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第1回

流量計測の世界（有）計装プラザ 代表取締役

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

お

りて、体積流量から換算して求めは じ め に

2．流量とは何でしょうか？

皆さん流量計というと、どのよ

一口に流量といってもいろいろ

量を直接測るタイプの流量計も登うなものを思い浮かべられますか。

あります。まずは瞬時流量と積算場し、特定の分野で普及しつつあるのが一般的です。近年、質量流水道メータやガスメータ、それに流量。瞬時流量とはある瞬間にど

ガソリンスタンドのガソリン計量のくらいの量が流れているかを示

また脈動流・間欠流などもあり機あたりでしょうか。温度計や分すもので、流量の監視や調節に必ます。ダイヤフラムポンプやプラ析計と同様、流量計も実に多種多要です。積算流量は流量計をどの

ンジャーポンプから出てくる流れ

様で、専門家でもすべてに精通すくらい物質が通過したかを示す用は脈動しているので、流量計の種ることはできません。

語です。ちょろちょろ流そうと、類によっては測定誤差を生じます。

よってこの連載の狙いは、代表

どっと流そうと、結果に変わりは脈動の振幅が大きくなった極限は的な流量計の解説と、使用上の注ありません。水道メータやガス

流れたり止まったりする間欠流で意とします。その中で、信号変換

メータ、ガソリン計量機はすべてす。この場合、瞬時流量は何の役器との関わりにも触れたいと思い積算流量が重要で、瞬時流量の指にも立ちません。

ます。

示部は付いていません。複数の物

1．流量計測システム

流れを測るには、流量計本体のほかに、図 1 に示すような流量計

ります。

3．測定対象について

質を一定割合で混ぜ合わせながら出荷するシステムがありますが、流量を知りたい対象は何でしょ

この場合は瞬時流量も、積算流量

うか。まず一般的な対象は液体、気も、ともに重要です。

体、蒸気でしょう。ベルトコンベ

を含むシステム全体を検討する必

次は体積流量と質量流量。多く

アで運ばれる石炭や鉱石も「流れ」

要があります（図には最大限の構成の流量計は物質の占める体積を測ですから、固体流量を知りたいと要素を示しました。流量計の種類

る仕組みになっています。質量流

きもあります。

によって、この中のいくつかが必量を知りたい場合は、温度計と圧

また、液体と気体、気体と固体

要になります）。高価な流量計を力計、あるいは密度計の助けを借など複数の相が混在するニ相流あ

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買っても、必ずしも高精度の測定表ができるわけではありません。表

示

器

記

録

計

信号変換器

調

節

計

示器、積算器など関連するハード
ウェアだけではなく、用途別にどのような流量計を選ぶか、精度を

圧

どうやって保証するかなどのソフ
トウェア技術も重要なのです。

今回は連載の最初なので、まず流量計測の基本的な事項をお話ししましょう。

2

温

流れ

力
度

計
計

フィルタ

整

流

調節弁

流

器

量

計

バイパス配管図 1 流量計測システム

MS TODAY 2001 年 7 月号

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るいは多相流という測定対象もあ

ここで参考のため、理想的な流ります。多相流の測定には特別な量計とはどのようなものか、項目工夫が必要で一般的な流量計ではを挙げてみましょう。

測定できません。ただし、液体の中に細かい固体粒子が存在するものはスラリーと称し、いくつかの種類の流量計で測定できます。
また、測定対象が流れる流路の断面状態も図 2 に示すように様々です。一般的な丸パイプのほかに、角ダクトがありますし、天井のない開水路もあります。下水道は円形断面ですが、通常は非満水状態です。
ほとんどの流量計は、丸パイプを完全に満たして流れる状態を想定しており、それ以外の状態では正常に動作しません。よってこのシリーズでは、測定対象を円形断面のパイプ内を完全に満たして流れる単一相の液体、気体、蒸気、ス

ラリーに限定します。

1）液体、気体、蒸気、スラリーなど、何でも測れる。

2）高粘度、腐食性流体が扱える。
3）流路に障害物がなく、圧力損失がない。

4 ）磨耗部品や可動部品がなく、保守点検が不要。

5）設置工事が簡単で、どのような姿勢でも使用できる。

6）小型軽量、かつ流量計の前後に直管部が不要。

7）測定精度が高い。
8 ）TCO（購入から廃棄までの総

費用）
が低い。

残念ながら、これらすべてを同時に満たす製品はありません。測定対象と用途に応じて、どの種類の流量計が最適か検討する必要が後に説明しますが、流量計を使あります。この作業は、実はかな

いこなすには、測定対象の性質やりの経験と知識を必要とし、間違流れの状態を正確に理解することいとはいえないまでも最適ではなが大変重要です。

い選択がよく見受けられます。

4． 流量計は、なぜ種類が多いのか？

著 者 紹 介5．今後のスケジュール

今後の予定（表 1 ）に示したよう

次回以降どのようなテーマにつに、流量計の形式は代表的なもの

いてお話しするか、およその目安

佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info
TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
http://www.ksplz.info/《著者略歴》東京工業大学機械工学科卒、 北辰電機製作所で各種流量計の開発に従事。73 年〜 76 年、米国フィッシャ・アンド・ポータ社に出向。北辰電機と横河電機の合併後、欧米市場への流量計拡販を担当。89 年退社し、（有）佐鳥インターテックを設立。2000 年 12月同社を解散、（有）計装プラザを設立。
センサとフィールド機器専門のポータ
ルサイト「計装プラザ」を開設。

表1

回 数
第2回
第3回
第4回
第5回
第6回
第7回
第8回
第9回
第10回
第11回
第12回

今後の連載予定

テーマ
差圧式流量計
電磁流量計
超音波流量計
渦流量計
コリオリ式流量計
容積式流量計
面積式流量計
熱式流量計
タービン流量計他
流量計の選び方
トラブルシュート

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だけでも 10 近くあります。ではなを表１にまとめました。途中で考ぜこんなに種類が多いのでしょう

