流量計測の歴史…aA0404-17
0385-9886/04/¥500/論文/JCLS〔連載〕

流量計測の歴史＜９．流量計開発の歴史!＞

㈱オーバル

小川胖

Yutaka Ogawa

１．流量計開発の歴史

関する理論的な知識が体系的でなかったにせよ、重要流量計開発のルーツを探ると、計測技術、Vol.31、なものであった。紀元前１世紀のヘロンは1639 年にNo.12「流量計測の歴史−１．古代オリエント−」でイタリアのカスティリが一般理論として体系的に確立述べたように数千年前にナイル河の流量を水位計（ニされるはるか以前に流速と断面積から通過流量を求めロメータ）で計測したことに始まるとされている。まることを考えついていたのである。だから、ギリシャた流量計測の概念は、古代ローマでヘロン（ギリシ人が理論化してローマ人がそれを体系化したといえる

ア、前130〜75）が流量は「流速×流路の断面積」でであろう。

あると提案し、ローマ水道の１日の送水量を99 万m3

ローマ皇帝の権威によって農業灌漑用水が進展し、と計算したことに始まったとされている。しかし流速すべての大都市では水の供給システムが確立したのでをどうやって計測したかは、筆者の調べた範囲では定ある。ローマについて言えば１世紀末、セクスタス・かではない。

ジュリアス・フロンティヌスという技術者がその概要

流速を計算するには時計が必要である。古代では日を書き残している。水道管から連続的に流れてくる水時計が使われていたが、紀元前245 年にアレキサンドの代金は、パイプサイズが供給水量の測定用ゲージとリアのクテシビウス（ギリシャ）が水時計を発明しして用いられていたが、不正を生じやすかったので、た。紀元前159 年にはローマのスキーピオ・ナースィ

個別の供給管の中に真鍮製のチューブを差し込む方式

ーカがこの水時計をローマに輸入している。従ってヘにおきかえられた。長さが１フィート（約25cm）でロンの時代に、ローマで多分一定の距離の水路（L）たくさんの５分割面積に分けられた構造のものであるに木の葉のように軽いトレーサを流し、水時計で要し（筆者：抵抗素子で一定流量が流れるように工夫したた時間（t）を測り流速（L/t）を計算することは可能ものと考えられる）。

であったであろう。ギリシャ人のヘロンがわざわざ水これは最初の流量計測標準ということができる。

路で2,000km ほど離れたローマまで行ってローマ水道

17世紀後半、フランスのマリオッテは排水量の測定の一日の送水量を計測したというのではなく、ローマ器として五角形に似たポース（pauce）を発明した。の技師がヘロンの理論を適用して計算したというのが彼は異なったヘッドで用いられるときの１インチの開正しいのではないだろうか？

口部を持ったポースからの流量を測定し、これを表に

かつてNEL（英国国立技術研究所）の流量計測の大御所であり、今は亡きスペンサー博士（英、E. A.
Spencer）は古代流量計測技術について、次のようにした。この理論付けは約50 年後の1738 年にベルヌー
イによってようやく確立される。
マリオッテは開渠における流速は底部に近づくにつ述べている。

れ遅くなることを示した。彼は互いに（フレキシブル「プラトンやアリストテレスのような哲学者の理論に）つながっている複数のフロートをある深さごとには、記述的であって、現実的に発展してきたローマ文置いてこれを実証した。また流れ計は開渠流量用とし化とは対照的で、彼等の計算というのはごく単純なもて1683 年にフックによって発表されており、18 世紀のであった。それに比べ、上水道の建設時代に示され末まで有効に用いられてきたように、開渠流量測定はたローマの技術者の才能は、たとえ彼等の流体力学に管内流量測定よりずっと早く進んでいた。18世紀に英38

計測技術 2004. 7.

流量計測の歴史…s

国で各家庭に供給されるガス料金は、実際の消費量とB

B

DDh

液面

h

液面

h

液面

D

給水量は住宅の大きさで決めてきたのである。最初のBbいうよりは、住宅の中のガスランプの数で決められ、ガスメータは1815 年に製作されるようになったのである。水道メータに至っては、英国は水資源が豊富なた
めか未だにごく限られた地域でしか使用されていない

abc

第１図 せき式流量計の原理図…。
」
第１表はスペンサー博士が作成した流量計開発の歴史である。表は初期研究開発段階、製品実用化、国すようなフックゲージが考案された。これは液面下か家標準、国際規格と分けてあるが、国家標準についてら上に向けて針を持ち上げていき、液面に突き出る瞬は英国における国家標準であって、日本における国家間に表面張力の瞬間の変化によって、光の波となって標準ではないことを付記する。

広がるのを捕らえるようにしたものである。現在のJIS において水頭 h の測定は厳密には第２図のような

第１表 流量計開発の歴史

フックゲージやフロートゲージで、あるいはスケール
西暦年号

1700

1750

1800

→

1850

付のガラス管で水頭の1 ／150 の精度で読むことが規
1900

1950

2000

せき式流量計定されているが、工業計測上は通常、各種レベル計により連続的に計測を行い、規定されている流量式によ容積式流量計

り流量演算を行うのが一般的となっている。

ピトー管
ベンチュリーメータ
ソニックノズル
オリフィス流量計
タービンメータ

バーニヤ

ノズル
面積式流量計
電磁流量計
超音波流量計ポイント

初期研究段階
製品実用化
国家標準
国際標準

渦流量計

水面

熱式流量計
コリオリ流量計

1700

1750

1800

1850
西暦年号

1900

1950

第２図 フックゲージの例
2000→s ピトー管小泉袈裟勝氏の調査によれば、R. S. Medlock 著のa せき式流量計

The historical development of flow metering にスペンサー博士によると初期研究段階での最初の流流量計開発の歴史が詳しく記述されているようである

