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産業現場ではガス流量測定が必要な場所が数多くあります。一般的な用途には、空気、石炭ガス、天然ガス、塩素、酸素、トーチガス、自動車の排気ガスなどが含まれます。燃焼制御が必要な場合、空燃比を最適に制御するためにガス流量の測定は非常に重要です。燃焼空気の分布は、燃焼の安定性と経済性に直接影響します。石油化学の水素化分解プロセスにおいて、水素流量の測定と制御は、組み合わせを最適化し、効率を向上させる上で実用上非常に重要です。我が国の産業の急速な発展と、環境保護の要求による新興エネルギー源の精力的な促進に伴い、ガス測定はますます注目を集めています。しかし、ガス流量測定における現在の問題は非常に顕著です。例えば、大口径、大流量のガス流量計には多くの問題があります。；温度、圧力、組成などのパラメータが大きく変化する混合ガスの測定も解決すべき大きな課題です。 1.1 混合ガスの特徴 混合ガスは産業現場でよく使われる媒体で、天然ガス、石炭ガス、トーチガス、ボイラー排ガスなどが一般的な混合ガスです。混合ガスは一般に次のような特徴を持っています。： ａ．マジで汚い。混合ガスには通常、次のようなより汚れた成分が含まれています。：石炭ガスにはコールタール、粉塵、水などの汚れ成分が含まれています；排ガスには飛灰が含まれています。 b.コンポーネントを変更します。混合ガスの成分はある程度変化し、経時変化する特性を示します。例えば：石炭ガスには、CO2、O2、H2、CO、CH4 などの成分が含まれています。製造プロセスの変更や原料組成の違いにより、石炭ガスの成分は変化します。別の例として、フレアガスには、炭化水素、水素、硫化水素、二酸化炭素、窒素などの成分が含まれています。製油所でのプロセスの変更やバルブの漏れも、フレアガス中のさまざまなガスの相対的な割合に変化を引き起こす可能性があります。 c.温度と圧力の変化。例えば：フレアガスの温度は、零下数十度の低温から300～400度の高温まで多岐にわたります。測定する混合ガスの温度や圧力が変化すると、測定誤差が大きくなります。したがって、混合ガスの質量流量を測定することは、体積流量を測定するよりもはるかに合理的です。 d.流量変化の範囲が広い。天然ガス、石炭ガス、フレアガスなどの混合ガスは流量範囲が広いです。たとえば、通常稼働している製油所のフレアガス流量は通常低く、低流量時の一般的な流量範囲は 0.01 ～ 15m/s です。しかし、事故時にはフレアガスの流量は短時間で60m/sに達します。同様の問題は天然ガスや石炭ガスにも存在します。ガス消費量のピーク時のガス流量とガス消費量の谷時の流量の差は 20 倍を超える場合があります。 1.2 ガス流量測定法の考察 既存のガス流量測定法のほとんどは、ガス流量の測定において程度の差こそあれいくつかの欠点を抱えており、ガス流量測定の問題を完全に解決することは困難です。ガス流量測定方法は、特定の流量計に反映されなければなりません。以下では、一般的に使用されるガス流量計とガス流量測定で生じる問題点を分析します。 1.2.1 渦流量計 渦流量計は 1970 年代に開発された新しいタイプの流量計で、現在では一般的な流量計の一つです。気体、液体、蒸気の流れの測定に広く使用されています。渦流量計は、特に信号検出方法と信号処理の点で急速に発展しています。渦流量計の使用にはいくつかの利点があります。：取付が簡単、圧力損失が小さいなど；液体、気体、蒸気など多くの流体に対応し測定可能；より高い精度；広い測定範囲、最大10まで：1～20：1；特定のレイノルズ数範囲内では、出力信号は流体の物理的特性 (密度、粘度) と組成の影響を受けません。つまり、機器係数は渦発生器とパイプの形状とサイズにのみ関係します。；一般的な媒体でキャリブレーションするだけでよく、さまざまな媒体に適用できます。ただし、渦流量計にも実際の使用にはいくつかの欠点があります。：渦流量計は低レイノルズ数流体の測定には適していません；発生体内の渦剥離の安定性は、流速分布の歪みや旋回流に関係します。したがって、上流側の抵抗部の形状に応じて十分な長さの直管部や整流器を設置する必要があります。；力に敏感な検出方法を使用する渦流量計は、パイプライン内の機械的振動に敏感であるため、強い振動が発生する状況では使用しないでください。； タービン流量計と比較すると計器係数が低く、分解能が低くなります。 