えが変わり、順番や内容を入れ替か。それは測定対象である流体のえるかもしれませんが、その節は性状や流量範囲、必要な精度など

ご容赦ください。

に応じ、なるべく経済的に測りたド機器の情報センター「計装プラ連載終了を待たず、今すぐ流量計を使いたい方は、センサとフィールいからです。

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丸パイプ
（満水）

Vol. 10 No. 7

角ダクト

開水路

図 2 様々な流路

非満水

ザ」http://www.ksplz.info/

をご利用ください。また流量計全般を勉強したい方には、前々回この連載を担当された松山裕氏の著書「実用流量測定」をお薦めします。表題のとおり実用的で平易な入門書です。出版元などの情報は計装プラ
ザに掲示してあります。

■

3

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第2回

差圧式流量計（有）計装プラザ 代表取締役

佐 鳥
さ

圧力信号

お

形式：JFK-AA-R

入ります。まず、いたる所で見かけ

開平演算器

る差圧式流量計から始めましょう。

形式：FNS-4A-R

差圧伝送器

温度変換器
形式：RBS-4A-R

圧力伝送器
三岐弁

ることから来ています。絞り機構

導圧管としてはオリフィスプレートが一

元弁

般的なので、オリフィス流量計と流れも呼ばれています。

測温抵抗体
オリフィス

D
10D以上

2．動作原理図 1 に示すように、管の途中で流温度信号

温・圧補正器

今回から具体的な流量計の話に差圧（Differential Pressure）
を利用す

とし

出力信号

1．名前の由来

名前の由来は、絞り機構の前後の

聡 夫

とり

直管部

5D以上

図 2 システム構成例（形式はエム・システム技研 M・UNIT シリーズの例）

流量と差圧の関係はリニアでなれが絞られると、流体の圧力が下がく、自乗特性です。つまり、流量がります。下がる程度は流体密度と流2 倍に増えると差圧は 4 倍になりま占めているのは、差圧式流量計に次のような特長があるからです。

1）広い適用範囲

液体、気体、蒸気はもちろん、工速に関係するので、上流側と下流側

す。リニアな流量信号を得るには、の圧力差を測れば流量が分かりま

差圧信号を開平しなければなりま

夫によってはスラリーも測れ、ます。この流量は体積流量であり、質せん。

た小流量から大流量まで測れます。

量流量を知りたい場合はこれに密度

温度・圧力補正システムを含むを掛けて求めます。気体は、温度とシステム構成例を図 2 に示します。

圧力によってその体積が大きく変化

三岐弁（三箇所弁）
は流れを止め2）構造が簡単で低価格

可動部がないため故障しにくく、オリフィスプレートは安価です。

3）実流校正が不要するため、標準状態（0℃、1 気圧）にずに、差圧伝送器のゼロ点調整を行うために必要です。オリフィス

流量計は出荷前に流体（通常は水まて表示するのが一般的です。

前後の直管部は流速分布の偏りやたは空気）を流し、流量対出力の関係

旋回流を減少させ、測定条件を一を調べる校正作業を行います。しか定にします。

し、差圧式流量計については、特定

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3 注）／

おける体積流量 Nm

h に換算し注）
ノーマル立方メートル、慣用的には「ノーマル・リューベ」ということが多い。
絞り機構（オリフィスプレート）
流れ差圧

図 1 差圧式流量計の動作原理

2

図 2 に示したシステムは比較的複の絞り構造と管口径範囲について国

雑な例です。最も簡単なシステムは、際的な規格があり、これに従って製

開平演算器を内蔵した差圧伝送器と作・設置すれば実流校正が不要です。

絞り機構だけから構成されます。

以上列挙した 3 つの特長の中で、3．差圧式流量計の特長

最後の実流校正作業が不要である

点は、この形式の最大の特長です。

歴史的に最も古い差圧式が、いま校正装置に対しては、流量が大きだに流量計の形式別シェアで首位をくなると多大な投資を必要としま

MS TODAY 2001 年 8 月号

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す。その点、旋盤作業と寸法検査だ

差圧伝送器

けで精度が保証される差圧式は、製造コストの面で非常に有利です。

キャピラリチューブ

4．差圧式の欠点

ダイヤフラムシール

差圧式の理解を深めるため、こオリフィスの形式の弱点とされるポイントを

図 3 ダイヤフラムシール

挙げ、それが正当であるか否かを論じてみましょう。

1）流量範囲が狭い著 者 紹 介これは本当です。差圧式流量計のほとんどのトラブルは、差圧を差圧自乗特性のため、測定できる最伝送器に導く導圧管に起因すると大最小流量比が 3：1 程度しかとれいってよいでしょう。しかし、導圧ないといわれます。これは差圧伝

管はダイヤフラムシールに置き換え

送器の性能が向上した今日、状況ることもできます（図 3）。また近年

佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info

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が少し変わりました。一方、流量範

差圧伝送器の改良によって、ゼロ点流れを絞るため圧損が大きいと囲はこの程度で十分という反論も調整用の三岐弁の必要性が減り、差いわれていますが、圧損が問題にできるのです。

圧伝送器を配管に直接取付けるダイなる場合は差圧レンジを低目に設

差圧式流量計の測定範囲は、絞り

レクトマウント方式が増えました。

定すればよいのです。また、前記の機構の設計と差圧レンジの設定で自この場合、導圧管部はきわめて短

由に選べます。したがって、比較的く、トラブルが減少します。

ベンチュリやV コーンの場合は、
構

狭い流量範囲でも、実際に使う範囲に合わせれば、実用上困ることはあ4）上下流に長い直管部が必要

造上、オリフィスプレートより圧損が小さくて済みます。

これも事実ですが、渦式、超音波

5．まとめ

りません。使用流量域が当初の計画

式、タービン式など、管内の流速分から変わる場合には、差圧伝送器の布の影響を受ける流量計に共通す以上説明したように、差圧式はい

レンジ再調整かオリフィスプレートる問題です。流速分布の乱れがと

わば万能流量計です。しかし、精度の交換で対応できます。

くに大きい場合は、整流器を置くについては、容積式やタービン式にことにより上流側直管長を短縮で見られる指示値の 0.2％にとてもか

2）測定精度が低い

精度がフルスケールの2〜3％であきます。また、絞り機構にはオリないません。圧損については、電磁り、低いといわれています。また、実フィスプレート以外にも様々なタ式や超音波式の「まったくない」よ際の使用状態における精度が不明でイプ（筆者の「計装プラザ」参照）
がり劣るのは明らかです。古い形式とあるという人もいます。これは実流あり、たとえばベンチュリや V コー

