気圧計

気圧計（きあつけい、）は、気象測器の一種。気象要素（観測要素）のうち気圧（静止した大気の圧力）を観測する器械である。晴雨計ともいう。

気圧は天候の変化に対応する重要な測定項目として、ほとんど全ての気象観測点で観測が行われており、用途に応じた様々な種類の気圧計が用いられている。

地上からの高度と気圧の間には一定の関係があるため、多くの高度計は気圧計と同じ構造のものがある。

歴史一般に、エヴァンジェリスタ・トリチェリが1643年に気圧計を発明したとされているがThe Invention of the BarometerHistory of the BarometerEvangelista Torricelli, The Invention of the Barometer、他に2人挙げておくべき人物がいる。イタリアの数学者で天文学者のは、1640年から1643年の間にそれとは気づかずに水を使った気圧計を作っていた。またフランスの科学者で哲学者のルネ・デカルトは大気圧を測定する実験装置の設計を1631年ごろ記述しているが、彼がその時に気圧計を実際に作ったという証拠はない。

気圧計が作られるようになると、気圧が日々変動することがわかってきた。ブレーズ・パスカルも気圧が日々変動することに気づいていた。

ところがパスカルは、その原因として大気中の「水蒸気が多いと大気が重くなって気圧が高くなる」ためと考えた。しかし、実際には水蒸気が多いと逆に大気は軽くなる。また気象学に関心があったドイツの数学者ゴットフリード・ライプニッツやイギリスの数学者ジョン・ウォリスも、気圧の変動は雨が降るとその分に比例して大気が軽くなるためと考えていた。

オットー・フォン・ゲーリケは得意の技術を使って水を使った気圧計を製作して自宅に設置した。1660年12月に気圧が大きく下がった時に暴風が起こったことから、悪天候時に気圧が下がることを発見した。これが天候と気圧との関係を示した最初といわれている。ゲーリケによるこの「気圧の変化が天気と関係する」ことの発見がきっかけとなって、気圧の降下を悪天の予兆として利用するようになった。気圧計は、嵐を避ける必需品として特に船乗りに広く普及した。

17世紀に気圧計の原理が確立されてほどなく、低気圧の接近といった天候の悪化に先んじて気圧の変化が起こることが発見された。これを応用した製品は晴雨計として船舶等に普及し、短時間の予測ではあるが、それまで科学的手法の存在しなかった気象の予想が行えるようになった。

このことが社会にもたらしたインパクトは大きく、現在でも、他の事象の象徴あるいは先行指標となるもの、及びその変化を指して「バロメーター」と呼ぶことにその名残を残している。

1665年にロバート・フックは水銀を使った気圧計を改良し、水銀の高さ（気圧）を盤上で回転する針で示す仕組みを開発した。これはホイール・バロメータと呼ばれ、広く使われるようになった。また、1700 年にはフックが船舶用気圧計（Marine barometer）をつくった。これは温度計と気圧計が組になっており、気圧を温度計で補正することができた。エドモンド・ハレーはこれを航海に使用して「決して悪天の予測を過つことなく、あらゆる悪天を早期に知らせる」と賞賛した。しかしフックが属していた王立協会の歴史的事情によるものかもしれないが、この詳しい資料はフックの他の多くの資料とともに残されていない。

水銀気圧計は水銀柱の高さが変わると、槽内の水銀面の高さも変わるため、水銀柱の高さを精密に測定するのは手間がかかった。パリの測定器製作者ニコラス・フォルタン（Nicolas Fortin）は、1800年頃に気圧計の水銀槽を見えるようにガラス製にし、槽の天井から逆さまに象牙の針を付けて、さらに水銀槽の底を革にして底の高さを上下させて水銀面が象牙の針先にちょうど触れるように調整できるようにした。針先は水銀柱の目盛りの基点ともなっているので、その後に水銀柱の目盛りを読めばそのまま水銀柱の高さ、つまり気圧がわかる仕組みを導入した。これはフォルタン型気圧計と呼ばれている。

水銀気圧計は一般に大型、精巧で持ち運ぶことは困難だった。持ち運び可能の気圧計は1695年にイギリスの時計職人ダニエル・クエール（Daniel Quare）によって作られた。それは木製の水銀槽の底が革でできており、底についたねじで革底を動かして水銀を調整できるようにしたもので広く普及した。移動させる場合は水銀柱に空洞ができないように革底をねじで調整してから運び、到着すると逆の手順で測定状態に戻した。この携帯型気圧計は多くの登山家が持ち運んで山の高さを測定するのにも使われた。19世紀になって、イギリスの医療機器製作者で気象学者でもあったアレクサンダー・アディー（Alexander James Adie）はこの方式を改良して、1818年にシンピエゾメ－タ（sympiesometer）として特許を取ってから、気圧計として広く使われるようになった。

