防爆型圧力トランスミッタとは？主要技術と用途を解説

用途に適した圧力トランスミッタを選ぶには？

圧力トランスミッタは、気体、液体、蒸気の圧力を測定し、4～20 mAや0～10 Vなどの標準電気信号に変換する、産業分野で広く使用されている計測機器です。
使用環境によって、圧力トランスミッタに求められる仕様は異なります。防爆形と一般形は、それぞれ異なる用途と設置環境を想定した代表的な区分です。本記事では、設計思想、構造、動作原理、適用分野、認証規格、コスト、保守の違いを整理し、選定に役立つ技術情報を解説します。

1. 設計思想と安全上の考慮事項

1-1.防爆形圧力トランスミッタの目的

防爆形圧力トランスミッタは、可燃性ガス（メタン、水素など）、可燃性蒸気、可燃性粉じんが存在する危険場所で安全に使用するために設計されています。通常運転時だけでなく、想定される異常時にも着火源とならないことが重要です。
例えば、石油精製設備や炭鉱の換気設備では、わずかな電気火花や表面温度の上昇が重大事故につながるおそれがあります。そのため、防爆形圧力トランスミッタには、圧力を正確に測定する性能に加え、着火および爆発の伝播を防ぐ構造が求められます。
防爆方式は、主に次の2種類に分けられます。
耐圧防爆構造（Ex d）― 潜在的な着火源を堅牢な容器内に収め、内部で爆発が発生しても外部へ火炎が伝播しないようにします。
本質安全防爆構造（Ex i）― 故障時を含め、電気回路の電流・電圧およびエネルギーを着火限界以下に制限します。

1-2.一般圧力トランスミッタの目的

対照的に、一般的な圧力トランスミッタはコスト効率に重点を置き、水処理プラント、空調システム、機械作業場などの非防爆環境で使用されます。これらの機器は、防爆を考慮しない標準的な産業用途向けに設計されています。

1-3.安全性の違いによる影響

防爆型圧力トランスミッタは、その明確な設計思想により、一般モデルよりもはるかに厳しい安全対策が要求されます。例えば、防爆モデル（Ex d）の回路部品は、着火源として機能しないことを保証するために、厳格な試験を受けます。一方、一般的な圧力トランスミッタは、防爆よりも機械的耐久性（耐圧性、耐腐食性など）を優先しています。

2. 構造と材料の違い

2-1.防爆形圧力トランスミッタの構造上の特徴

防爆型圧力トランスミッタは、高強度で密閉性の高い構造で作られています。そのハウジングは通常、ステンレス鋼（316Lなど）またはアルミニウム合金製で、特に内部爆発に耐えられるように設計されています。一部のモデル（SJ MSシリーズ、Emerson 3051シリーズなど）は、潜在的な発火を封じ込める防爆構造になっています。

これらの機器は一般にIP65～IP68の保護等級を備え、外部からの粉じんや水の浸入を防ぎます。また、防爆性能を維持するため、防爆ケーブルグランドなどの適合した接続部品を使用します。
内部には、隔離ダイアフラム、帯電防止コーティング、エネルギー制限モジュールなどを組み込み、高圧時や故障時に危険な火花や発熱が生じるのを防ぎます。

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2-2.一般圧力トランスミッタの構造上の特徴

一般形圧力トランスミッタでは、ポリカーボネートなどの樹脂や一般的な金属ケースを含め、用途に応じて幅広い材料を選択できます。低圧用途には樹脂製ハウジング、中圧用途にはステンレス製ハウジングなどが使用されます。保護等級は一般にIP54～IP65ですが、防爆性能は備えていません。

2.3 素材と構造が性能に与える影響

防爆型圧力トランスミッタは、過酷な環境（高温、湿度、腐食性ガスなど）における耐久性が向上しますが、コストが高くなります。これとは対照的に、一般的な圧力トランスミッタは、取り付けや交換が容易な軽量設計を特徴としていますが、過酷な条件下での耐久性が低い場合があります。

（関連情報： 金属接続部付き圧力計の耐食性表)

3. 動作原理の違い

3-1.防爆形圧力トランスミッタの動作原理

防爆形圧力トランスミッタの基本的な測定原理は一般形と同じで、センサ素子で圧力を検出し、電気信号に変換します。違いは、この測定回路と構造に防爆設計が組み込まれている点です。
例えば耐圧防爆形では、容器が内部爆発によって生じる圧力に耐え、フレームパスやフレームアレスタなどの特殊構造を通して熱と火炎を減衰させ、外部への伝播を防ぐよう設計されています。
一方、本質安全防爆形では、ツェナーダイオードや電流制限抵抗などを用いて回路の電圧・電流を制限し、正常時および故障時のエネルギーを着火限界以下に抑えます。

3-2.一般圧力トランスミッタの動作原理

一般的な圧力トランスミッタは、単に圧力を測定し、電気信号に変換します。例えば、ピエゾ抵抗トランスミッタは、シリコン結晶のピエゾ抵抗効果を利用して圧力変化を検出し、抵抗変化をホイートストンブリッジを介して電圧信号に変換します。これらのデバイスは、エネルギー制限措置やスパーク保護を必要としません。

3-3.技術的実装の複雑さ

防爆型圧力トランスミッタは、安全バリア（Ex i）や厳格な防爆試験（Ex d）などの追加技術を必要とし、その設計と製造はより複雑になります。一方、一般的な圧力トランスミッタは、安全上の制約が少なく、標準化された製造プロセスに従います。

4. 認証規格

4-1.防爆型圧力トランスミッタ認証

防爆型圧力トランスミッタは、以下のような国際または地域の安全規格に適合していなければなりません：
ATEX (ヨーロッパ) - 危険区域の分類とガスの種類を定義しています。
IECEx（グローバル） - 世界的な防爆認証システム。
FM/UL（米国） - 北米市場向けの認証。
これらの規格は、危険な条件下での安全な動作を保証するために、安全定格（Ex d IIC T4など）を規定しています。

4-2.一般圧力トランスミッタ規格

一般的な圧力トランスミッタは、CE（欧州適合性）やISO 9001（品質管理）などの基本的な工業規格に準拠する必要があり、これらは爆発安全性よりも性能に重点を置いています。

5. 適用分野

5-1.防爆型圧力トランスミッタが使用される場所

防爆トランスミッタを必要とする産業には、以下のようなものがある：
石油・ガス - 坑口およびパイプラインの圧力モニタリング。
化学プラント - リアクターと貯蔵タンクの圧力測定。
鉱業 - 爆発を防ぐためのガス圧監視。
医薬品 - 揮発性溶剤の環境で使用される。

5-2.一般圧力トランスミッタが使用される場所

一般的な用途は以下の通り：
水処理 - ポンプとパイプラインの圧力を監視します。
HVACシステム - 空気またはダクトの圧力を測定します。
食品加工 - プレスや充填作業における圧力の制御。
機械製造 - 油圧・空圧システムのモニタリング。

6. まとめ

防爆形圧力トランスミッタは、危険場所での安全性を最優先に設計され、堅牢な容器、専用回路、所定の防爆認証を備えます。一方、一般形は通常の産業用途における測定精度とコスト効率を重視しています。
機種選定では、設置場所の危険性評価が重要です。可燃性ガス、蒸気、粉じんが存在する場合は、危険場所の区分と対象物質に適合した防爆形を選定します。防爆対策が不要な環境では、一般形がより経済的な選択肢となります。