見られている差圧式の利点を今回強

短くなります。

との重要性をご理解いただきたかっ

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校正を省いているためであり、絞りと直管部を一体化し、実流校正を行えば、精度はずっと良くなります。

使用状態でいくらの精度が出ているかは、現場に校正装置を持ち込まン（図 4）では、必要直管長が大幅に調したのは、流量計の特性を知るこ

5）圧損（圧力損失）が大きいたからです。弱点も分かった上で、差圧伝送器「私はできるだけこの形

差圧伝送器

式の流量計を使うことにする」と決めるのは一つない限り、どの形式の流量計でも証明できません。とくに高精度を要求されるパイプライン用流量計は、校正装置と組み合わされています。

3）導圧管が詰まりやすい
Vol. 10 No. 8

流れの見識です。見識がない

流れ

ベンチュリ

図 4 様々な絞り機構と各社の宣伝に踊らさVコーン

れ、右往左往する結果に
なります。

■

3

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第3回

電磁流量計

（有）計装プラザ 代表取締役

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

お

れ得意不得意の応用分野がありま

電磁流量計の流量信号は、体積す。したがって、形式別のマーケッ

流量に直線的に比例し、原理上密電磁流量計は、電気と磁気の相トシェアもなかなか変わりません。

度や粘度の影響を受けません。

互作用を利用する流量計です。19

しかし、電磁流量計は幾多の改良

4

世紀にこの原理を見出したイギリを経て次第に応用分野を広げ、現

電磁流量計のフルスケール流量

スのファラデーは、地磁気を利用

在国内の流量計形式別シェアの 20

は、変換器側での設定により自由にたが、失敗したと伝えられていま

このような成長をもたらした理す。原理自体は古くから知られて由は、以下に挙げる特長に求めら付近まで出ますから、1 つの流量計

いましたが、流量計として実用化れます。

1．名前の由来％を占めるまでになりました。

してテムズ川の流速を測ろうとし）管内に障害物がないされたのは 1950 年代です。

1

管体内部に機構部品がなく、電2．動作原理）測定できる流量範囲が広い

変えられます。流量信号は流量ゼロで広い流量範囲の測定ができます。
口径も、大は 2000mm を超えるものから小は 2.5mm まで、広い範囲で作られています。
）
高精度

極も管壁に配置されているため、

5

流れを妨げるものがまったくあり

電磁流量計の精度は、以前はフ電性液体が流れると、流れと直角

ません。これに伴い、次の特長がの方向に、流速に比例した起電力生じます。

ルスケールの1％程度といわれてい図 1 に示すように、磁界の中を導を生じます。原理としては発電機●ましたが、その後の技術の進歩に

圧力損失ゼロ（口径 10mm 以下は、内部で管路と同じです。流量計の管体パイプを絞るため圧損あり）

は非磁性のステンレス鋼で作るのより、現在では指示値の 0.5％が普通になりました。

）
必要直管長が短い

6が一般的ですが、起電力がショー●

スラリーも測定可能

トして消えないよう、電極をパイ●構造が簡単で、故障し難い部を必要としますが、これはオリプから絶縁し、さらにパイプの内●清掃・保守に手間がかからない

フィス流量計に比べるとはるかに）耐食性、耐磨耗性がよい

側も絶縁性物質で内張りします。

2

上流側に口径の 5 倍程度の直管短い寸法です。

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接液部の材質は測定対象に応3．電磁流量計の特長

流量計には、形式ごとにそれぞじ、フッ素樹脂、ゴム、セラミッ

電磁現象を直接利用し、質量やクなど様々なものから選べます。

熱容量が介在しないため、流量変励磁コイル

非磁性パイプ

励磁
電源

電極

起電力

導電性液体
の流れ

磁力線

図 1 電磁流量計の動作原理

2

）
応答が速い

7

したがって、耐食性化に素早く追従できます。
）
付着性異物に強いや耐磨耗性を高める

8ことができます（計粘着性異物や液体からの析出物

装プラザ h t t p : / /が管壁に付きにくく、付着しても

wZZNVSO]LQIR

その電気伝導度が液と同じであれに材質選定表がありば誤差を生じません。また、構造上ます）。

付着物の清掃も簡単です。

3）密度・粘度の影

響を受けない）逆方向の測定が可能

9構造が上下流対称なので、逆方MS TODAY 2001 年 9 月号

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"""""
向の流れも測定できます。このよ

きましたが、そのうちでとくに重うな流量計は、ほかにはあまりあ

要な次の 2 つについて説明します。

りません。

）
低周波励振

1

以上述べたように、良いことづ

かつて電磁流量計の最大の弱点

くめの流量計ですが、測定対象がはゼロ点の不安定でした。流れに導電性の液体に限られるという大よって生じる起電力、すなわち流きな制約条件があります。すなわ

量信号は数μV から数 mV と微弱

ち、気体・蒸気・非導電性液体にはなレベルであるため、いろいろな使えません。

変動要因の影響を受けやすいので（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）

電源につながった励磁コイルであ電磁流量計が高価であった時代

り、そこから誘導ノイズが信号線

は、その特長が最も発揮できる分に入り込みます（永久磁石で磁界野（表 1 参照）に応用が限られていを作ると電極表面に分極という現ました。しかし、価格が下がるにつ象を生じ、起電力が生じなれて用途が広がり、最近では中口くなります）。