渦流量計をガス測定に使用する場合、加圧機器によるパイプラインの振動、パイプライン内のガスの衝撃、ガスのランダムな脈動圧力が流量測定に影響を与えます。さらに、実際の用途では、ガスが 5m/s 以上の流量を維持することは一般に困難であるため、低流量では渦流量計の漏れ現象が非常に顕著になります。 1.2.2 差圧流量計 差圧流量計は、パイプラインに取り付けられた絞り要素によって生成される差圧、既知の流体条件、絞りコンポーネント、パイプラインの幾何学的寸法およびその他のパラメータに基づいて流量を計算します。流量計の中で第一位の使用実績を誇ります。近年、さまざまな新しい流量計の普及と普及により、差圧流量計の市場シェアは徐々に低下してきていますが、依然として最も重要な流量計です。差圧流量計はガス流量測定に広く使用されており、石炭ガスや天然ガス測定では現在主流の流量計タイプです。最近の調査によると、天然ガス流量測定器のうち、標準オリフィスプレートの割合は海外では約55％、国内では約80％となっています。差圧流量計は一次側装置と二次側装置から構成されます。差圧流量計は、通常、絞り部の種類により、オリフィスプレート流量計、ベンチュリ流量計、平均速度管流量計などに分類されます。差圧流量計の絞り部品 (特に標準絞り部品) は比較的一般的であり、国際標準化団体によって認められています。差圧流量計の標準絞り部に関する実験研究は国際的であり、他の流量計ではこれほどの深さと広がりを実現することは困難です。標準差圧流量計は、実際の流量校正なしで使用できる唯一の流量計です。差圧流量計の使用にはいくつかの制限もあります。：測定の再現性と精度は中下レベルにあり、これ以上改善するのは困難です。；測定範囲は狭く、通常は 3 つだけです：1~4：1；流量が大きく変化する状況では使用できない場合があります。差圧流量計の測定範囲を拡大する方法を提案している文献もあります。オンサイトでの設置要件はさらに高くなります。；圧力管は漏れ、詰まり、凍結、信号の歪みを起こしやすいです。；圧力損失が大きい。 差圧流量計は、石炭ガス、天然ガス、排ガスなどの汚れた混合ガスには適していません。主な理由は次のとおりです。：ａ．石炭ガスや天然ガスにはガス消費量の山と谷があり、流量の変化が広い範囲にあります。ただし、差圧流量計はレンジ比が高くないため、使用上の誤差が大きくなります。実用化においては、差圧流量計のレンジ比を拡大するために、主管に分岐管を並列に接続する方法が一般的です。ただし、これは、複雑な計量システム、より高い投資コスト、およびメンテナンスの増加につながります。b.石炭ガス、天然ガス、排ガスなどの混合ガスには汚れた不純物が含まれており、圧力管の詰まりや絞り要素の特性変化などのトラブルを引き起こすことがよくあります。このため、一部の企業は洗浄が簡単な洗えるオリフィス プレートを開発しており、装置の正常な動作と測定精度を確保するために定期的または不定期に洗浄されます。しかし、実用上、汚れに起因するさまざまな問題を解決することは依然として困難です。c.圧力損失が大きく、ガスのパイプライン輸送には適していません。また、差圧流量計は酸素流体や低圧環境では使用できません。 1.2.3.ロータメータ ロータメータはフロート流量計としても知られ、可変面積流量計です。ロータメータは構造が簡単で、差圧流量計に次いで多く使用されています。微小流量測定において決定的な役割を果たします。シングルローター流量計には、パイプ径が小さく、設置上の制限が多いなどの欠点があります。 回転計は測定精度が低いため、実際のガスで校正する必要があります。要件が低い（精度がレベル 2.5 より低い）一部の状況でのみ使用できます。石炭ガスや天然ガスなどのガスは、貿易決済などの問題が多く、一定の測定精度を確保する必要があります。また、混合ガスの成分の変化は流量計の出力信号に影響を与えます。したがって、回転計は混合ガスや、パイプ径が大きく高精度が要求される用途には適していません。 1.2.4 タービン流量計 タービン流量計はセンサと換算表示器から構成されます。このセンサーはマルチブレードローターを使用して流体の平均流速を感知し、それによって流量を導き出します。ローターの流量は、磁気誘導、光電、その他の方法で検出でき、バックエンドデバイスによって表示、送信、記録できます。タービン流量計は、石油、有機液体、無機液体、液化ガス、天然ガス、石炭ガス、極低温流体などの測定対象に広く使用されています。