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気圧きあつけい

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア(Wikipedia)』

気圧きあつけい(きあつけい、英語えいご: barometer)とは、大気たいき圧力あつりょく測定そくていする器具きぐのことである。気圧きあつ天候てんこう変化へんか対応たいおうする重要じゅうよう測定そくてい項目こうもくとして、ほとんどすべての気象きしょう観測かんそくてん観測かんそくおこなわれており、用途ようとおうじた様々さまざま種類しゅるい気圧きあつけいもちいられている。

レーザー干渉かんしょうけい航空機こうくうきGPSなどでは、大気たいき圧力あつりょくともなう、密度みつど屈折くっせつりつひとし変化へんか原因げんいんとする誤差ごさ補正ほせいするため、それぞれの目的もくてきおうじた気圧きあつけいもちいられる。地上ちじょうからの高度こうど気圧きあつあいだには一定いってい関係かんけいがあるため、おおくの高度こうどけい気圧きあつけいおな構造こうぞうのものがある。

歴史れきし

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一般いっぱんに、エヴァンジェリスタ・トリチェリが1643ねん気圧きあつけい発明はつめいしたとされているが[1][2][3]に2にんげておくべき人物じんぶつがいる。イタリアの数学すうがくしゃ天文学てんもんがくしゃガスパロ・ベルティ英語えいごばんは、1640ねんから1643ねんあいだにそれとはづかずにみず使つかった気圧きあつけいつくっていた[1][4]。またフランスの科学かがくしゃ哲学てつがくしゃルネ・デカルト大気たいきあつ測定そくていする実験じっけん装置そうち設計せっけいを1631ねんごろ記述きじゅつしているが、かれがそのとき気圧きあつけい実際じっさいつくったという証拠しょうこはない[1]

気圧きあつけいつくられるようになると、気圧きあつ日々ひび変動へんどうすることがわかってきた。ブレーズ・パスカル気圧きあつ日々ひび変動へんどうすることにづいていた。ところがパスカルは、その原因げんいんとして大気たいきちゅうの「水蒸気すいじょうきおおいと大気たいきおもくなって気圧きあつたかくなる」ためとかんがえた[5]。しかし、実際じっさいには水蒸気すいじょうきおおいとぎゃく大気たいきかるくなる。また気象きしょうがく関心かんしんがあったドイツの数学すうがくしゃゴットフリード・ライプニッツやイギリスの数学すうがくしゃジョン・ウォリスも、気圧きあつ変動へんどうあめるとそのぶん比例ひれいして大気たいきかるくなるためとかんがえていた[6]

オットー・フォン・ゲーリケ得意とくい技術ぎじゅつ使つかってみず使つかった気圧きあつけい製作せいさくして自宅じたく設置せっちした。1660ねん12月に気圧きあつおおきくがったとき暴風ぼうふうこったことから、悪天候あくてんこう気圧きあつがることを発見はっけんした。これが天候てんこう気圧きあつとの関係かんけいしめした最初さいしょといわれている。ゲーリケによるこの「気圧きあつ変化へんか天気てんき関係かんけいする」ことの発見はっけんがきっかけとなって、気圧きあつ降下こうかあくてん予兆よちょうとして利用りようするようになった。気圧きあつけいは、あらしける必需ひつじゅひんとしてとく船乗ふなのりにひろ普及ふきゅうした[7]

17世紀せいき気圧きあつけい原理げんり確立かくりつされてほどなく、てい気圧きあつ接近せっきんといった天候てんこう悪化あっかさきんじて気圧きあつ変化へんかこることが発見はっけんされた。これを応用おうようした製品せいひん晴雨計せいうけいとして船舶せんぱくとう普及ふきゅうし、短時間たんじかん予測よそくではあるが、それまで科学かがくてき手法しゅほう存在そんざいしなかった気象きしょう予想よそうおこなえるようになった。このことが社会しゃかいにもたらしたインパクトはおおきく、現在げんざいでも、事象じしょう象徴しょうちょうあるいは先行せんこう指標しひょうとなるもの、およびその変化へんかして「バロメーター」とぶことにその名残なごりのこしている。