水銀を使わずに、内部を低圧にした小型の金属製の空ごう（箱）を使って気圧を測れるようにしたのが、アネロイド気圧計である。「アネロイド」とは液体を使わないという意味のギリシャ語から来ている。この動作機構は数学者ゴットフリード・ライプニッツによって初めて提案されたが、実際には製作されなかった。1844年にフランスの物理学者ルシアン・ヴィディ（Lucien Vidie）が初めて実用的なアネロイド気圧計を製作した。この型の気圧計は、アネロイドセルと呼ばれる減圧された小さな金属製の箱の体積が気圧によって変形することを利用して、盤上の針を動かす仕組みになっている。これは小型の携帯型の気圧計に使われた。

種類原理としては、液柱法あるいは液体法（水銀気圧計、2液型気圧計、環状気圧計）、弾性法あるいは弾性体法（アネロイド気圧計、ブルドン管気圧計、薄板気圧計）、沸点法（沸点気圧計）、冷却法（ピラニ真空計）、α線法（アルファトロン真空計）がある。しかし、実際に使われることが多いのは水銀気圧計とアネロイド気圧計である。

水銀気圧計

代表的な陸上用の水銀気圧計はフォルタン型である（フォルタン水銀気圧計）。1メートルほどの細長い閉管（一端を封じた管でトリチェリ管という）と下層部の水銀槽で構成されており、上端は真空（いわゆるトリチェリの真空）になっている（ガラス管の内部に水銀を満たして水銀槽に倒立させた構造）。槽内の水銀面に牙針が触れるようにして水銀柱頭を測定する。

フォルタン型のほかに水銀面と牙針を合わせる必要のないステーション型やマリン型がある。また、水銀気圧計にも自記式があり、スプルング型やサイフォン型がある。

水銀気圧計はアネロイド気圧計などに比べると精度は高い。ただし、高価であること、全長が長く重量が重いこと、衝撃・傾斜に弱く運搬に適さないこと、測定に熟練を要することその他の欠点がある。

日本の気象庁では、地方官署における基準器としては使用しないこととしたため、国有財産としての使用期限を過ぎたものから順次払い下げを行っている。

アネロイド型気圧計

アネロイド（Aneroid）型気圧計は、空ごう（空盒、ベローズ、金属製の薄い円板2枚を向き合うように接合して内部をほぼ真空の状態にしたもの）が大気圧の変化で伸縮する原理を利用し、それをてこや滑車で指示針に伝えて気圧を表示するものである。

アネロイド型気圧計には、アネロイド型指示気圧計とアネロイド型自記気圧計がある。アネロイド型指示気圧計 - 示針を目視で読み取るもので、一般用のほかに船舶用がある。船舶用は空ごう2個を回転軸に対称に取り付けたもので、拡大機構の各点も平衡するようにして、示針の振れへの影響を小さくする構造がとられている。アネロイド型自記気圧計 - 空ごうの一端の動きが大きくなるようにして、それを時計を内蔵した円筒に巻き付けられた自記紙にペンで自動的に記録するようにしたもの。1日用と7日用があるが、7日用のほうが気圧の変化傾向を判断しやすい。

アネロイド気圧計には、小型であること、測定や取り扱いが簡単であること、重力加速度の影響を受けにくいことなどの利点がある。

ブルドン管気圧計

（）気圧計はCの形になっている扁平密閉管が大気圧によって変形するのを利用して指針を動かすようにした圧力計である。1849年にフランスの（）が発明しフランスで特許を取った。気圧のような微細な圧力変化では扁平密閉管の変形量が小さく直読が困難なのでテコと歯車の組み合わせで変形量を拡大して指針を駆動する。気圧計としての精度はやや低いが、構造が簡単で丈夫であり大きな圧力差に対しては直線性も精度も高いものが製造出来るので、現在では産業用の圧力計として最も多く用いられている。

電気式気圧計電気式気圧計には振動式気圧計と静電容量型気圧計がある。振動式気圧計水晶振動式気圧計 - 固定した空ごうの一端に水晶振動子を取り付け、水晶振動子の振動数の変化（瞬間値ではなく平均値）をデジタル表示するもの。円筒振動式気圧計 - 二重にした円筒の外筒と内筒の間をほぼ真空の状態にし、内筒の薄い円筒が気圧で常に外側に膨らんだ状態にしたもので、気圧による内筒の張力の変化を固有振動数の変化としてとらえてデジタル表示するもの。静電容量型気圧計単結晶シリコン等の弾性体の内部を真空にし、その空間の容積の気圧による変化を、真空部の上下に付けた電極間の静電容量の変化としてとらえて表示するもの。

気象庁では、アメダス等の自動観測装置への組込み用として、1982年から円筒振動式気圧計を、1995年から静電容量式のセンサを用いた気圧計を採用している。

運用日本日本では登録検定機関である気象業務支援センターの検定対象の気象測器とされている（気象測器検定も参照）。

国際観測国際観測通報船舶のうち、甲種国際観測通報船舶及び乙種国際観測通報船舶は気圧計を備えるものとされている。実際には国際航海に従事するほとんどの船舶が気象観測機器を備えている。

脚注

Źródło i licencja