必要に応じて流量計を選択してください

流量は、工業生産プロセスにおいて一般的に用いられるプロセス制御パラメータです。現在、市場には約100種類以上の流量計が存在します。ユーザーは、性能と価格のバランスを考慮した製品をどのように選択すればよいのでしょうか？本日は、流量計の性能特性について解説します。

さまざまな流量計の比較

差圧式

差圧測定技術は現在最も広く使用されている流量測定方法であり、単相流体および高温高圧下の流体の流量を様々な作動条件下でほぼ測定できます。1970年代には、この技術はかつて市場シェアの80％を占めていました。差圧流量計は、一般的に絞り装置とトランスミッターの2つの部分で構成されています。絞り装置には、一般的なオリフィスプレート、ノズル、ピトー管、等速管などがあります。絞り装置の機能は、流れる流体を収縮させ、その上流と下流に差をつけることです。さまざまな絞り装置の中で、オリフィスプレートは構造が簡単で設置が容易なため、最も一般的に使用されています。ただし、加工寸法には厳しい要件があります。仕様と要件に従って加工および設置されている限り、検査に合格した後、不確かさの範囲内で流量測定を実行でき、実際の液体検証は必要ありません。

すべての絞り装置には回復不可能な圧力損失があります。最も大きな圧力損失は鋭利オリフィスで、計器の最大差圧の25%～40%に達します。ピトー管の圧力損失は非常に小さく無視できますが、流体プロファイルの変化に非常に敏感です。

可変領域型

このタイプの流量計の代表的なものはロータメータです。現場での測定において、直接測定が可能で外部電源を必要としないという大きな利点があります。

ロータメータは、製造方法と材質により、ガラスロータメータと金属管ロータメータに分けられます。ガラスロータ流量計は構造がシンプルで、ロータの位置が明瞭に見え、読み取りが容易です。主に常温、常圧、透明媒体および腐食性媒体（空気、ガス、アルゴンなど）に使用されます。金属管ロータメータは一般的に磁気接続インジケータを備えており、高温高圧の環境で使用され、記録計などと併用するための標準信号を発信して積算流量を測定することができます。

現在、市場にはスプリング式円錐ヘッドを備えた垂直面積流量計が存在します。この流量計は凝縮型ではなく、バッファ室も備えていません。測定範囲は100:1で、直線出力を有しており、蒸気測定に最適です。

振動する

渦流量計は、振動型流量計の代表的な例です。流体の前方に非流線型の物体を配置すると、流体は物体の後方で規則的な2列の非対称渦列を形成します。渦列の周波数は流速に比例します。

この測定方法の特徴は、配管内に可動部品がないこと、測定値の再現性が高いこと、信頼性が高いこと、長寿命であること、直線測定範囲が広いこと、温度、圧力、密度、粘度などの変化にほとんど影響を受けないこと、圧力損失が低いことです。高精度（約0.5%～1%）です。動作温度は300℃以上、動作圧力は30MPa以上に達します。ただし、流体の速度分布や脈動流は測定精度に影響を与えます。

媒体の種類に応じて、異なる渦流検知技術を使用できます。蒸気の場合は、振動ディスクまたは圧電結晶を使用できます。空気の場合は、熱流または超音波を使用できます。水の場合は、ほぼすべての検知技術が適用可能です。オリフィスプレートと同様に、渦流流量計の流量係数も、一連の寸法によって決まります。

電磁

このタイプの流量計は、導電性流体が磁場を通過する際に発生する誘導電圧の大きさを利用して流量を検出します。そのため、導電性媒体にのみ適しています。理論的には、この方式は流体の温度、圧力、密度、粘度の影響を受けず、測定範囲は100:1に達し、精度は約0.5%です。適用可能な配管径は2mmから3mまでで、水や泥水、パルプ、腐食性媒体の流量測定に広く使用されています。

電磁流量計の信号は微弱であるため、通常、フルスケールで2.5～8mVしか出力せず、流量も数mVと非常に小さいため、外部干渉の影響を受けやすくなります。そのため、変換器ハウジング、シールド線、測定管、および変換器両端の配管は必ず接地し、別途接地点を設ける必要があります。モーターや電気機器などの公共接地には絶対に接続しないでください。

超音波式

最も一般的な流量計は、ドップラー流量計と時間差流量計です。ドップラー流量計は、測定流体中の移動する対象物から反射された音波の周波数の変化に基づいて流量を検出します。この方式は高速流体の測定に適しています。低速流体の測定には適しておらず、精度が低く、配管内壁の平滑度が要求されますが、回路は単純です。

時間差流量計は、注入流体中における超音波の前方伝播と後方伝播の時間差に基づいて流量を測定します。時間差の大きさが小さいため、測定精度を確保するために電子回路への要求が高く、それに応じて流量計のコストも増加します。時間差流量計は、一般的に、流速場が均一な純粋な層流液体に適しています。乱流液体の場合は、マルチビーム時間差流量計を使用できます。

運動量長方形

このタイプの流量計は、運動量保存の原理に基づいています。流体が回転部に衝突して回転し、回転部の速度は流量に比例します。そして、磁気、光学、機械式計数などの方法を用いて、回転速度を電気信号に変換し、流量を計算します。

タービン流量計は、このタイプの計器の中で最も広く使用されている高精度のタイプです。気体と液体の媒体に適していますが、構造が若干異なります。気体の場合、インペラ角度が小さく、ブレードの数が多くなります。タービン流量計の精度は0.2％〜0.5％に達し、狭い範囲では0.1％に達することがあり、ターンダウン比は10：1です。圧力損失は小さく、耐圧は高いですが、流体の清浄度に一定の要件があり、流体の密度と粘度の影響を受けやすいです。穴径が小さいほど、影響は大きくなります。オリフィスプレートと同様に、設置点の前後に十分なスペースがあることを確認してください。直管部は流体の回転を避け、ブレードの作用角を変えます。

容積移送

この種の計器の動作原理は、回転体が1回転するごとに一定量の流体が正確に移動するという原理に基づいています。計器の設計は、オーバルギア流量計、ロータリーピストン流量計、スクレーパー流量計など、それぞれ異なります。オーバルギア流量計の流量範囲は比較的広く、20：1に達することもあり、精度も高いですが、流体中の不純物によって可動ギアが詰まりやすいです。ロータリーピストン流量計の単位流量は大きいですが、構造上の理由から、漏れ量が比較的多く、漏れ量が大きいため、精度が低くなります。容積流量計は基本的に流体の粘度に依存せず、グリースや水などの媒体に適していますが、蒸気や空気などの媒体には適していません。

上記の流量計はそれぞれ長所と短所がありますが、同じタイプの流量計であってもメーカーが異なれば構造性能も異なります。