1665ねんロバート・フック水銀すいぎん使つかった気圧きあつけい改良かいりょうし、水銀すいぎんたかさ(気圧きあつ)を盤上ばんじょう回転かいてんするはりしめ仕組しくみを開発かいはつした[8]。これはホイール・バロメータとばれ、ひろ使つかわれるようになった。また、1700 ねんにはフックが船舶せんぱくよう気圧きあつけい(Marine barometer)をつくった。これは温度おんどけい気圧きあつけいくみになっており、気圧きあつ温度おんどけい補正ほせいすることができた。エドモンド・ハレーはこれを航海こうかい使用しようして「けっしてあくてん予測よそくあやまつことなく、あらゆるあくてん早期そうきらせる」と賞賛しょうさんした[9]。しかしフックがぞくしていた王立おうりつ協会きょうかい歴史れきしてき事情じじょうによるものかもしれないが、このくわしい資料しりょうはフックのほかおおくの資料しりょうとともにのこされていない。

水銀すいぎん気圧きあつけい水銀柱すいぎんちゅうたかさがわると、ふねない水銀すいぎんめんたかさもわるため、水銀柱すいぎんちゅうたかさを精密せいみつ測定そくていするのは手間てまがかかった。パリの測定そくてい製作せいさくしゃニコラス・フォルタン(Nicolas Fortin)は、1800ねんごろ気圧きあつけい水銀すいぎんそうえるようにガラスせいにし、ふね天井てんじょうからさかさまに象牙ぞうげはりけて、さらに水銀すいぎんそうそこかわにしてそこたかさを上下じょうげさせて水銀すいぎんめん象牙ぞうげはりさきにちょうどれるように調整ちょうせいできるようにした。はりさき水銀柱すいぎんちゅう目盛めもりの基点きてんともなっているので、その水銀柱すいぎんちゅう目盛めもりをめばそのまま水銀柱すいぎんちゅうたかさ、つまり気圧きあつがわかる仕組しくみを導入どうにゅうした。これはフォルタンがた気圧きあつけいばれている[7]

水銀すいぎん気圧きあつけい一般いっぱん大型おおがた精巧せいこうはこぶことは困難こんなんだった。はこ可能かのう気圧きあつけいは1695ねんにイギリスの時計とけい職人しょくにんダニエル・クエール(Daniel Quare)によってつくられた。それは木製もくせい水銀すいぎんそうそこかわでできており、そこについたねじでかわそこうごかして水銀すいぎん調整ちょうせいできるようにしたものでひろ普及ふきゅうした。移動いどうさせる場合ばあい水銀柱すいぎんちゅう空洞くうどうができないようにかわそこをねじで調整ちょうせいしてからはこび、到着とうちゃくするとぎゃく手順てじゅん測定そくてい状態じょうたいもどした。この携帯けいたいがた気圧きあつけいおおくの登山とざんはこんでやまたかさを測定そくていするのにも使つかわれた[10]。19世紀せいきになって、イギリスの医療いりょう機器きき製作せいさくしゃ気象きしょう学者がくしゃでもあったアレクサンダー・アディー(Alexander James Adie)はこの方式ほうしき改良かいりょうして、1818ねんにシンピエゾメ-タ(sympiesometer)として特許とっきょってから、気圧きあつけいとしてひろ使つかわれるようになった[10]

