実用情報｜8枚の図で双フランジ式液面変換器のゼロ点移動計算を理解する

Thread Content

この投稿は、2025年9月24日23時10分にyunrunによって最終的に編集されました。工業生産においては、箱やタンク、缶などの装置内の液面を測定し、調整する必要がよくあります。液面を測定するための計器は多種多様ですが、腐食性がある液体や結晶粒子を含む液体、粘度が高く固まりやすい液体といった特殊な液体の場合、圧力導管が腐食したり詰まったりする問題を解決するために、二重フランジ式差圧変換器を用いて液面を測定することができます。昌晖計器は、本稿で二重フランジ式差圧変換器の取り付け方法、ゼロ点移動量の計算方法、測定範囲の計算方法について解説し、二重フランジ式差圧変換器の計算検証法をまとめています。 図1に示すように、感応素子である金属膜バルブは、ケーシング付きキャピラリーと測定室からなる閉鎖系内に、圧力伝達媒体として密封液（一般的にはシリコンオイル）が充填されている。キャピラリーを長持ちさせるため、外側には金属製のホースで保護されています。 ダブルフランジ型差圧変換器を用いた液位測定におけるゼロ点の移動量の計算と設置方法 yunrun.com.cn/tech/1465.html 1. 液位測定におけるダブルフランジ型差圧変換器の設置と計算 ダブルフランジ型差圧変換器は、どの高さや位置にでも設置することができます。しかし、真空環境で使用する場合（真空環境で動作するダブルフランジ型差圧変送器のメーカーは通常特別な処理を施しますが、それでも非常に破損しやすく、その理由については「ダブルフランジ型液位変送器が負圧下の液位測定に適さない理由」という記事を参照してください）、低圧室のフランジの水平線より高くしてはなりません。液面計測において、ダブルフランジ式トランスミッターは通常、密閉容器で使用される。低圧室のフランジは容器内の圧力（または真空）の変動の影響を排除するために、高圧室のフランジは容器内の液体の液面を計測するために用いられる。二重フランジ式差圧変換器を開放型容器に使用する場合、高圧室のフランジは容器の下端フランジに接続され、低圧室のフランジは大気中に設置され、高圧室のフランジと同じ高さを保つ必要がある。 ①二重フランジ式差圧変換器は、開口容器の下端フランジの中心の水平線より下方に設置される。A、二重フランジ式差圧変換器は開口容器の下端フランジの中心の水平線より下方に設置され、かつ変換器の低圧室側フランジと開口容器の下端フランジの中心が同一の水平面上にある。図2を参照：図2　二重フランジ式差圧変換器が開口容器の下端フランジの水平線より下方に設置されている状態（変換器の低圧室側フランジと開口容器の下端フランジの中心が同一の水平面上にある）。測定対象となる媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、最低測定液面から最高測定液面までの高さをH（単位：m）とする；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；では、ダブルフランジ式差圧変送器の測定範囲はL=H×ρ1です；ゼロ点の正の移動量はA=h1×ρ1；最小測定液位時、二重フランジ式差圧変換器に作用する等価静圧差は△P1=h1×ρ1=A；最大測定液位時に、二重フランジ型差圧変換器に作用する等価静差圧は△P2=(H+h1)×ρ1=H×ρ1+h1×ρ1=H×ρ1+Aである； 二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=h1×ρ1～H×ρ1+h1×ρ1=A～H×ρ1であり、これに対応する二重フランジ式差圧変換器の出力は4-20mAです。 B、二重フランジ式差圧変換器は、開口容器の下端フランジの中心水平線より下方に設置され、かつ二重フランジ式差圧変換器の低圧室フランジも開口容器の下端フランジの中心水平線より下方にある。図3を参照：図3　二重フランジ式差圧変換器が開口容器の下端フランジの中心水平線より下方に設置されている様子（変換器の低圧室フランジが開口容器の下端フランジの中心線より下方にある）。測定対象となる媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、二重フランジ式差圧変換器のキャピラリー内に充填されている液体の密度をρ2（単位：kg/m3）、Hを最も低い測定液面から最も高い測定液面までの高さ（単位：m）とする；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；h2は低圧室のフランジと開放型容器の下端フランジとの間の高さ（単位：m）であり、二重フランジ式差圧変換器の測定範囲はL=H×ρ1となる；ゼロ点移動量（正の移動）はA=h1×ρ1+h2×ρ2；最小測定液位時、二重フランジ式差圧変換器に作用する等価静圧差は△P1=h1×ρ1+h2×ρ2=A；最大測定液位時、二重フランジ式差圧変換器に作用する等価静差圧は△P2=(H+h1)×ρ1+h2×ρ2=H×ρ1+A； 二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=h1×ρ1+h2×ρ2～(H+h1)×ρ1+h2×ρ2=A～H×ρ1+Aであり、これに対応する二重フランジ式差圧変換器の出力は4-20mAです。 ②二重フランジ式圧力差変換器は、開口容器の下端フランジの水平線より上方に設置される。A、二重フランジ式圧力差変換器は開口容器の下端フランジの中心の水平線より上方に設置され、かつその低圧室側のフランジが開口容器の下端フランジの中心の水平線よりも高くなっている。図4に示す通りである。測定時に二重フランジ式圧力差変換器にデッドゾーンが生じないようにするためには、h1×ρ1≥h2×ρ2でなければならず、そうでない場合は実際の測定範囲が変換器の検出範囲よりも小さくなってしまう。 図4 双フランジ式差圧変換器は開口容器の下端フランジの水平線より上方に設置される（変換器の低圧室フランジが開口容器の下端フランジの水平線より高い位置にある）。測定対象となる媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、双フランジ式差圧変換器のキャピラリー内に充填された液体の密度をρ2（単位：kg/m3）、Hを最も低い測定液面から最も高い測定液面までの高さ（単位：m）とする；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；h2は低圧室のフランジと開放型容器の下端フランジとの間の高さ（単位：m）であり、この場合、二重フランジ式差圧変換器の測定範囲はL=H×ρ1となる；ゼロ点移動量はA=h1×ρ1-h2×ρ2；最小測定液位時、二重フランジ型差圧変換器に作用する等価静圧差は△P1=A=h1×ρ1-h2×ρ2=A；最大測定液位時、二重フランジ型差圧変換器に作用する等価静差圧は△P2=(H+h1)×ρ1-h2×ρ2=H×ρ1+A；二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=h1×ρ1-h2×ρ2～(H+h1)×ρ1-h2×ρ2=A～H×ρ1+Aであり、これに対応する二重フランジ式差圧変換器の出力は4-20mAです。 B、二重フランジ式差圧変換器は、開口容器の下端フランジの中心となる水平線よりも上に設置され、かつ二重フランジ式差圧変換器の低圧室フランジと開口容器の下端フランジの中心は同一の水平線上にある。図5を参照：図5　二重フランジ式差圧変換器が開口容器の下端フランジの水平線よりも上に設置されている様子（変換器の低圧室フランジと開口容器の下端フランジの中心が同一の水平線上）。測定対象となる媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、二重フランジ式差圧変換器のキャピラリー内に充填されている液体の密度をρ2（単位：kg/m3）、Hを最も低い測定液面から最も高い測定液面までの高さ（単位：m）とする；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；h2は低圧室のフランジと開放型容器の下端フランジとの間の高さ（単位：m）であり、二重フランジ式差圧変換器の測定範囲はL=H×ρ1となる；ゼロ点移動量（正の移動）A=h1×ρ1；二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=h1×ρ1～(H+h1)×ρ1=A～H×ρ1+Aであり、これに対応する二重フランジ式差圧変換器の出力は4-20mAです。 ③二重フランジ式差圧変送器は、図6に示すように、密閉容器の下端フランジの水平線より下に設置される。高圧室のフランジは密閉容器の下端フランジに接続され、低圧室のフランジは密閉容器の上端フランジに接続される。 図6　二重フランジ式差圧変換器の取り付け：密閉容器の下端フランジの水平線より下方。測定対象媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、二重フランジ式差圧変換器のキャピラリー内に充填された液体の密度をρ2（単位：kg/m3）とする。Hは、最も低い測定液面から最も高い測定液面までの高さ（単位：m）である；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；h2は低圧室のフランジと開放型容器の下端フランジとの間の高さ（単位：m）であり、h3は密閉型容器の上端フランジと下端フランジの中心間の高さです。