径の水道メータにさえ使われるよ
表 1 電磁流量計の応用分野例

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励磁コイル

電極

この問題を抜本的に解決したのが低周波励振方式

うになりました。

絶縁性パイプ

シールド

プリアンプ

です。これは図 2 に示すよ

応用分野
対応する特長化学プラント
耐食性
紙パルププラント 耐食性、耐磨耗性
セメントミルク
障害物がない
浄水場
大口径
下水処理プラント 障害物がない

浚渫機械

佐 鳥 聡 夫す。最大の変動要因は 100V の商用

4．電磁流量計の応用分野

食品プラント著 者 紹 介うに、直流で断続的に磁界を作り、磁界があるときの信号からないときの信号

障害物がない高速応答（充填用）
障害物がない耐磨耗性を差し引きます。磁界がないとき

タリ構造、2 線式、電池駆動（水道メータ用）、非満水用（下水、排水るので、バランスのよい点を選びの信号はノイズですから、差し引ます。

き後の信号にはノイズ成分が消2

え、流量成分だけが残る仕組みで特殊仕様としては、防爆型、サニ

図 3 容量型電極

す。
励振周波数は商用周波数（50 ま

）
容量型電極

もう一つの制約条件である導電性の問題は、容量型電極の開発により改善されました。これは、図に示すように絶縁性パイプ（通常

たは 60Hz ）の約 1 ／ 4 〜 1 ／ 8 とす

3遅くするほどゼロ点はより安定にし、静電容量を介して起電力を取はセラミック）の外側に電極を配置

#####
"""""
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用）
などがあります。

るのが一般的です。励振周波数を

5．技術的進歩なります。その代わり応答速度も今日まで数々の改良がなされて低下し、別の種類のノイズも増え
信号サンプリング期間

磁界強さ

励磁
電圧

り出す仕組みです。詳細な説明は省きますが、このようにすると従来数μS ／ cm であった導電率の下限値を、さらに数十分の一まで下げることができます。この結果、アルコールや脱イオン水など導電性

ノイズレベル

流量成分

起電力

した。ただし、油や超純水のよう

ノイズ成分

時間

Vol. 10 No. 9の低い液体が測れるようになりま

図2

低周波励振方式に導電性がまったくないものは、
現在も測れません。

■

3

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第4回

超音波流量計（有）計装プラザ 代表取締役

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

押されて早く対岸に到着し、B → A

1．超音波とは間は流れに逆らい遅く到着します。

国語辞典を引くと｢超音波とは周波数が 2 万ヘルツ以上の､人間の耳には音として聞こえない周波数とができます。
超音波は物質を透過して伝播す

ところで、超音波の応用は、内側に取り付けて、内部流体の流速

臓の診断から魚群探知、金属探傷、を測ることができます。この形式

超音波加工まで多岐にわたり、超はクランプオン型と呼ばれ、とく

音波流量計では 1MHz 程度の周波に大口径管の流量を経済的に測る数を用いますが､超音波応用機器

方法としてよく用いられます。この中には 20kHz 以下の周波数を使れに対し、送受波器が管内に直接うものもあるため､｢音としての利開口する形式は接液型と呼ばれま用を意図しない音波はすべて超音す。
測定精度を高めるため、超音波の波｣と定義されています。

D

A

A

D

B

C

この時間差から川の流速を知るこるため、送受波器を流体導管の外をもつ音波｣とあります｡

お

C

パイプ断面

図2

B

多測線の例

送受波器

測定管路

図3

U 字型管路道筋（測線）を複数にしたり（図 2 ）、

照的に、ごみや気泡を積極的に利管内で反射させた製品があります。

用するのがドップラー効果による

超音波流量計は、1960 年代に実精度はよくなりますが、当然製造コ

流量計です。

なる動作原理の製品があり、その超音波流量計は超音波を斜めに源が観測者に対して近づいたり遠特性もまた異なります。現在は、超打ち込むため、小口径になるほどざかったりしたとき、見かけ上音

音波を流れの上流側と下流側から設計が難しく、以前は口径 300mm波の周波数が変化する現象で、実2．動作原理用化されましたが、いくつかの異でん ぱ

交互に打ち込み、超音波の伝播時

ストも上がります。

ドップラー効果とは、音の発生あたりが下限といわれていました。

例として踏切で聞く列車の汽笛が最近では、図 3 に見られるようなよく挙げられます。

用も作られるようになりました。

作原理については図 4 をご参照く

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間の差を測る時間差式が主流です。
この動作原理は、図 1 に示すよ

うに、川の流れと船の速度の例で

U 字型管路を用い、4mm の小口径

ドップラー式超音波流量計の動考えると容易に理解できます。対

主な測定対象はごみや気泡の少ださい。超音波を液中のごみや気水速度が一定で A → B → A と往復ない液体ですが、気体や蒸気が測泡に当て、反射波の周波数変化かれる製品もあります。ただし、気ら流速を測定します。

する船は、A → B 間は川の流れに

B

川の流れ

液型です。

船
（対水速度一定）A

図1

2

体用・蒸気用はすべて接時間差法の原理

3．超音波流量計の特性

時間差式は精度はよい

超音波流量計が優れているのはのですが、超音波の道筋

次に挙げるポイントです。ただし、にごみや気泡があると測時間差法超音波流量計を念頭にお定できません。これと対いています。

MS TODAY 2001 年 10 月号

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送波器

気泡、
固形物

超音波

流れ

周波数が
変化した
超音波

受波器

図4

ドップラー式超音波流量計

1）管内に障害物がない

やし、より高精度化した製品もあります。

6）応答が速い

質量や熱容量が介在しないので、流量変化に素早く追従できます。脈動流にも追従可能です。

7）逆方向の測定が可能

構造が上下流対称なので、逆方向の流れも測定できます。
以上並べてみると、前号の電磁流量計の特長によく似ています

管内に流れを妨げるものがまっが、超音波流量計は「導電性の液

たくありません。これに伴い、次体」以外の流体も測定できます。での特長が生じます。

は、すべての面で電磁流量計より●

圧力損失ゼロ（ただし小口径は管路を曲げるため圧損あり）●

構造が簡単で、故障しにくい

著 者 紹 介勝っているかというと、次のような弱点もあります。

1）直管部が必要

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ドップラー式はごみや気泡を積極的に利用しますが、測定精度はフルスケールの 5 〜 10％程度です。

