よく使われる7つのタイプの流量計の概要

Thread Content

　　流量測定方法や計器の種類は多岐にわたり、分類方法も多数存在する。これまでに、工業用に利用可能な流量計の種類は60種類もある。このように多くの種類がある理由は、これまでどんな流体でも、どんな測定範囲でも、どんな流動状態でも、そしてどんな使用条件にも適用できる流量計が見つかっていないからです。 　　以下では、現在最も一般的で広く用いられている分類法に従い、差圧式流量計、フロート式流量計、タービン式流量計、電磁流量計、渦街流量計、質量流量計、および挿入式流量計の7種類に分けて、それぞれの流量計の原理、特徴、用途の概要、ならびに国内外における発展状況について説明する。 　　1.1 差圧式流量計　差圧式流量計とは、配管内に設置された流量検出部品によって生じる差圧、既知の流体条件、および検出部品と配管の幾何学的寸法をもとに流量を算出する計器です。 　　差圧式流量計は、一次装置（検出部）と二次装置（差圧変換および流量表示計）で構成されています。差圧式流量計は、通常、検出部の形態によって分類され、例えば孔板流量計、ヴェンチュリー流量計、均速管流量計などがある。 　　二次装置とは、各種の機械、電子機器、機電一体型の差圧計、差圧変換器、および流量表示計のことです。それは、三化（シリーズ化、汎用化、標準化）が高度に進んだ、種類や規格が非常に多様な一大計測器のカテゴリーとして発展し、流量パラメータだけでなく、圧力、液面、密度などの他のパラメータも測定できる。 　　差圧式流量計は、最も広く利用されている流量計の一種で、あらゆる種類の流量計の中で最も多く使用されています。近年、さまざまな新型の流量計が登場したことにより、その使用割合は徐々に減少しているが、現在でも最も重要な種類の流量計である。 　　長所：　　(1)最も広く使用されている孔板式流量計は、構造が堅牢で、性能が安定しており信頼性が高く、使用寿命も長い；　　(2)適用範囲が非常に広く、今日までこれに匹敵する流量計は他に存在しない；　　(3)検出部品と変換器、表示計器はそれぞれ異なるメーカーによって製造されるため、規模の経済を活かした生産が可能である。 　　欠点：　　(1)測定精度が全体的に低い；　　(2)ゲイン範囲が狭く、一般的に3:1～4:1程度；　　(3)現場での設置条件が厳しい；　　(4)圧力損失が大きい（孔板やノズルなどを指す）。 　　1.2 フロート式流量計　フロート式流量計は、ローター式流量計とも呼ばれ、変面積式流量計の一種です。下から上に向かって拡大する垂直な円錐形の管の中で、円形断面を持つフロートの重力は液体の流体力によって支えられるため、フロートはその円錐形の管の中で自由に上下に動くことができます。 　　フロート式流量計は、圧力差式流量計に次いで最も広範な適用分野を持つ流量計の一種であり、特に小流量・微流量の分野において極めて重要な役割を果たします。 　　特徴：　　(1)ガラス製の円錐形管を利用したフロート式流量計は、構造がシンプルで使いやすいが、耐圧性が低く、ガラス管が破損するという大きなリスクがある；　　(2)小さな管径や低い流速に適している；　　(3)圧力損失が少ない。 　　1.3 タービン流量計　タービン流量計は、速度式流量計の中で最も一般的なタイプであり、複数の羽根を持つローター（タービン）を用いて流体の平均流速を検出し、それによって流量や総量を算出する計器です。 　　一般的にはセンサーと表示器の2つの部分で構成されていますが、一体型にすることもできます。 　　タービン式流量計、容積式流量計、コリオリ式質量流量計は、流量計の中で再現性と精度が最も優れている3つのタイプとされており、10大流量計の一つとして、多種多様な製品が大量生産される規模にまで発展しています。 　　長所：　　(1)高精度で、すべての流量計の中でも最も正確なものです；　　(2)再現性に優れています；　　(3)基準点のドリフトがなく、干渉に強い；　　(4)測定範囲が広い；　　(5)構造がコンパクトです。 　　