. 90hPa 4. 200hPa 5. 250hPa
第 2 回 国 家 試 験 問 題 02A76 生 体 計 測 装 置 学 答 (1) 200mmHgの 血 圧 は 国 際 単 位 系 (SI 単 位 系 )ではおよそいくら か ただし1Pa(パスカル)=1N/m 2 (1N=1kg m/s 2 )である な お 重 力 の 加 速 度 を9.8m/s 2 水 銀 の 密 度 を13.6g/cm 3 として 求 めよ 1. 2.7 10 4 Pa 2. 1.3 10 4 Pa 3. 1.3 10 3 Pa 4. 1.3 10 2 Pa 5. 2.7 10 Pa
第 22 回 国 家 試 験 22P86 物 性 工 学 答 (3) 120mmHgの 血 圧 はおよそ 何 kpaか 1. 0.16 2. 1.6 3. 16 4. 160 5. 1600 出 題 される 単 位 が Paだったり hpaだったり kpaだったり 注 意 して 下 さい
圧 力 領 域 と 測 定 方 法 教 科 書 P106 図 3.1 真 空 に 近 い 領 域 電 離 式 ( 最 も 低 い 圧 力 を 測 定 できる) 守 備 範 囲 が 広 い 測 定 方 法 金 属 ダイアフラム 型 最 も 高 い 圧 力 を 測 定 できる 電 気 抵 抗 式
分 銅 式 圧 力 計 教 科 書 P106 分 銅 式 圧 力 計 分 銅 式 の 場 合 最 も 基 本 的 な 構 造 なので 他 の 圧 力 計 の 標 準 として 用 いられることがある 直 接 測 定 する ( 重 さ 重 力 加 速 度 / シリンダの 断 面 積 )
弾 性 変 形 式 圧 力 計 高 圧 領 域 では ブルドン 管 を 用 いる 教 科 書 P107 内 部 の 圧 力 が 上 昇 すると スパイラル 状 に 巻 かれた 楕 円 断 面 管 が 伸 びようとして スパイラルが 広 がる 現 象 を 利 用 する この 笛 と 同 じ 感 じ ---->>>>
ピエゾ 電 気 圧 力 計 電 気 抵 抗 式 圧 力 計 ピエゾ 電 気 効 果 = 圧 電 効 果 圧 電 素 子 を 用 いる 圧 力 がかかると 歪 み 電 位 が 発 生 する 電 圧 を 書 けると 歪 み 圧 力 を 発 生 する 圧 電 素 子 は 様 々な 物 理 量 の 換 算 で 用 いられる センサとしてだけではなく アクチュエータとして あるいは 両 方 音 圧 血 圧 測 定 超 音 波 結 石 破 砕 装 置 圧 電 効 果 の 知 られている 材 料 水 晶 ロッシェル 塩 ADP( 二 リン 化 アンモニウム) チタン 酸 バリウム 圧 電 セラミクス: 圧 電 効 果 のある 材 料 を 焼 結 したもの
圧 電 素 子 ( 再 掲 ) 結 晶 のピエゾ 電 気 効 果 で 歪 みによって 電 圧 が 発 生 する 素 子 または 電 圧 をかけると 歪 みが 発 生 し 歪 みによって 超 音 波 を 発 生 させる トランスデューサとしても アクチュエータとしても 用 いられる 超 音 波 センサ 衝 撃 波 結 石 破 砕 装 置 (ESWL) 教 科 書 P108
ピエゾ 抵 抗 効 果 教 科 書 P109 ごく 普 通 の 金 属 でも 変 形 すれば 抵 抗 が 変 化 する 断 面 積 と 長 さが 変 化 する マンガニン 金 クロム 合 金 などが 用 いられる http://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/commentary/ pressure_guide_principle.pdf
液 柱 式 圧 力 計 教 科 書 P113: 液 体 の 容 器 に 合 わせて 形 を 自 在 に 変 える 事 ができる 性 質 を 利 用 して 環 境 圧 にさらしている 液 面 と 密 封 されている 側 の 液 柱 の 上 端 の 落 差 と 比 重 から 圧 力 を 測 定 する 代 表 格 は 血 圧 計
液 柱 圧 力 計 図 に 液 柱 圧 力 計 の 基 本 形 を 示 す 差 圧 測 定 の 基 本 式 は Ρ 1 -Ρ 2 =ρ g h で 表 される ここで P1: 高 い 方 の 圧 力 P2: 低 い 方 の 圧 力 ρ: 液 体 の 密 度 図 10. 液 柱 式 圧 力 計 原 理 説 明 図 g : 重 力 加 速 度 h: 液 柱 の 高 さ とす る 液 柱 圧 力 計 に 使 用 される 液 体 は 水 と 水 銀 が 多 い この 原 理 が 流 体 の 測 定 圧 力 差 を 利 用 した 流 速 の 測 定 に 利 用 されて いたのを 覚 えて いますか? http://www.daiichikeiki.co.jp/pressure/pressure_p06.html Wikipedia