2）管路が清浄U 字管タイプのように、管壁の上流側に口径の 10 倍、下流側に 5 倍程度、配管状況によってはさらに

クランプオン型は、コスト面の流体とは完全に非接触で測定でき長い直管部を必要とします（詳細は優位性を活かし、すでに大口径電ます。

私の運営する計装プラザ h t t p : / /

磁流量計の市場を奪いました。

外側に送受波器を取り付ければ、

3）密度・粘度の影響を受けない

超音波流量計の流量信号は体積流量に直線的に比例し、原理上密度や粘度の影響を受けません。

4）測定できる流量範囲が広い

差圧式流量計と同様、流量計のwww. NVSO]LQIR䋩䇯㩷㩷㩷㩷㩷㩷㩷㩷㩷㩷㩷㩷᷹✢䉕

4．応用分野の広がり

管内の清浄を阻害しないことが増やせば、直管長は短くできます

半導体製造業に歓迎され、超純水がコストが上ります。

や特殊薬液の計測に使われていま

2）気泡に弱い

液体中の気泡は超音波の通り道をす。また、食品や薬品を測る流量計としても用いられています。

超音波流量計のフルスケール流遮断します。わずかの気泡で動作停

精度の悪いドップラー式も、排量は、変換器側で自由にその設定止するのが超音波流量計の最大の弱水路など環境計測に役立っていまを変えられます。流量信号はゼロ点でした。しかし最近は、信号処理す。海外では高精度の超音波流量付近まで出ますから、
1 つの流量計に工夫をこらし、気泡の影響を受け計が、ガスパイプラインで多く使にくい製品も現れました。

われているそうです。

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で広い流量範囲にわたって測定ができます。

口径も、大は数 m から小は 4mmまで、広い範囲で作られています。

5）高精度

接液型超音波流量計の精度は、クランプオン型は、上記のほか、計装プラザには、微小流量や高次に挙げる特長をもっています。

速応答など、特色ある製品が紹介

1）大口径でもコスト一定
2）流体と完全に非接触
3）流れを止めずに修理可能

されています。

かつて「値段が高く、使い方が難しい製品」と見られていた超音

ただし、配管の肉厚推定や超音波流量計ですが、電子技術の発達れていましたが、最近は技術の向波の屈折など誤差要因は増えます。

による価格低減に伴い、今後ます

上により指示値の0.5％までできる

そのため、測定精度はよくてもフます汎用流量計として手軽に利用

ルスケールの 2 〜 3％止まりです。

されるようになるでしょう。

フルスケールの 1 〜 2％程度といわようになりました。測線の数を増Vol. 10 No. 10■3#####
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渦 流 量 計第5回（有）計装プラザ 代表取締役

1．名前の由来

木枯しにヒューヒューと鳴る電

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

生体の断面形状は、渦の剥離する場所を一定にするため、図 2 に示すような台形がよく用いられます。

お5）圧損が少ない

渦発生体による圧損は、オリフィ
スによる圧損より小さい値です。

6）パルス信号が直接得られる線。冬の風物詩ですね。ところで、渦の検出方法は、渦によって生じ

なぜ電線が鳴るかご存じですか。

る力を圧電素子か半導体歪ゲージ

渦の数を数えているため、流量積

これは図 1 に示すように、電線の後で電気信号に変えるのが一般的で算に便利なパルス信号が直接得られ

ろに空気の渦が発生し、これが音す。そのほか、サーミスタ式、静電ます。瞬時流量（アナログ信号）からとなって聞こえるのです。

容量式、超音波式などがあります。

パルス信号を作り出す方式と違っ電線に限らず、流れの中にそれを横切るように柱状の物体（渦発生体）

流れ 渦発生体カルマン渦列差圧式流量計、超音波流量計と渦が剥離し、下流側に規則正しい渦列が発生します。そして、その発生

図2

頻度（周波数）は流速と物体の形状・まります。この現象を理論的に解明した研究者の名にちなみ、この渦列をカルマン渦
（列）
と呼びます
（図1）
。
カルマン渦には、高い煙突や潜水では、短所はどうでしょうか。

1）直管部が必要

を置くと、その両側縁部から交互に

寸法（主として断面の幅）によって決て、余計な変換誤差が生じません。

渦発生体断面形状

3．渦流量計の特性

渦流量計の長所は次のような点です。

1）構造が簡単で堅牢

同様、流量計の上流側に口径の 10倍、下流側に 5 倍程度、配管状況に

よってはさらに長い直管部を必要とします（詳細は私の運営する計装プラザ KWWSZZZNVSO]LQIR㩷㩷㩷ෳ照）。

2）振動に弱い

機械的可動部がなく、定期点検

流量計には、様々な外部振動が配があり、どうやってこの影響を減らが不要です。渦発生体は磨耗しに管を通して伝わってきますが、渦検

すかがまず問題でした。ところが、くい形状です。

出素子がこの振動を拾い、偽の流量

艦の潜望鏡を揺らしたりする悪影響

この現象を積極的に利用した流量計

2）精度がよい信号を出力することがあります。最

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が、70 年代に実用化されました。
風

電線

カルマン渦

（10mm 以下の小口径を除き）指

示値の 1 ％が一般的で、流量が下がっても、積算流量精度は低下しません。

図1 カルマン渦の発生
2．動作原理カルマン渦の周波数は流速に比3）流量範囲が広い

近の製品では改良が進み、振動の影響を受けにくくなりました。

3）脈動流の影響

プランジャーポンプやダイアフ

ラムポンプは、流速が周期的に変精度を保証する最大最小流量比

わる脈動流を作り出します。脈動

が、液体の場合で 10：1 から 15：1と渦の発生周波数が近いと、両者

程度あります。

4）多種類の流体に適合が同期してしまうことがあります。
脈動流は容積式流量計や渦流量計

液体、気体、蒸気と多種類の流体の出口にも生じますから、これら生体を置き、発生する渦を数えれが測れます（ただし、超音波渦検出のすぐ下流側に設置するのは避け

ば流量が分かります。実際の渦発方式の場合は液体専用）。

てください。

例しますから、パイプの中に渦発

2MS TODAY 2001 年 11 月号

#####
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4）高粘度流体に不適

つかご紹介します。

流体の粘度が高くなると、精度を保証できる下限流量が上がりま

1）高温流体の測定

400℃の高温で使える製品があり、す。下限流量以下でも信号は出ま

過熱蒸気も測れます。オリフィスをすが、これにも限界があり、限界を使った差圧式流量計より測れる流量超えると信号が消えます（詳細は計範囲が広いため、季節により流量が装プラザ 参照）。

