7つの一般的な流量計と選び方に関する初心者向けガイド

流量測定は単なる技術的な詳細ではありません。産業プロセスの脈動であり、安全性、精度、そしてコスト削減を保証します。100種類以上の流量計今日の市場には様々な流量計が溢れており、価格対性能比の優れた製品を選ぶのは大変な作業です。このガイドでは、流量計に関する重要な知見を解説し、自信を持って選定できるようお手伝いします。パイプラインの最適化に取り組むエンジニアの方でも、アップグレードの予算を立てるマネージャーの方でも、流量計の種類、それぞれの特長、そして選定に役立つ実用的なヒントを詳しくご紹介します。

流量計を理解する：産業オートメーションにおける流量計の重要性

流れレートis工業生産における基礎パラメータであり、化学反応からエネルギー分配まであらゆるものを制御します。1970年代には差圧技術が市場シェアの80%を占めていましたが、その後の技術革新により、よりスマートで多用途な選択肢が登場しました。今日では、フローを選択するメートル含まれる流体の種類、動作条件、精度要件、予算といった要素のバランスを取ることが重要です。オフショア石油掘削装置や製薬クリーンルームといった過酷な環境でのシステムの試運転においては、ダウンタイムや不正確な計測を回避するために、メーターの特性を特定のアプリケーションに適合させることが重要です。

この記事では、産業界で一般的に使用されている7つの主要な流量計のカテゴリーを取り上げ、それぞれの特徴、長所、短所、そして様々な分野での用途について解説します。ぜひ読み進めて、流量計の選び方をマスターしてください。

1. 差圧流量計：信頼できる主力製品

差圧測定遺跡最も広く応用されている流量技術であり、高温高圧を含む様々な条件下で単相流体を扱うことができます。1970年代の全盛期には、市場の80%を占めていましたが、それには十分な理由があります。これらの流量計は通常、絞り装置（オリフィス板、ノズル、ピトー管、平均化ピトー管など）とトランスミッターで構成されています。

絞り装置は流体の流れを絞り、流量に比例した上流と下流の圧力差を作り出します。オリフィスプレートはシンプルで設置が容易なため、最適な選択肢です。規格（ISO 5167など）に従って製造・設置されていれば、実流量校正を必要とせず、簡単な点検だけで信頼性の高い計測が可能です。

とはいえ、すべての絞り装置は恒久的な圧力損失をもたらします。鋭利なオリフィス板は最大差圧の25～40%を失う可能性があり、大規模な運用ではエネルギーコストの増加につながります。一方、ピトー管は圧力損失はごくわずかですが、乱流によって測定値が乱れる可能性があるため、流れのプロファイルの変化に敏感です。

ある石油化学プラントでは、圧力損失を最小限に抑えるため、老朽化し​​たオリフィスプレートをベンチュリー管に交換し、ポンプのエネルギー消費量を15%削減しました。そのため、粘性流体やスラリーを扱う場合は、不均一な流れでも精度を向上させるために、ピトー管を平均化することを検討するのが理にかなっています。ここで注目すべき点は、流量プロファイルを安定させるため、上流に少なくとも配管径の10～20倍の直管部を確保することです。そうしないと、オペレーターはキャリブレーションに頭を悩ませることになります。

2. 可変面積流量計：シンプルさと汎用性の融合

その象徴的なロータメーターは面積式流量計は、テーパー管内のフロートが流量に比例して上昇する流量計です。最大の利点は、外部電源を必要とせず現場で直接計測できることです。現場での迅速なチェックに最適です。

これらには主に 2 つの種類があります: ガラス管ロータメーターは、空気、ガス、アルゴンなどの周囲の非腐食性媒体用で、クリアな視認性と読みやすさを提供します。そして金属チューブロータメーターバージョン高温または高圧のシナリオに対応する磁気インジケータ付き。後者は積分のための標準信号を出力できます。とレコーダーorトータライザー。

最新のバリエーションには、凝縮室のないスプリング式の円錐形設計があり、100:1 のターンダウン比と線形出力を誇り、蒸気測定に最適です。

幅広い用途について言えば、ガス混合実験室では多くのロータメーターが採用されています。これは電源不要のため配線コストを節約できるためです。しかし、振動には注意が必要です。ロータメーターはフロートの揺れや誤読を引き起こす可能性があります。例えば、醸造所のアップグレードでは、金属製チューブモデルが高温の麦汁の流れに対応し、耐用年数を3倍に延ばします。一方、PTFEライニングを施した装甲ガラスモデルは予算に優しい選択肢ですが、1～2%の精度を維持するために、オペレーターは毎年校正を行う必要があります。

3. 渦流量計：高精度のための振動

渦流計振動型の代表例であるこの装置は、流路に鈍角体を配置し、速度と相関する周波数を持つ交互渦を発生させます。可動部品がないため、優れた再現性、長寿命、そして最小限のメンテナンスで済みます。

幅広い線形範囲、温度、圧力、密度、粘度の変化に対する耐性、低い圧力損失、高精度 (0.5 ～ 1%) などの利点を備えた渦流量計は、最大 300°C および 30 MPa まで処理できるため、ガス、液体、蒸気に幅広く使用できます。

渦流量計の検知方法は媒体によって異なります。蒸気には圧電式センサー、空気には熱式または超音波式センサーが適しており、水にはほぼすべての検知方法が使用できます。オリフィスプレートと同様に、流量係数は流量計の寸法によって決まります。

天然ガスパイプラインプロジェクトでは、脈動流において渦流計がタービンよりも優れた性能を発揮し、誤差を5%から1%未満に低減しました。設置条件に敏感なため、直進性を確保し、バルブへの近接を回避できます。新たなトレンドとしては、遠隔地向けに最大10年のバッテリー寿命を備えたワイヤレス渦流計が挙げられます。