水 銀 と 水 の 重 さの 違 い 水 銀 の 比 重 は 13.6 水 の13.6 倍 の 重 さ 水 銀 柱 :760mm 1 気 圧 同 じ 圧 力 に 釣 り 合 う 水 柱 の 高 さは 760mm 13.6 = 10336mm 10.33mの 水 の 柱 ならば 均 衡 する 水 銀 柱 : 128mmHgの 人 の 血 圧 を 水 柱 で 測 ると 1.74m カフをシュコシュコ 膨 らませながら 174cmの 高 さから 落 ちる 水 柱 を 読 む のに はしごが 必 要 かも 水 銀 の 比 重 が 重 いから 血 圧 計 を 作 ることができた!? ダイビングでは 10m 潜 ると1 気 圧 上 昇 する 高 気 圧 療 法 が 適 用 されるや 空 気 塞 栓 の 原 因 は この 圧 力 厳 密 には 10.33m 1 気 圧 をhPaに 換 算 すると 1013hPa 1 気 圧 (1atm)を 表 現 するのに 760mmHg, 1033cmH 2 O, 1013hPaの 三 つの 数 字 がある
差 圧 式 流 量 計 ( 再 掲 ) 教 科 書 P93 流 路 にオリフィス( 絞 り 機 構 )を 組 み 込 んで 差 圧 を 求 める ベルヌーイの 定 理 標 準 テキスト 新 版 P451, 旧 版 P467 リリー 式 金 属 メッシュを 用 いる フライシュ 型 細 管 を 束 ねたもの ベンチュリー 管 間 にくびれをつけたもの http://www.m-system.co.jp/rensai/pdf/r0108.pdf http://www.eco.zaq.jp/env_univ/bernoulli_oyo.html
弾 性 変 形 式 圧 力 計 教 科 書 P114 最 も 多 く 利 用 されている 構 造 圧 力 による 変 形 を 変 位 として 取 り 出 す 変 位 から 圧 力 を 測 定 一 つのセンサー 技 術 で セン サーの 作 り 方 を 変 える 事 によっ て 別 の 物 理 量 の 計 測 に 応 用 で きる http://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/commentary/ pressure_guide_principle.pdf オムロン
過 去 問 題 21A56 生 体 計 測 装 置 学 答 (3) ストレインゲージを 用 いた 血 圧 トランスデューサについて 誤 って いるのはどれか 1. 半 導 体 ストレインゲージには 温 度 補 償 回 路 が 用 いられる 2. ダンパを 用 いて 波 形 の 振 動 を 抑 制 することができる 3. ストレインゲージの 抵 抗 変 化 はひずみに 反 比 例 する 4. 受 圧 膜 によって 圧 力 が 変 位 に 変 換 される 5. ストレインゲージの 微 小 抵 抗 変 化 はブリッジ 回 路 で 検 出 され る
コロトコフ 音 /オシロメトリック 法 教 科 書 P117 カフ 圧 で 上 腕 の 動 脈 を 閉 塞 させる 血 圧,は 1 拍 ずつ 収 縮 期 血 圧 :Sys と 拡 張 期 血 圧 :Dia の 間 を 上 下 している カフ 圧 >SysBP 完 全 に 遮 断 されているため 血 流 がない 音 も 振 動 波 形 も 出 ない SysBP>カフ 圧 >DiaBP 血 管 内 圧 がカフ 圧 をまたいで 変 化 し 血 管 が 開 いたり 閉 じたりを 繰 り 返 す 振 動 現 象 や 開 通 音 が 発 生 する カフ 圧 <DiaBP 完 全 開 通 するので 流 れは 乱 れず 音 は 発 生 しない 拍 動 による 振 動 は わずかにカフ 内 圧 に 乗 って 来 る http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/1998/00046/contents/063.htm http://image.astamuse.com/image/jp/2007/252/767/a/000005.png
富 士 山 頂 では コーヒーと 紅 茶 どっち? 気 圧 が 低 いという 事 は 沸 点 が 低 い 標 高 が 高 いと, 水 がすぐに( 低 い 温 度 で) 沸 騰 するから お 茶 を 淹 れようと 思 っても 思 うように 煮 出 せない 薄 味 になってしまう これは コーヒー 豆 でも 同 じ 地 上 (ふもと)から インスタントコーヒーの 瓶 を 持 っていく 防 湿 のためのシールをはがした 瞬 間 に 中 身 の 粉 末 が 一 気 に 吹 き 出 す (シールの 中 は1 気 圧 だが 外 はずっと 低 い ) 穴 を 開 けてから 登 山 しないと 下 手 をすると 中 身 が 半 分 以 下 になったりする よ くシェークしたコカコーラの 瓶 や 缶 を 空 けた 感 じ インスタントコーヒーを 持 って 上 がるなら ふもとで シールに 切 れ 目 を 入 れておく 紅 茶 を 飲 みたいなら 圧 力 鍋 と 同 等 の 機 材 が 必 要 ちなみに 私 は コーヒーが 好 きです インスタントコーヒーは 沸 点 が 低 くても 溶 けるので 無 事 持 って 上 がれればこちらは 地 上 と 同 様 に 飲 める
