超音波流量計の設置において注意すべき5つの問題

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　　超音波流量計は伝播速度差法を利用して水量を測定しますが、現場の設置環境や配管の材質・仕様、センサーの取り付け状況などの影響により、測定精度は公称値を下回ることが多く、時には大きな誤差が生じます。当社の技術者たちは10年以上にわたる実務経験を活かし、上記の影響要因について検討を重ねてきました。さまざまな不利な要因を排除することによってのみ、測定精度を向上させることができるのです。 　　1. 設置環境の影響　超音波流量計を設置する際には、測定対象となる流体の流れが計器の精度要件を満たすように、通常、流量計の上流および下流にそれぞれ管径の10倍以上、5倍以上の直管区間が必要とされます。しかし、実際の現場で設置する際には、このような条件を満たす場所を見つけることがしばしば困難です。直管区間が不足するとさまざまな測定誤差が生じ、下流側の直管は精度に与える影響が小さい。上流側で管径の3倍以上の直管があれば、基本的に使用に耐えられる。しかし、上流の直管区間が不十分で、曲がり部やバルブ、ポンプの後ろに計器を設置する場合、一般的に正の誤差が現れる。 　　2、配管パラメータ入力の影響　超音波流量計を設置した後、管径や管壁の厚さなどのパラメータを入力する必要がある。配管自体が変わらない状態でこれらのパラメータを変更すると、管径の入力誤差によって測定結果の誤差は2倍に拡大する。管壁の厚さの入力誤差は測定誤差と正の相関があるが、測定結果への影響はそれほど大きくない。

3、内張りおよび配管材質の影響　測定対象の配管材質や内張りに関する情報を誤って入力すると、プローブの設置距離の計算に誤りが生じ、超音波の入射角に誤差が生じて測定精度が低下する。深刻な場合には信号や設定にも影響を及ぼし、測定が不可能になる。配管の内張りが測定に与える影響は、主に実際の管径が変化することに起因している。内張りによって流水断面積が減少し、流速換算による流量もそれに応じて小さくなる。測定誤差は配管の断面積の変化と比例する。内張りが過度に厚く設置されて見過ごされたり、管壁と隙間ができたりすると、通常は検出や信号の誤りが発生する。したがって、測定時には内張り材質および厚さを正確に入力する必要がある。配管および内張り材質が測定に与える影響は、さまざまな媒質中での音波の伝播速度の違いとして現れます。材質の実際の音速が設定された音速よりも大きい場合、測定結果は小さくなり、逆の場合は大きくなります。 　　4、センサーの取り付け　超音波流量計は、測定環境や測定プローブの違いにより、Z法、V法、X法などに分類される。測定用センサーの取り付け方法を選択する際の原則は、水が配管軸に平行に流れる場合はZ法で取り付け、流れの方向が配管軸に平行でない場合や、配管の設置場所によってトランスデューサーの間隔が制限される場合はV法やX法を用いる。信号受信に影響を与えない範囲で、V法の方がZ法よりも測定精度が高い。2つのセンサー間の距離には厳格な要件があり、必ず規定された寸法で取り付けなければならない。取り付け間隔が異なると測定精度に影響を与え、場合によっては大きな誤差が生じることもある。 　　5、その他の外部要因、結合剤、信号ケーブル　超音波流量計の動作特性および携帯型超音波流量計の測定に与える誤差の分析から、流量計の測定精度を最大限に保つためには、以下の点にも注意する必要があることがわかる。センサーの取り付け位置の壁面はきれいに研磨すること、センサーの位置はできるだけ上流側の曲がり部の曲率面内に設置し、曲がり部による歪み後のより近似した平均値を得ること、センサーの取り付け位置と管壁の反射面は接続部や溶接部を避けること、センサーの取り付け位置の配管ライニングやスケール層は厚すぎないこと、そして必ず結合剤を使用することである。 　　流量計は高度に精密な機器であるため、製造や使用の過程でその要件を厳守するだけでなく、後期のメンテナンスにおいても細心の注意を払わなければ、早期に故障してしまいます。