大きく変わる蒸気配管の流量測定に

5）低流量で信号が消えるは好適です。またオリフィスの場合

前項の問題と関連しますが、流量がある値以下に下がると信号がのように、導圧管内部に凝縮水を満たす必要もありません。

出なくなります。出力が急にゼロ

熱エネルギーを運ぶ熱媒油は常温になるので、システム設計の際注で高い粘度を示しますが、運転時の意が必要です。

粘度は大幅に下がるため、渦流量計

4．応が使えます。同様にして溶融プラス

用 例

チックを測った例もあります。

いろいろ短所を挙げましたが、著 者 紹 介2）スラリーの測定

佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info

TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
URL : http://www.ksplz.info/

らずでエッジが磨耗しました。このスラリーは非導電性であるため、ス

弱点を避ければ渦流量計は素晴ら

渦発生体から渦が剥離する部分のラリー計測に標準的に用いられる電しい能力を発揮します。150mm 以

エッジは、オリフィスのエッジと同磁流量計は使えません。そこで、渦下の口径であれば、比較的安価で、様にシャープに保つ必要がありま

流量計を毎年交換するのが、最も経何でも測れる汎用流量計としてのす。しかし、オリフィスより流れの済的な方法であると決めたそうです。

条件を満たしています。シンプル

絞り具合が緩やかで、磨耗しにくいな構造であるため取付けが簡単でといえます。したがって濃度の低いあり、一旦うまく動き出せば後はスラリーであれば測定可能です。

量の積算によく使われます。流量あるユーザーが磨耗性のスラリー計の出力パルスに対応する流量値に渦流量計を試用したところ、1 年足は、流量計 1 台ごとに異なり、また放っておいてかまいません。
以下、渦流量計の応用例をいく
パルス信号

信号変換器
形式：PDU、JPRD

カウンタ

3）信号変換器との組合せ

渦流量計は精度がよいので、流

一般に整数値にはなっていません。
そこで、1 パルス当たり 100L など

パルス分周

積算流量

になるように、分周器で調整しま

パルス／アナログ

瞬時流量

す
（図 3）
。瞬時流量を表示するには

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信号変換器
形式：JPA、JPAD

渦流量計

図3

アナログメータ

パルス信号システム構成例（信号変換器の形式はエム・システム技研
M・UNIT シリーズの例）
信号変換器
形式：JAPD、APU、AP

DC4〜20mA

アナログ／パルス

カウンタ

積算流量

アナログメータ
瞬時流量

または

渦流量計
（パルスアナログ変換器
内蔵形）

図4

パネルメータ
瞬時流量（警報出力も可能）
43、44、48、49シリーズ

アナログ信号システム構成例（機器の形式はエム・システム技研製品の例）

Vol. 10 No. 11

パルスアナログ変換器を用います。
渦流量計の信号は本来パルスです。しかし、2 線式 DC4 〜 20mA 伝送システムが普及しているため、流量計内部でパルスを D C 4 〜

20mA 信号に変えて送り出すことが多いのです。この流量信号をカ

ウンタを使って積算表示するには、
電流パルス変換器でパルス信号に再変換します。瞬時流量（アナログ

信号）はパネルメータで表示するのが便利です（図 4）。

■3

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第6回

コリオリ式流量計（有）計装プラザ 代表取締役

1．質量流量計の必要性

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

お

パル・ド・コリオリが数学的に解

ラザ KWWSZZZNVSO]LQIR

析した現象で、回転座標系でそのをご覧ください。

前回までご紹介した流量計は、回転中心から離れたり、近づくよ

いずれも単位時間に流れる量を、うに運動する物体には、その進路

リットルや立方メートルなど体積を曲げる力が働くというものです。

で測るものでした。ところがアプ

具体的な例としては、自転する地

リケーションによっては、質量流球上で北半球に発生した台風が、1量を知りたい場合があります。最北上するにつれて東に向きを変えなんと言ってもこれが一番の長も質量流量を必要とする測定対象

るのは、コリオリの力の影響を受所です。複雑な補正システムなし

は、温度・圧力の影響で体積が大けるためです。

に、流量計単体で質量流量が得ら幅に変わる気体ですが、今回はまでは、この力がどうして流量計

ず液体について考えてみましょう。

測に役立つかというと、図 1 に示

たとえば、化学プロセスで反応

すように、振動する U 字形パイプ

3．コリオリ式流量計の特性

コリオリ式流量計の長所は次のようなポイントです。

）質量流量が直接測れる

れます。

）高 精

2

度

指示値の 0.15％という高い精度の中を流体が流れると、
2 つの脚ので測定できます。ただし、ゼロ点間で逆方向のコリオリの力が作用がずれている場合は、その分バイ必要とするアプリケーションはい

し、パイプがねじられます。コリ

アス誤差となるので、ご注意くだろいろあります。一般的な体積流オリの力は物体の質量と速度に比さい。

量計で質量流量を知るには、別途、例するので、パイプのねじれ角度3

測定対象の密度を測り、これと体を測れば質量流量が分かります。

積を掛け合わさなければなりませとはいえ、実は台風から振動パん。しかも密度測定は、それ自体イプまで話をつなげるのには、か4

かなり面倒な仕事なのです。測定なり面倒な解説が必要です。誌面

一般的な液体のほか、高粘度液、対象の温度対密度の関係が分かっが限られていますので、例によっスラリーにも使えます。電磁流量ていれば、温度測定により密度がて詳しい話は私の運営する計装プ計のように、測定流体の電気伝導に影響するのは原料の体積ではなく質量です。その他質量流量計を）流量範囲が広い