4. 電磁流量計：導電性流体の最良の友

電磁計磁気流量計（マグメーター）は、ファラデーの法則を利用しています。ファラデーの法則とは、導電性流体が磁場を通過すると、流量に比例した電圧が誘起されるというものです。導電性媒体に限定されるため、これらの流量計は（少なくとも理論上は）温度、圧力、密度、粘度の影響を受けません。100:1のターンダウンと0.5%の精度を実現します。配管サイズは2mmから3mまで幅広く、水、スラリー、パルプ、腐食性物質などに適しています。

電磁流量計は微弱な信号（フルスケールで 2.5～8 mV）を生成するため、モーターへの干渉を避けるために適切なシールドと接地を行うことが不可欠です。

電磁流量計は下水処理場で優れた性能を発揮し、スラリーなどの汚れた流体を詰まりなく確実に計測します。機械式流量計とは異なり、電磁流量計には可動部品がありません。酸性廃水などの腐食性流体の場合、PFAライニングの電磁流量計にアップグレードすることで、最近のプラント改修で確認されたように、メンテナンスの必要性を最大50%削減できます。さらに、電池駆動の電磁流量計は遠隔地での水道計測に人気が高まっており、オフグリッド地域でも柔軟性を提供しながら、詰まりのない信頼性を維持しています。

5. 超音波流量計：非侵入型イノベーション

超音波フローメートル来る主なタイプには、ドップラー方式と飛行時間型 (TOF) 方式の 2 つがあります。ドップラーメートル測定浮遊粒子からの周波数シフトを検出することで流れを検出するため、スラリーのような高速で汚れた流体には最適ですが、低速または粗いパイプ表面に対しては効果が低くなります。

TOFメーターは、流れに沿って伝わる超音波と流れに逆らって伝わる超音波の時間差に基づいて流量を計算します。水のような清浄で均一な液体において優れた性能を発揮しますが、その精度には精密な電子機器が求められます。マルチビームTOF設計は乱流における性能を向上させ、複雑なシステムにおいてより高い信頼性を実現します。

冷水システムの改修において、クランプオン式TOF超音波流量計は、配管の切断や停止を必要とせず、適切な校正により1%の精度を達成することで数千ドルのコスト削減を実現しました。しかし、気泡や配管のコーティングは測定値に影響を与える可能性があるため、徹底した現場評価が不可欠です。現場監査においては、ポータブル超音波ユニットがシステムのダウンタイムなしで迅速な診断を可能にし、非常に役立ちます。

6. タービン流量計：動作中の速度と精度

タービンの流れメートル 操作する運動量保存の原理に基づき、流体の流れがローターを回転させ、ローターの速度が流量と直接相関します。これらの流量計は、高精度が求められる用途で主流であり、低密度流体における性能を最適化するために、ブレード角度を小さく、ブレード枚数を増やしたガス専用設計となっています。優れた精度（0.2～0.5%、特殊なケースでは0.1%）、10:1のターンダウン比、低い圧力損失、高圧下でも堅牢な性能を発揮しますが、乱流による誤差を回避するために、清浄な流体と十分な直管長が必要です。

航空燃料システムでは、タービン流量メートル確保された正確なカストディトランスファーは、請求精度に不可欠な要素です。小口径化により流体の密度と粘度に対する感度が高まり、異物によるエラーを防ぐには堅牢なプレフィルターが不可欠です。磁気ピックアップを備えたハイブリッド設計により、機械摩耗を低減し、信頼性を向上させています。

7. 容積流量計：容積精度

容積式流量計は、オーバルギア、ロータリーピストン、スクレーパーなどの構造を用いて、一定量の流体を回転ごとに捕捉・置換することで流量を測定します。オーバルギア式流量計は20:1のターンダウン比と高い精度（通常0.5%以上）を実現しますが、流体中の異物による詰まりの影響を受けやすいという欠点があります。ロータリーピストン式流量計は大容量の流量測定に優れていますが、設計上、わずかな漏れが生じる可能性があり、低流量環境では精度に影響を及ぼします。

PD メーターは流体の粘度の影響を受けないため、油や水などの液体には最適ですが、容積測定メカニズムのため、ガスや蒸気には適していません。

ある食品加工工場では、PDメーター、特に楕円ギア式は、粘性シロップの正確なバッチ計量に不可欠であり、製品品質の安定化に役立っていました。しかし、ろ過されていないシロップには異物が混入しており、時折詰まりが発生するため、堅牢なろ過システムの必要性が浮き彫りになりました。CIP（Clean-in-Place）設計はメンテナンスを簡素化することでダウンタイムを大幅に削減し、高スループットラインにとって画期的な成果となりました。

適切な流量計の選び方：成功のための専門家のヒント

あらゆる用途に適した流量計は存在しないため、適切な流量計を選択することは、産業プロセスの最適化に不可欠です。情報に基づいた選択を行うには、流体の特性（粘度、腐食性、粒子含有量など）、流量範囲（最小流量と最大流量）、必要な精度（取引輸送の場合は0.1%から一般監視の場合は2%まで）、設置上の制約（配管サイズ、直管要件、設置スペースの制限など）、総所有コスト（購入、設置、保守、エネルギーコストを含む）といった主要な要素を評価する必要があります。

理想的にはパイロット テストやベンダーとの協議を通じて、これらの要素をプロセスのニーズに対して体系的に比較検討することで、パフォーマンスと予算のバランスが取れたメーターを選択できます。