量計はせき式流量計ということになる。現在のせき式が、それによるとやはり、最初の流量計測装置は1728

流量計は第１図に示すように流れの少ないときは a年のピトーによるピトー管である。これは最初船のスのように三角せきが用いられ、流れの多いときは b、ピードを測る装置として考案したが、残念なことにこc のような四角せきや、全幅せきが用いられる。図中の装置の形がどんなものであったかは、分かっていなのアルファベットで示す寸法によって流量が計算されい。しかしピトーの作ったものには動圧孔に漏斗形のるが、液面までの高さ h 如何によって流量が変化する入り口を取り付けてあったため流れを乱し、精度が出ことになる。このため水位 h が重要なパラメータとななかった。現在の形に改良したのは英国の物理学者ヘる。ボストンのホイデンによって1840 年に第２図に示

ンリー・ダルシーであった。

計測技術 2004. 7. 39

流量計測の歴史…d

第３図にそのピトー管の原理を示すが、流れの中に1mgの精度で行えるように設計されていた。ラヴォア

総圧孔と静圧孔を有した装置を置き、総圧（P1）と静ジェは水素の工業的製法を目途として1783 年に第５圧（P2）を測定し総圧から静圧を引いて動圧（P）を図に示すような「ガス計量器」をムニエに依頼して製得る。これより流速Vが次式にて得られる方式のもの作している。このガス計量器を用いて気体の密度を測である。

定したのである。

流速V

総圧静圧
第３図 ピトー管の原理図

V=k2P
r…aここで、r ：流体密度、k：修正係数である
d ラヴォアジェのガス計量器
天秤は古代から古い歴史をもっており、第４図はポンペイで発見された竿ばかりである。従って少なくと第５図 ムニエが製作したラヴォアジェの「ガス計量器」もローマ時代には現実にそれが使われていたと思われる。それ以来古今東西を問わず、天秤は品物の売り買いに使用さてきたのである。計測技術Vol.32、No.5

f 容積式流量計「流量計測の歴史−６．産業革命からフランス大革命

歴史的に容積式流量計として始めて登場するのはクへ−」で述べたようにフランスの偉大な化学者ラヴォレッグによる1815年の湿式ガスメータであった。英国

アジェは無残にも断頭台の露と消えてしまったのであでは都市ガス事業が18 世紀末に勃興し、1792 年に英るが、彼は度量衡の国際標準に傾倒した一人であっ国グラスゴー市における石炭乾溜燈用ガスの供給が始た。その頃フランスでは精密天秤がフォルタンやムニまった。サミエル・クレッグ（Samuel Clegg、英、エによって盛んに作られており、1kg の桁の秤量を1781 〜1861）はこうしたガス事業に携わりガス装置を請負、製作したりしていた。1815年その装置の中には湿式ガスメータも組み込んでいた。しかしそれは機構的に複雑でバルブ機構の欠点もありうまくいかなかった。1819年に湿式ガスメータはクレッグの養子であったジョン・マラムによって大きく改造される。第６
図がそれである。内側に１つの室と外側に４つの室を持った水かき車があり、車が回転することによってガスは内側から入り、外側の室につながる出口管に押し出される仕組みになっていた。
この原理に基づくものは精度が高いので、今までガスメータ検定用基準器として用いられてきたものである。商用の水道メータが設計・製作されたのは1820年であり、ガスメータに遅れること５年であった。水はガスより安かったからなのであろう。しかし1820年

第４図 ローマばかり

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計測技術 2004. 7.

から1850 年の間に水道メータに関する特許が13 件登流量計測の歴史…f

録され、さらに1850 年から51 年のわずか１年の間に61の特許が加わったことからも水道メータが急速に普及したことが分かる。この期間に現れたメータは大方次の種類に分類される。
a 枡式またはバケット式
b ゲート式
c ピストン式
d 推測式（タービンと翼車式）
さて最初に水道メータとして設計されたものは、多分 1825 年に作られた第 7 図に示すクロスレー
第６図 ジョン・マラムの湿式ガスメータ（Samuel Crossley）のバケットメータであろう。これは後にミードによって再開発されたものである。このメータは隔壁で二つに仕切られた回転バケツから構成されており一つのバケツがオーバフローを始めると、もう一つのバケツが満たされ始め、回転モーメントがかかり、満杯となったバケツが傾いて中の水を水槽に落とし込む原理のものである。２番目に古く19 世紀中期のものとしてよく知られているものが、第８図に示す湿式ガスメータの機構を応用したパーキンソンメータである。給水タンクは一定のレベルになるように調整され、４つに仕切られた回転ドラムの各々に連続して水が入るようになっている。これによりドラムは自由に回転して水を水槽に排出する仕組みになっていた。しかしこれらの流量計は圧力のかかる水道には不適当であるという欠点があった。これに代わる流量計については次号で述べることにする。
＜参考文献＞

第７図 クロスレーのバケットメータ

a 湯浅光朝：「科学文化史年表」，中央公論社s E. A. Spencer ：石川重次訳，「流量標準 過去と現在」，NELd 小泉袈裟勝：「度量衡の歴史」，工業技術院中央計量検定所
f 小泉袈裟勝：「流量計の発達にはいくつものドラマがある」，オーバル，Specialty No.2, 1988, ４月
g 小泉袈裟勝：「商用メータが語る、実用化への軌跡」，オーバル，
Specialty No.3, 1988, 10 月
h チャールズ・シンガー：「技術の歴史８」，筑摩書房
j 松代正三：「改定 流量」，コロナ社【筆者紹介】小川 胖
第８図 パーキンソンメータ㈱オーバル 技術顧問
〒236-8645 横浜市金沢区福浦1-9-5
TEL ：045-785-7259

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