このようにして、二重フランジ式差圧変換器の測定範囲はL=H×ρ1となります；ゼロ点移動量はA=h1×ρ1-h3×ρ2；最低測定液位時、二重フランジ式差圧変送器に作用する等価静圧差は△P1=h1×ρ1-h3×ρ2=A；最大測定液位時、二重フランジ式差圧変換器に作用する等価静差圧は△P2=H×ρ1+h1×ρ1-h3×ρ2=H×ρ1+Aである；二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=h1×ρ1-h3×ρ2～H×ρ1+h1×ρ1-h3×ρ2=A～H×ρ1+Aであり、これに対応する二重フランジ式差圧変換器の出力は4-20mAです。 ④二重フランジ式差圧変送器は、図7に示すように、密閉容器の下端フランジの水平線より上方に設置される。高圧室のフランジは密閉容器の上端フランジに、低圧室のフランジは密閉容器の下端フランジに接続される。デュアルフランジ型差圧変換器が測定中にデッドゾーンを生じないように、h1×ρ1≥h2×ρ2を満たす必要がある。 図7 双フランジ式差圧変換器は密閉容器の下端フランジの水平線より上方に設置される。測定対象媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、双フランジ式差圧変換器のキャピラリ内に充填された液体の密度をρ2（単位：kg/m3）、Hを最低測定液面から最高測定液面までの高さ（単位：m）とする；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；h2は低圧室のフランジと開放型容器の下端フランジとの間の高さ（単位：m）であり、h3は密閉型容器の上端フランジと下端フランジの中心間の高さです。このようにして、二重フランジ式差圧変換器の測定範囲はL=H×ρ1となります；ゼロ点移動量はA=(h1×ρ1-h2×ρ2)-(h3-h2)×ρ2=h1×ρ1-h3×ρ2；最小測定液位時、二重フランジ型差圧変換器に作用する等価静圧差は△P1=(h1×ρ1-h2×ρ2)-(h3-h2)×ρ2=A；最大測定液位時、二重フランジ型差圧変換器に作用する等価静差圧は△P2=-(h3-h2)×ρ2=H×ρ1+Aである；二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=A～H×ρ1+Aで、これに対応する出力は4-20mAです。 ⑤二重フランジ式差圧変換器は、図8に示すように、密閉容器の上端フランジの水平線より上方に設置される。高圧室のフランジは密閉容器の下端フランジに接続され、低圧室のフランジは密閉容器の上端フランジに接続されるが、変換器本体は密閉容器の上端フランジの水平線より上方に設置される。 図8　二重フランジ式差圧変換器は密閉容器の上端フランジの水平線より上方に設置される。測定対象媒体の密度をρ1（単位：kg/m3）、二重フランジ式差圧変換器のキャピラリ内に充填された液体の密度をρ2（単位：kg/m3）、Hを最低測定液面から最高測定液面までの高さ（単位：m）とする；h1は、最低測定液面から容器の下端フランジの中心線までの高さです（単位：m）；h2は低圧室のフランジと開放型容器の下端フランジとの間の高さ（単位：m）であり、h3は密閉型容器の上端フランジと下端フランジの中心間の高さ、h4は変換器の正圧室および負圧室の中心線から容器の上端フランジの中心線までの高さ、h5は変換器の正圧室および負圧室の中心線から容器の下端フランジの中心線までの高さである。このようにして、二重フランジ式差圧変換器の測定範囲はL=H×ρ1となる；ゼロ点移動量はA=h1×ρ1-(h5-h4)×ρ2；最小測定液位時、二重フランジ型差圧変換器に作用する等価静圧差は△P1=h1×ρ1-(h5-h4)×ρ2=A；最大測定液位時に、二重フランジ式差圧変換器に作用する等価静差圧は△P2=(h1+H)×ρ1-(h5-h4)×ρ2=H×ρ1+A；二重フランジ式差圧変換器の検出範囲は△P=△P1～△P2=A～H×ρ1+Aで、これに対応する出力は4-20mAです。 上記のいくつかのケースにおいて、トランスミッターの高圧室と低圧室のフランジの取り付け位置を入れ替えれば、同様の解析計算が可能であり、ゼロ点の移動は正の方向から負の方向へと変わるだけである。 2、ダブルフランジ型差圧変換器の「計算検証法」
ダブルフランジ型差圧変換器を用いて液面を測定する際、変換器のケーシング内にあるキャピラリー内の液体の密度と、測定対象となる液体の密度は既知であるため、変換器の設置位置や形状、そして測定対象液体の測定範囲（H）を決定し、変換器の設置データ（h1、h2、h3、h4、h5）を正確に測定すれば、ダブルフランジ型差圧変換器の測定範囲（L）、ゼロ点の移動量（A）、そして最も低い液面および最も高い液面時に変換器に作用する等価静圧差（△P1および△P2）を容易に算出することができる。その後、ダブルフランジ型差圧変換器の正圧室と負圧室のフランジを同じ高さにして検証を行い、検証範囲は△P=△P1～△P2とし、これに対応する変換器の出力は4-20mAとなる。このように、検証済みのダブルフランジ式差圧変換器を容器に所定の方法で取り付けることで、容器内の液体の液面を正確に測定することができます。