水銀すいぎん使つかわずに、内部ないぶ低圧ていあつにした小型こがた金属きんぞくせいくうごう(はこ)を使つかって気圧きあつはかれるようにしたのが、アネロイド気圧きあつけいである。「アネロイド」とは液体えきたい使つかわないという意味いみのギリシャからている。この動作どうさ機構きこう数学すうがくしゃゴットフリード・ライプニッツによってはじめて提案ていあんされたが、実際じっさいには製作せいさくされなかった [10]。1844ねんにフランスの物理ぶつり学者がくしゃルシアン・ヴィディ(Lucien Vidie)がはじめて実用じつようてきなアネロイド気圧きあつけい製作せいさくした。このかた気圧きあつけいは、アネロイドセルとばれる減圧げんあつされたちいさな金属きんぞくせいはこ体積たいせき気圧きあつによって変形へんけいすることを利用りようして、盤上ばんじょうはりうごかす仕組しくみになっている。これは小型こがた携帯けいたいがた気圧きあつけい使つかわれた[7]

えきばしらがた水銀すいぎん気圧きあつけい

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フォルタン水銀すいぎん気圧きあつけい

フォルタン水銀すいぎん気圧きあつけいともばれる。一端いったんふうじたガラスかん内部ないぶ水銀すいぎんたして水銀すいぎんそう倒立とうりつさせ、ガラスかん上部じょうぶトリチェリ真空しんくうしょうじさせた構造こうぞうである。水銀すいぎんそうえきめんにかかる大気たいきあつとガラスかん内部ないぶ水銀柱すいぎんちゅうおもさ(∝だかさ)とのいから気圧きあつ測定そくていできる。気象きしょう観測かんそくにおける基準きじゅんとしてもちいられることがおおい。

水銀すいぎんそう下部かぶは、かわせいふくろをネジでげてえきめんたかさを調整ちょうせいできる構造こうぞうになっており、水銀すいぎんそうないえきめん象牙ぞうげはり[11]先端せんたんせっするようにしたうえで、ガラスかんえられた目盛めもりをる。より厳密げんみつ測定そくていには温度おんどおよ重力じゅうりょく加速度かそくどもちいた補正ほせい必要ひつようである。このため気温きおん測定そくていようのものと同等どうとう附着ふちゃく温度おんどけいばれる温度おんどけい付属ふぞくする。

またガラスかんじょうはしレーザーもちいたはか装置そうちそなえることで、測定そくてい電気でんきてき出力しゅつりょくおこなえるものもある。

その原理げんりじょう非常ひじょう精度せいどたか測定そくてい可能かのうである一方いっぽう高価こうかであること、全長ぜんちょうなが重量じゅうりょうおもいこと、衝撃しょうげき傾斜けいしゃよわ運搬うんぱんてきさないこと、測定そくてい熟練じゅくれんようすることとう欠点けってんがあり、日常にちじょうてき観測かんそくとく無人むじん運用うんようによる自動じどう観測かんそくにはてきさない。 気象庁きしょうちょうでも地方ちほう官署かんしょにおける基準きじゅんとしては使用しようしないこととしたため、国有こくゆう財産ざいさんとしての使用しよう期限きげんぎたものから順次じゅんじはらげをおこなっている。

気象きしょう観測かんそくようとして、測定そくてい範囲はんいは、すくなくとも870-1050hPa[12]必要ひつようとされ、許容きょようされるうつわは、0.7hPaである。

アネロイドがた気圧きあつけい

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アネロイドがた自記じき気圧きあつけい

アネロイド(Aneroid)がた気圧きあつけいは、内部ないぶをほぼ真空しんくうにした、円盤えんばんがたまた円筒えんとうがた金属きんぞくせい密閉みっぺい容器ようき[13]をつぶそうとする大気たいきあつ機構きこう内蔵ないぞうされたばね反発はんぱつりょくとのいによって気圧きあつ測定そくていするものである。水銀すいぎんもちいないことから、ギリシャの"a"(否定ひてい意味いみ)と"neros"(湿しめった・液体えきたいの)を語源ごげんとするこのつ。