海外では、タービン流量計は、液化石油ガス、精製油、軽質原油の積み替え・輸送ステーションや、貿易決済用の大型原油輸送パイプラインの始発・終着ステーションなどで広く使用されています。ヨーロッパと米国では、タービン流量計がオリフィス流量計に次いで最も一般的に使用されている天然ガス計量器です。タービン流量計には次のような特徴があります：高精度、通常最大0.5%～0.2%；測定範囲は平均的で、最大および最小の流量比は通常 6 です。：1～10：1；良好な再現性；圧力損失が小さい；デジタル信号出力；設置とメンテナンスが簡単です。タービン流量計の限界は、：校正特性は長期間維持できないため、定期的な校正が必要です。；一般に高粘度媒体の流量測定には適していません；流体の物性（密度、粘度）は流動特性に大きな影響を与えます。；流速分布と歪みは流れに大きな影響を与えます；測定媒体の清浄度には高い要件があります。 タービン流量計は高精度ですが、レンジ比が平均的で、汚れや摩耗の影響を受けやすいことがわかります。また、大口径タービン流量計は製造コストが非常に高くなります。したがって、中小のパイプ径（DN300未満）のクリーンガス流量の測定において重要な役割を果たします。*石炭ガスや天然ガスなどの汚れたガスが発生する場所では運転が困難です。 1.2.5.超音波流量計 超音波流量計は、超音波ビームが流体の流れに及ぼす影響を検出することにより、流体の体積流量を測定する機器です。圧力損失がなく、近年急速に発展している流量計の一つです。大口径の流量測定に抜群のメリットを発揮します。密閉パイプラインで使用される超音波流量計は次のように分類できます。：移動時間法、ドップラー効果法、ビームシフト法、相関法、ノイズ法。 超音波流量計の応用は 1990 年代に始まりました。その優れた利点（高い測定精度、大きなレンジ比、圧力損失がない、可動部品がないなど）により、ユーザーに歓迎され、ガス流量測定に適用されています。これまでに米国、オランダ、英国など１２カ国で導入されている。**の**同庁は超音波流量計を貿易決済用の法定計量器として認可した。ただし、中口径と大口径にのみ適しており、高価です。現在、中国の少数のユーザーが流量測定に輸入超音波流量計を使用しています。 1.2.6.ガスウエストホイール流量計 ガスウエストホイール流量計は、高い測定精度と信頼性を備えた体積流量計です。設置時に前後の直管部が不要です。測定範囲は比較的広く、10 に達する場合があります。：1. しかし、構造上の理由により、ガスローター流量計のハウジングは設置時にパイプラインにかかるさまざまな応力に耐えることができず、媒体は非常に清浄である必要があります（そうしないと回転部分が詰まりやすくなります）。したがって、混合ガス流量測定への応用には一定の制限があります。また、大口径のウエストホイール流量計は特に嵩張るため、大口径のパイプラインではあまり使用されません。主に現場での小径ガス流量の計測に使用されます。湿式流量計、ルーツ流量計などの他の容積式流量計も、設置上の制限により混合ガスに使用することが困難です。 1.2.7.熱式ガス質量流量計 熱式ガス質量流量計は、熱交換原理を利用してガスの流れを検出する機器です。つまり、流れるガスと熱源の間の熱交換関係を利用して流量を測定します。1960 年代に米国は航空宇宙産業向けに熱式ガス流量計を初めて開発し、その後半導体産業で大きく発展しました。熱式ガス質量流量計には次のような特徴があります：極低流量の微小流量の測定が可能；可動部品がなく、高い信頼性；圧力損失は非常に小さく、ほとんど無視できます；圧力や温度の補正を行わずに質量流量を直接測定；電気信号出力、出力値が大きい；非常に高いターンダウン率 (1000：1)；価格はパイプ径にほとんど関係なく、取り付けが簡単です；再現性が良い。 現在、熱式ガス質量流量計は、天然ガス流量測定、石炭ガス流量測定、空気流量測定、トーチガス流量測定、水素流量測定、酸素流量測定、気象自動車産業（自動車排気ガス測定の測定）、CEMS、医療・健康産業（酸素と酸素の測定）など、さまざまな産業分野のガス流量測定に広く使用されています。**薬剤の流れ）、エネルギー産業（燃焼空気の分配）、暖房と換気、公共事業（塩素、オゾン、その他のガスの流れの測定）など。 1.3.ガス質量流量測定 流量測定機器のこれまでの分析から、ほとんどの流量計は体積流量を測定することがわかります。