真 空 の 測 定 教 科 書 P118 マクラウド 型 真 空 計 管 の 内 圧 を 外 部 の 圧 力 と 均 衡 させる その 状 態 で 水 銀 を 流 し 込 むと 水 銀 柱 の 長 さは 測 定 したい 系 の 圧 力 と 均 衡 する ところで とまる ここから 真 空 側 の 系 の 圧 力 を 求 められる 熱 伝 導 式 真 空 計 気 体 分 子 が 衝 突 すると 発 熱 線 から 熱 エネルギーを 奪 われる 現 象 を 利 用 して 真 空 を 測 定 する
トリチェリの 真 空 大 気 圧 と 釣 り 合 う 以 上 の 液 体 の 上 には 真 空 ができます 水 銀 柱 の 場 合 には 760mm(76cm = 0.76m)を 超 えると そ の 上 には 真 空 ができます なぜ 水 銀 なの? 比 重 の 重 い 常 温 でも 液 体 の 金 属 なので 圧 力 を 簡 便 に 測 定 するのに 便 利 だから なぜ 真 空 ができるの? 大 気 圧 が 液 柱 の 重 さを 支 えきれないから 大 気 圧 では それ 以 上 押 し 上 げられないだけの 重 さを 液 体 が 持 っていると 釣 り 合 うところまで しか 液 柱 は 伸 びず そこから 上 は 何 も 存 在 できなくなってしまうため 真 空 になる http://www.84p.net/tenkiya/column34.html
陽 圧 と 陰 圧 呼 吸 の 話 1 気 圧 よりも 高 ければ 陽 圧 周 辺 よりも 圧 力 が 低 ければ 陰 圧 となる 自 然 呼 吸 では 胸 郭 の 運 動 のため 肺 に 陰 圧 が 生 じる その 陰 圧 によって 外 気 を 吸 い 込 む ことができる 陽 圧 換 気 では 胸 腔 内 圧 とは 無 関 係 に 外 部 から 空 気 を 送 り 込 む 見 た 目 がこんな 感 じの 圧 力 計 は ブルドン 管 型
熱 伝 導 式 真 空 計 教 科 書 P121 フィラメントに 気 体 分 子 がぶつかると 熱 エネルギー を 奪 う この 結 果 真 空 度 に 応 じて 熱 エネルギー の 放 散 量 が 変 化 し 温 度 変 化 の 結 果 抵 抗 値 が 変 化 する ピラニ 真 空 計
電 離 式 真 空 計 教 科 書 P123 真 空 管 と 同 じ 構 造 真 空 中 を 電 子 が 飛 行 して 電 流 が 流 れる ダイオードの 極 性 の 名 称 (Cathode, Anode)のうち Cathode(イギリス 式 表 記 だとKathodeで K)は 陰 極 の 意 味 で 電 子 を 放 出 する 側 を 指 す カソードから 放 出 された 熱 電 子 が 空 気 中 の 分 子 を 電 離 し 電 離 された 陽 イオンが 陽 極 側 に 流 れ 込 んで 電 流 となる 電 流 が 真 空 度 に 比 例 する
熱 力 学 の 第 2 法 則 気 体 の 分 子 運 動 などで エントロピーが 増 大 する エントロピーの 増 大 とは 赤 インクを 水 に 垂 らすと 拡 散 して 全 体 に 散 ることはあるが 全 体 に 散 った 赤 インクが 一 カ 所 に 戻 る 事 はない 熱 エネルギーは 高 い 方 から 低 い 方 に 移 動 する これによって 接 している 系 のエネルギーの 差 は 縮 小 する ところが 経 済 学 では 逆 の 現 象 が 起 きる お 金 は 持 っていない 人 から 持 っている 人 の 側 に 移 動 する 経 済 現 象 が 熱 力 学 現 象 と 同 様 に 働 くなら お 金 は 持 っている 人 から 持 っていない 人 に 移 動 する はずなのだけれど 人 間 は 物 理 現 象 に 沿 った 存 在 ではない とい うことなのかも
今 日 のまとめ 今 日 の 範 囲 では 直 接 的 に 国 家 試 験 で 出 題 されたような 問 題 はあまり 多 くありませんが 圧 力 測 定 という 意 味 では 血 圧 測 定 方 法 の 話 や 呼 吸 の 圧 力 計 (ブルドン 管 ) 呼 吸 流 量 の 計 測 法 ( 復 習 )などについては 臨 床 工 学 分 野 で 重 要 な 概 念 になると 思 います 特 に 血 圧 測 定 では 血 圧 の 変 化 と カフ 圧 とがどんな 関 係 が あるか など 理 解 して 下 さい また 生 体 計 測 関 連 での 計 測 装 置 の 原 理 を 改 めて 整 理 し て 欲 しいと 思 います
次 回 予 告 第 7 回 温 度 の 計 測 (1) シラバスから 高 温 の 計 測 非 接 触 式 測 定 接 触 式 測 定 熱 電 効 果 (ゼー ベック 効 果 ) 補 償 導 線 熱 放 射 プランクの 黒 体 放 射 などに ついて 学 ぶ 教 科 書 では P127 P141です