小型こがた軽量けいりょう構造こうぞうおよ取扱とりあつかいが簡単かんたんなため、家庭かていよう携帯けいたいようとしてもひろもちいられており、温度おんどけい一体いったいにした製品せいひんおおい。水銀すいぎん気圧きあつけい比較ひかくして精度せいどおとるとされるので、気象きしょう観測かんそくようとして検定けんてい対象たいしょうとなるものは、2のベローズを対称たいしょうもうけたり、バイメタルによる温度おんど補償ほしょうおこなう構造こうぞうのものがおおい。気圧きあつ高度こうど対応たいおう目盛めもりがいた小型こがたのものが、登山とざんもちい高度こうどけいしょうしておおくのメーカーから発売はつばいされている。

アネロイドがた気圧きあつけい一種いっしゅとして、指針ししんわりに記録きろくペンを駆動くどうし、ゼンマイなどの動力どうりょく回転かいてんするドラムにかれた記録きろく気圧きあつとき系列けいれつ自動的じどうてき記録きろくする自記じき気圧きあつけいがある。

気象きしょう観測かんそくようとして、測定そくてい範囲はんいは、920-1040hPa[14]必要ひつようとされ、許容きょようされるうつわ[15]は、0.7hPa[16]である。

ブルドンかん気圧きあつけい

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ブルドンかん気圧きあつけい

ブルドンかんフランス語ふらんすごばんえい: Bourdon tube気圧きあつけい[17]はCのかたちになっている扁平へんぺい密閉みっぺいかん大気たいきあつによって変形へんけいするのを利用りようして指針ししんうごかすようにした圧力あつりょくけいである。1849ねんにフランスのウジェーヌ・ブルドンフランス語ふらんすごばん英語えいごばんふつ: Eugene Bourdon[18]発明はつめいしフランスで特許とっきょった。気圧きあつのような微細びさい圧力あつりょく変化へんかでは扁平へんぺい密閉みっぺいかん変形へんけいりょうちいさく直読ちょくどく困難こんなんなのでテコと歯車はぐるまわせで変形へんけいりょう拡大かくだいして指針ししん駆動くどうする。 気圧きあつけいとしての精度せいどはややひくいが、構造こうぞう簡単かんたん丈夫じょうぶでありおおきな圧力あつりょくたいしては直線ちょくせんせい精度せいどたかいものが製造せいぞう出来できるので、現在げんざいでは産業さんぎょうよう圧力あつりょくけいとしてもっとおおもちいられている。

電気でんきしき気圧きあつけい

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21世紀せいき初頭しょとう近年きんねんでは、半導体はんどうたいひとしもちいたセンサにより気圧きあつ電気でんき信号しんごうとして出力しゅつりょくし、デジタル信号しんごうとして出力しゅつりょく記録きろくすることがおこなわれている。センサには、せいでん容量ようりょうしきのものと振動しんどうしきのものとがある。

集積しゅうせき回路かいろ技術ぎじゅつ応用おうようして製造せいぞうされたチップがたのものは、加工かこう精度せいど非常ひじょうたかいため、精度せいど安定あんていせいてんすぐれており、機器ききへの組込くみこみも容易よういなことから、ひろ使つかわれるようになっている。

しずかでん容量ようりょうしきのセンサはシリコンとうでできたチャンバーがコンデンサ形成けいせいしているもので、気圧きあつによる電極でんきょくあいだ距離きょり変化へんかしずかでん容量ようりょう変化へんかとして検出けんしゅつする。

振動しんどうしきのセンサは金属きんぞく、シリコンとうでできたチャンバーに水晶すいしょうひとしあつでん素子そしから振動しんどうくわえ、気圧きあつ変化へんかともなって変化へんかするチャンバーめん張力ちょうりょく共振きょうしん周波数しゅうはすう変化へんかとして検出けんしゅつすることで測定そくていおこなう。円筒えんとう振動しんどうしき気圧きあつけいばれるかんがたのセンサが使つかわれてきたが、チップがたのものが普及ふきゅうしてきている。

気象庁きしょうちょうでは、アメダスひとし自動じどう観測かんそく装置そうちへの組込くみこようとして、1982ねんから円筒えんとう振動しんどうしき気圧きあつけいを、1995ねんからせいでん容量ようりょうしきのセンサをもちいた気圧きあつけい採用さいようしている。