最大流量の 1 ／ 100 まで測定可能です。

）多種類の流体に適合

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推定できますが、他の成分が混じコリオリの力ると、これも難しくなります。

この面倒な問題を一挙に解決したのが 1970 年代の終わりに登場したコリオリ式流量計です。

流れ

上下に励振

固定

コリオリの力2．動作原理コリオリ式流量計は、名前のとおり、物理学で習うコリオリの力を利用した流量計です。これは 19
世紀に、フランスの物理学者ガス

2

ねじれ角θ
（質量流量に比例）

図1

コリオリ式流量計の原理

MS TODAY 2001 年 12 月号

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度の制約もあり

著 者 紹 介ません。気体も、高圧下では密度が高くなり測定
可能です。
5

要

流れ

共振

）直管部が不原理的に流速分布の影響を受けない測定方式なので、流量計前後の直管部が要りません。

）脈動流に追従可能

図 2 ダブルチューブ

感度を上げるためです。
なお、高粘度液やスラリーの中には非ニュートン性流体と呼ばれ6るものがあり、単純な計算では圧応答が速く、流れに脈動成分が損が予測できないことがあります。

含まれていても追従できます。

3）振動の影響を受けやすい

佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info

TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
URL : http://www.ksplz.info/）流量以外の信号も得られる

逆説的な言い方ですが、測定にの計測が必要な食品、薬品の製造

これはいわばおまけの特長です

振動を利用するので、外部振動のプロセスによく用いられます。特が、振動パイプの固有振動数は流影響を受けやすいのです。初期の長を生かしたアプリケーション例

体の密度によって変わるので、密製品はコンクリートの床に直接ボとして、スラリー、液化ガス、高度信号も同時に得られます。また、

ルト止めし、配管への接続はフレ

密度ガスなどの計測が挙げられま

パイプの弾性率補正のために温度

キシブルチューブを使ったほどでも測っているので、流体温度も表した。その後、図 2 に示すように、

7

示できます。
正に理想的な流量計としての条件をすべて備えているようですが、これにも他の流量計同様、次のよU 字形チューブを 2 本向かい合せす。ことに、液化天然ガス（LNG）
はマイナス 162℃という低温の上、産地によって密度が変わるというに配置して共振させ、外部振動の厄介な流体ですが、コリオリ式は影響を排除する方法が考案されま

この計測に便利に使われています。

した。
この場合 2 本のチューブを同

また変わったアプリケーション

じ状態に保つ必要があり、片方にとしては、建設現場から出る濁水

1

気泡や沈殿物が溜まるとバランスの濃度管理があります。掘削したパイプを曲げて振動させたり、が崩れ、計測誤差を生じます。

土砂などを含む濁水を直接放流すうないくつかの弱点があります。
）値段が高い）掃除がしにくい

わずかなねじれ角の差を検出した

4

り、機械的にも電気的にも高度な流路が曲がっているので、内部の流前に濁水中の土砂を凝集剤で固技術を必要とするため、他の流量清掃がしにくいと指摘されることがめ分離する必要があります。濁水

計より高価になります。ただし、体あります。この問題は、流路が直線の密度は、含まれる浮遊物質の量ることは現在禁じられており、放

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積流量計の出力を密度補正するシ的で、かつ 1 本しかないシングルに比例するため、流量と同時に密チューブ型が開発されて解決しまし