工業的な測定では、媒体の温度、圧力、組成が変化し続けるため、体積流量の測定結果に大きな誤差が含まれ、測定の意味が失われます。これらの用途では、媒体の質量流量を測定することの方が、体積流量を測定するよりもはるかに実用的な価値があります。これらの機会には、工業生産における比例配分と品質管理、物質とエネルギーのバランス、貿易決済が含まれます。20 年以上の探求と実践を経て、人々は実用的価値のある質量流量計を開発しました。一般的に使用される質量流量測定方法には、主に間接法と直接法があります。 1.3.1.間接質量流量測定 間接質量流量測定方法は、業界で使用されている初期の質量流量測定方法です。測定精度が高くない場合、温度と圧力の変化範囲が小さい場合、または媒体の温度と密度が線形の関係にある場合には、間接質量流量測定方法が広く使用されます。ただし、温度、圧力、密度の間に複雑な関係があるメディアの場合、自動的かつ正確な補正を実現することは困難です。同時に、この測定方法では複数の中間パラメータの測定が導入され、多くの測定リンクがあるため、質量流量測定の精度を確保および向上させることが困難になります。 1.3.2.直接質量流量測定 直接質量流量測定法は今日まで発展し、多くの種類の質量流量計が製品化されています。その中には、体積流量計をベースに改良された質量流量計もあります。例えば、オリフィスプレートと定流量ポンプで構成される差圧質量流量計や、2つのタービンで構成されるツインタービン質量流量計などです。これらの流量計は構造上の理由により、広く使用することが困難です。現在、実際の用途では、コリオリ質量流量計は主に液相または液相が主体の混和流体の質量流量を直接測定するために使用され、熱式ガス質量流量計は主にガスの質量流量を直接測定するために使用されます。現時点では、コリオリ質量流量計の応用にはまだいくつかの問題と欠陥があります。主に単相流体の測定、特に単相液体の測定に使用されます。高密度ガスの流量測定にも応用できるとの研究結果もあるが、まだ実用段階には至っていない。 熱式ガス質量流量計は「熱線風速計」から始まりました。熱測定技術の利点が認識されるにつれて、熱式ガス流量計は急速に発展しました。熱式ガス流量計はエネルギーバランス式と対流式の2種類に分けられます。エネルギーバランス熱式流量計は、熱分布型流量計または熱量測定型流量計とも呼ばれます。対流流量計は、熱放散 (冷却) 効果のキングの法則に基づいており、侵入流量計または挿入流量計とも呼ばれます。エネルギーバランス熱式流量計は小流量の測定によく使用されますが、対流熱式ガス流量計は一般に大流量の測定に使用されます。熱式対流式流量計はエネルギー一定型（定流量）と温度安定型（温度一定）の2種類に分かれます。温度一定熱式ガス流量計の応答速度は、現在の熱式ガス流量計の主な開発方向であるエネルギー一定タイプの応答速度よりも速いです。従来の熱式ガス質量流量計では、測定対象のガスが単一成分または固定成分である必要があり、プロセス条件も厳しいです。しかし、米国の SIERRA など、世界の熱式ガス質量流量計の専門メーカーは、この分野で最先端の技術を開発した熱式ガス質量流量計を製造しており、複雑なプロセス条件や混合成分を伴う一部のガス測定分野で優れた測定結果を達成できます。また、製品の耐用年数は10年に達し、性能が良好に維持されます。 1.4.混合ガス流量測定法の実現可能性分析 これまでの分析から、混合ガス流量測定には超音波流量計と熱式ガス流量計がより適していることがわかりますが、超音波流量計は高価であり、大規模な地域での普及と使用が困難です。熱式ガス流量計は、価格が手頃で、適用が簡単で、混合ガスの測定に一定の利点があります。したがって、熱式ガス流量計の研究には大きな展望があります。 熱式ガス流量計のプローブとガスとの接触面は、耐食性、耐高温性、表面の汚れの除去が容易な各種金属や合金で構成されています。通常、ボールバルブを備えたプラグイン設置として設計されており、空気を止めることなくオンラインでプローブの挿入、回収、洗浄が可能です。これにより、汚れた混合ガスの影響が排除されます。熱式ガス流量計はガスの質量流量を直接測定するため、ガスの温度や圧力の変化の影響を大幅に排除できます。熱式ガス流量計は流体抵抗が少なく、基本的に圧力損失がありません。熱式流量計は測定範囲が非常に広く、混合ガス流量の大きな変化の特性に非常に適しています。