欠点：　　(1)長期にわたって校正特性を維持できない；　　(2)流体の物性が流量特性に大きな影響を与える。 　　1.4 電磁流量計　電磁流量計とは、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて作られた、導電性のある液体を測定するための計器です。 　　電磁式流量計には一連の優れた特性があり、汚れた流体や腐食性流体の測定といった、他の流量計では適用が難しい問題を解決できます。70年代から80年代にかけて、電磁式流量計は技術的に大きな進歩を遂げ、広く利用される流量計の一種となりました。流量計全体においても、その使用割合は着実に上昇しています。 　　長所：　　(1)測定チャネルは滑らかな直管であり、詰まることがないため、パルプ、スラリー、汚水などの固体粒子を含む液固二相流体の測定に適している；　　(2)流量検出によって生じる圧力損失がないため、省エネ効果が高い；　　(3)測定される体積流量は、流体の密度、粘度、温度、圧力、導電率の変化の影響をほとんど受けない；　　(4)流量範囲が広く、口径の選択肢も多い；　　(5)腐食性のある流体にも使用できる。 　　欠点：　　(1)石油製品など、導電率が非常に低い液体は測定できない；　　(2)ガス、蒸気、および大きな気泡を含む液体は測定できない；　　(3)高温では使用できない。 　　1.5渦街流量計　渦街流量計とは、流体の中に非流線形の渦発生体を設置し、流体がその発生体の両側で交互に分離することで、規則正しく交差して並ぶ一連の渦が生じる計測器です。 　　渦街流量計は、周波数検出方式によって、応力式、ひずみ式、容量式、熱敏式、振動体式、光電式、超音波式などに分けられる。 　　渦街流量計は最も新しいタイプの流量計に属しますが、急速に発展し、現在では一般的な流量計となっています。 　　長所：　　(1)構造がシンプルで頑丈；　　(2)対応可能な流体の種類が多い；　　(3)精度が高い；　　(4)測定範囲が広い；　　(5)圧力損失が少ない。 　　欠点：　　(1)低レイノルズ数の測定には適していない；　　(2)長い直管区間が必要；　　(3)計器係数が低い（タービン式流量計と比較して）；　　(4)脈動流や多相流における使用経験がまだ不足している。 　　1.6 超音波流量計　超音波流量計とは、流体の流れが超音波ビーム（または超音波パルス）に与える影響を検出することで流量を測定する計器です。 　　信号検出の原理に基づき、超音波流量計は伝播速度差法（直接時差法、時差法、位相差法、周波数差法）、ビームオフセット法、ドップラー法、相互相関法、空間フィルタ法、およびノイズ法などに分類される。 　　超音波流量計も電磁流量計と同様に、計器の流路に障害物が一切設置されていないため、無障害流量計に分類されます。流量測定が困難な問題を解決するのに適した流量計であり、特に大口径の流量測定において優れた利点があります。近年、急速に発展している流量計の一種です。 　　長所：　　(1)非接触式での測定が可能；　　(2)流れの妨げがなく、圧力損失もない；　　(3)非導電性の液体も測定でき、障害のない測定を実現する電磁流量計の補完となる。 　　欠点：　　(1)伝播時間法は清浄な液体や気体にのみ適用可能であり、ドップラー法はある程度の懸濁粒子や気泡を含む液体の測定にのみ使用できる；　　(2)ドップラー法の測定精度は高くない。 　　1.7 明渠流量計　前述のものとは異なり、満水でない開放型の水路において、自由表面の自然流れの流量を測定するための計器である。 　　満管状態でない流れの水路を明渠と呼び、明渠内の水流の流量を測定するものを明渠流量計と呼ぶ。 　　明渠流量計には円形のほか、U字型、台形、長方形など、さまざまな形状がある。 　　明渠流量計の適用場所には、都市の給水用導水路、火力発電所の導水路および排水路、汚水処理用の流入・排出路、工場や鉱山の排水路、そして水利工事や農業灌漑用の水路がある。1995台と推定されており、流量計全体の約1.6％を占めるが、国内での利用に関する統計データはまだない。