問題 11

次の各文章の【1】～【15】の中に入れるべき最も適切な字句、数値、式又は記述をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【1】、【2】、【4】、【5】及び【6】は2箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。(配点計50点) (1) 測定器を用いてある物理量を測定するとき、測定値と真の値との間に誤差を生じる。誤差の原因としては、測定の原理・方法、測定装置、測定条件や環境、測定者によるものがある。 これらの誤差はいくつかの種類に分類される。このうち、「測定結果に偏りを与える原因により生ずる誤差」は【 1 】誤差である。「突き止められない原因によって起こり、測定値のばらつきとなって現れる誤差」は【 2 】誤差である。 誤差があらかじめ推定できる場合は、補正するなどして誤差の原因をできるだけ取り除いた上で測定を精密に行い、十分な回数の測定を行った上でその平均値をとることなどで、真の値の推定値の精度を高めることができる。測定回数が十分であれば、これらの誤差によって測定値は図のように分布することになる。この分布は統計学において【 3 】分布と呼ばれている。 (図は省略)

(2) 熱電対を用いて温度を測定する際には、次のような誤差となる要因について十分に注意を払う必要がある。 1) 炉内温度や配管内の流体温度などを測定する場合、装置や配管などへの熱電対の挿入長さが短いと、熱電対の測温接点の温度は保護管が接する壁や外界との熱伝導の影響を受けて、測定対象の温度に対して誤差を生ずる。誤差を少なくするためには、配管に挿入する場合は曲がり部分を利用するなど、一般に、金属の保護管では保護管外径の15～20倍の長さを挿入するとよい。 一方、非金属の保護管では、誤差が同程度となる場合の挿入長さは、金属の保護管と比べて【 4 】。 2) 熱電対を用いて物体の表面温度を測る場合には、測定対象に測温接点を確実に接触させることや、熱電対によって測定対象の温度が変わってしまうようなことがないように十分注意して測温接点を取り付けることが、誤差を少なくすることにつながる。 測定対象の温度は、熱電対を通して外界などとの熱の授受が生じることにより変化し、一般に、測定対象の熱容量や熱伝導率が【 5 】ほど、熱電対の熱容量や熱伝導率が【 6 】ほど測定対象の温度に影響を与えやすい。 物体の表面温度が一様な場合に、より正確な表面温度を測定するには、できるだけ細い熱電対を用いて熱電対を測定対象の表面に【 7 】ことにより熱電対素線内の測温接点近傍の温度勾配を小さくすることなどが有効である。

(3) 流れの中の物体の下流側に発生した渦から、流体の流量を計測する流量計を渦流量計という。 1) 流れの中に柱状の物体を置くと、ある流速の範囲ではこの物体の下流側には【 8 】列の渦が発生し、この渦はカルマン渦と呼ばれる。カルマン渦の発生周波数は、流れの中にある振動現象の周波数に関する無次元量であるストローハル数と関係があり、ストローハル数Stは、渦発生体の幾何学的寸法d、渦発生の周波数f及び流速vを用いて次式で表される。 St = 【 9 】 渦流量計は、ストローハル数Stがレイノルズ数のある範囲において【 10 】ことを利用して、周波数fを測定することにより流速を求めている。 2) 渦流量計の特徴としては次のような点が挙げられる。 ① 構造が簡単で安価である。 ② 可動部が無く保守が容易である。 ③ 差圧式流量計と比較すると圧力損失は【 11 】。 ④ レイノルズ数が過小な場合は渦が発生しないか又は不安定になる。

(4) 圧力計には液柱式圧力計やブルドン管圧力計など種々の方式がある。 1) 両端が開放されたU字形の管に液体を入れ、一端に圧力を加えると、管内の液体は押されて移動し、二液面間の液位差と加えた圧力がバランスしたところで停止する。この原理を利用して液位差から圧力を求めるのが液柱式圧力計である。 管の端1に圧力pを加え、端2を大気に開放したとき、液位差が示す圧力の測定値は【 12 】と呼ばれる。標準気圧の大気中で管の端1側の液面が端2側の液面よりも低くなり、液位差が示す圧力の値が0.01MPaと読み取れる場合、圧力pは絶対圧で【 13 】[MPa]である。

2) 配管などの圧力測定に用いられているブルドン管は、【 14 】式圧力計の一種である。断面が楕円型などの扁平な断面を持つ管の一端を閉じ、C字形・渦巻き形・つる巻き形などの形に巻き、他端から圧力を加えると、巻かれた管はほどける方向に動く。ブルドン管圧力計はこのことを利用しており、閉じた先端の変位量はほぼ【 15 】する。 ブルドン管圧力計は構造が簡単で比較的安価で製作でき、管の材料・寸法を選べば非常に広い範囲の測定が可能である。また、測定に当たって外部からのエネルギーは必要としない。