気象きしょう観測かんそくようとして、測定そくてい範囲はんいは、870-1050hPa[19]必要ひつようとされ、許容きょようされるうつわは、0.7hPa[20]である。

日本にっぽん気圧きあつけい

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日本にっぽんでは気象きしょう業務ぎょうむほうとその下位かい法令ほうれいにより、公共こうきょうてき気象きしょう観測かんそくには気象きしょうはかうつわ検定けんてい合格ごうかくしたえきばしらがた水銀すいぎん気圧きあつけい、アネロイドがた気圧きあつけいまた電気でんきしき気圧きあつけいもちいることとされている。

脚注きゃくちゅう

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  1. ^ a b c The Invention of the Barometer
  2. ^ History of the Barometer
  3. ^ Evangelista Torricelli, The Invention of the Barometer
  4. ^ Drake, Stillman (1970). "Berti, Gasparo". Dictionary of Scientific Biography. Vol. 2. New York: Charles Scribner's Sons. pp. 83–84. ISBN 0684101149
  5. ^ 小柳こやなぎ公代きみよ (1987). “Pascalの「真空しんくうろん」について”. フランス語ふらんすごフランス文学ぶんがく研究けんきゅう 25-26: 109-118. 
  6. ^ Frisinger, H.Howard (1974-08). “Mathematicians in the history of meteorology: The pressure-height problem from Pascal to laplace”. Historia Mathematica 1 (3): 263-286. doi:10.1016/0315-0860(74)90066-4. ISSN 0315-0860. https://doi.org/10.1016/0315-0860(74)90066-4. 
  7. ^ a b c つつみさとし. (2018). 気象きしょうがく気象きしょう予報よほう発達はったつ 気象きしょう測定そくていなどの発展はってん. 丸善まるぜん出版しゅっぱん. ISBN 978-4-621-30335-1. OCLC 1061226259. https://www.maruzen-publishing.co.jp/item/b302957.html 
  8. ^ The History of Meteorology to 1800. American Meteorological Society. (1977) 
  9. ^ Ellis, Willam (1886-07). “Brief historical account of the barometer: BRIEF HISTORICAL ACCOUNT OF THE BAROMETER” (英語えいご). Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 12 (59): 131-171. doi:10.1002/qj.4970125901. http://doi.wiley.com/10.1002/qj.4970125901. 
  10. ^ a b c Invention of the Meteorological Instruments.. The Johns Hopkins Press. (1969) 
  11. ^ えきばしらがた水銀すいぎん気圧きあつけいはりかんする気象庁きしょうちょう規格きかくでは、政治せいじてき配慮はいりょから、2002ねん以降いこう象牙ぞうげ」との材質ざいしつ指定していをやめている
  12. ^ 山岳さんがくようのものでは540-1050hPa
  13. ^ 金属きんぞくせい密閉みっぺい容器ようきは、そら盒、ベローズ、チャンバーとうばれ、おもようしろ(ニッケルけい合金ごうきんまたりん青銅せいどうつくられる。
  14. ^ アネロイドがた気圧きあつけい測定そくてい範囲はんい自記じき気圧きあつけいでは940-1040hPaである。
  15. ^ 測定そくてい製造せいぞうから誤差ごさ
  16. ^ アネロイドがた気圧きあつけい許容きょよう自記じき気圧きあつけいでは1.4hPaである。
  17. ^ ブルドンかん』 - コトバンク
  18. ^ ブルドン』 - コトバンク
  19. ^ 電気でんきしき気圧きあつけい測定そくてい範囲はんいは、ラジオゾンデよう場合ばあい、5-1040hPaである。
  20. ^ 電気でんきしき気圧きあつけい許容きょようは、ラジオゾンデよう場合ばあい気圧きあつ高度こうどいきごとに6-10hPaである。

関連かんれん項目こうもく

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