度を監視し、ちょうど適当な量の2

たが、この形式は外部振動の影響に凝集剤を添加しています。

測定部は何の障害物もないパイ

弱いので、取り付けはメーカの指示

以上述べたように、質量流量のプなので、一見圧力損失が少ない

どおり慎重に行う必要があります。

計測を切実に必要とする分野では、

ようですが、パイプ内の流速が早システム設計の際注意が必要です。

この流量計は大いに歓迎され、歴ステムよりは安価です。
）圧損が大きい

いため、かなりの圧力損失を生じます。パイプを細くし、流速を上げるのは、コリオリの力を強くしVol. 10 No. 12

4．応

用

例

コリオリ式流量計は、質量流量史が最も浅いにも関わらず、今や主要な形式として不動の地位を占めるまでになりました。

■

3ÀÀÀÀÀ
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
容積式流量計

第7回（有）計装プラザ 代表取締役

佐 鳥

聡 夫

さ

とし

とり

お

転子の回転数を数えれば積算流量

1．積算流量と瞬時流量

2．動作原理が分かります。

この連載の第1回（2001年7月号）

計量室の作り方にはいろいろあ

測定対象となる流体は主に液体でで、流量には瞬時流量と積算流量

り、それに対応して容積式流量計

すが、オーバルギヤ式とルーツ式のの2種類があると述べました。
前回の構造もロータリーベーン式、往場合は気体用としても使えます。

までに紹介した流量計は、すべて

復動ピストン式、膜式など多様に瞬時流量を測るものでした。積算

分かれています。ここでは、構造

流量は、原理的には瞬時流量を細が簡単で動作が分かりやすいルー

まず長所について述べます。

かい時間間隔で測定し、それらをツ式について説明しましょう。

1）精度が高い

3．容積式流量計の特性足し合わせれば求まります。しか図 1 に示すように、ケーシング

計量カップで測るのと等価です

し実際にはそれで済まない場合がの中に 1 対のまゆ形回転子がありから、測定精度は指示値の0.5〜0.2

多いのです。

ます。回転子には歯車（パイロット％という高いレベルです。

たとえば、車のガソリンを買う

ギア）が組み付けられていて、これ

2）高粘度でも使用できる場合を考えましょう。給油ポンプ

が相互にかみ合い回転子が擦れ合

多くの流量計では、流体の粘度に瞬時流量計が付いていて、そのわないようにしてあります。またが高くなると、精度を保証できる指示値が50L／minになるよう調節

摩擦を避けるため、回転子とケー

流量範囲が狭まります。ところが、しながら1分間給油したとします。

シング内壁の間にわずかの隙間が容積式流量計の場合は、粘度が高これで 50L のガソリンを買ったと設けられています。

くなると回転子とケーシングの隙納得できるでしょうか？「ポンプ流体がケーシング内に入ると回間からの漏れが減り、精度を保証の起動から一定の流量値になるま

転子は流体に押され、回転子は外できる流量範囲が広がります。

での給油量はどうなるのか」とか側に回転します。すると回転子と3）直管部が不要「給油中に流量の指示が振れていた

ケーシング内壁との間に計量室

測定原理上、計測値と管路内のじゃないか」など次々疑問が出る

A・B が交互に形成されます。その流速分布とは無関係なので、差圧のは必定です。

結果、流体は A・B いずれかを通り式流量計で要求されるような上下

ガソリンに限らず、液体を正確下流側に排出されます。これは計流直管部を必要としません。

に受け渡すには、やはり計量カッ量カップで 1 杯ずつ測り取る作業

4）電源が不要

プで 1 杯ずつ測り取るような仕組を連続的に行うのと同じです。回流体からエネルギーを得て動作

ÀÀÀÀÀ

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みが必要です。実はこの計量カッAプを内蔵した流量計が今回解説する容積式流量計です。名前の由来

は英語の Positive Displacement

流れ

Meter（略称PD Meter）、すなわち流量計に内蔵された計量室の容積がはっきりと決まっていることから来ています。

4

パイロットギヤ

回転子

B

ケーシング

図1

ルーツ式の動作原理

MS TODAY

2002 年 1 月号

ÀÀÀÀÀ
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
するため、積算表示するだけであ

受けや回転子の状態を点検する必

れば外部電源は不要です。ガソリ

要があります。形式によっては液ンスタンドや灯油販売車のように、のシールに摺動部品を使うことも引火性のガスが存在する可能性のあり、その部品は当然磨耗します。

高い場所で使用するには、ありが流量計の機構が複雑なため、分たい特長です。

著 者 紹 介解・点検・組立・実流校正作業を次に短所について述べます。

自社内で行うには、技術レベルの1）異物に弱い高い作業者を必要とします。これ

流体中に固形物があると回転子らの作業をメーカーに依頼するこ

佐 鳥 聡 夫とケーシングの間に挟まり、回転とも可能ですが、メーカーで整備（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）

子の動きを止めます。繊維状の異完了するまでの期間、操業に支障

E-mail : satori@ksplz.info

物も回転軸に絡まって回転子の動がないか、あらかじめ検討すべききを止めるので禁物です。

です。
3）低粘度の限界

したがって、通常は上流側に異TEL/FAX : 03-6809-8622

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4）コストが高い物除去用のストレーナを設置しま

高粘度の液体に使える反面、低す。ストレーナの点検・洗浄の際粘度になると回転子とケーシング

流量計本体もさることながら、には流れを止める必要があり、流の間からの漏れが増え、精度が低

ストレーナ、バイパス配管、設置

れを止められない場合はバイパス下します。ピストンや摺動ベーン工事などを勘案するとかなりの費配管を設置します。図 2 に標準的を用いるタイプは漏れが少なく、用になります。また定期点検に要な設置例を示します。

ガソリン程度までは測れますが、する費用も加えると、TCO（Total

2）定期点検が必要

液化ガスのような低粘度液体は測Cost of Ownership）が高いことは否

容積式流量計では、定期的に軸定が困難です。

めません。

ストレーナ

4．応

流量計

用

例

以上述べたようにいくつかの短流れ所はありますが、こと高精度の積算流量測定を必要とする分野では極めて優れた流量計です。その長所を最大に発揮する応用分野は石

ÀÀÀÀÀ
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油製品の取引です。高粘度に強い

バイパス弁という長所を生かし、潤滑油やア

図 2 標準的な設置例

スファルトの計量にも用いられています。

積算流量表示長所を発揮できる分野では、今後ともシェアNo.1の地位を保つこ

パルス

アナログ

パルスアナログ変換器

瞬時流量表示とでしょう。

容積式流量計の出力信号は基本

形式：JPA、EP、SP

的にパルスなので、瞬時流量を知りたい場合は、図 3 に示すように

流量計

図 3 瞬時流量表示（形式はエム・システム技研 M・UNIT シリーズの例）

Vol. 11 No. 1

信号変換器でパルス信号をアナロ
グ信号に変換します。

■

5ÀÀÀÀÀ
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第8回

面積式流量計（有）計装プラザ 代表取締役

1．名前の由来
面積式流量計は、差圧式流量計と並んで最も古い形式の流量計で

佐 鳥

聡 夫

さ

とし

とり

お

した位置で止まり、この位置が流フロートの材質としては、錆び

量を表します。フロート自体が指ないようステンレスが多く用いら針の役割を果たすため、ほかに余れていますが、これも測定対象と分な表示機構は要りません。

の関係で、金属、ガラス、プラス

すが、今日でもなお広く使われてテーパー管の材質としては、耐チックと様々なものが使われます。

います。面積式という呼び名は、英

熱ガラスのほか、アクリル樹脂な測定対象の密度はフロートに加わ語の Variable Area Flowmeter、すな

ど透明であれば何でも使えます。

る浮力に関係し、測定対象の密度

わち可変面積式に由来します。で流路からのイオンの溶出を嫌う半が大きくなるほど、フロートは見は、いったい何の面積が変わるの導体産業では、多少見えにくいのかけ上軽くなります。極端な場合、でしょうか。それについては、次を我慢して、半透明のフッ素樹脂

測定流体の密度がフロートの密度の動作原理のところで説明します。

を用いることもあります。

より大きければ、流量ゼロでもフ

高温・高圧流体や腐食性をもつ

ロートは浮いてしまうでしょう！

流体など、ガラス管では耐えられ測定対象としては、液体・気体・

面積式流量計の動作原理は、単ない場合にはテーパー管を金属で蒸気のほか、低濃度のスラリーも純明快です。図 1に示すように、下作りますが、困ったことに内部が含まれます。粘度については、口から上に向かって広がった透明な見えません。そこで、フロートの径にもよりますが、10 ミリパスカ

テーパー管の中にフロートがあり、位置を外部に知らせる仕組みが必

ル秒（＝10センチポアズ）程度の中このフロートは流れに押されて上要になります。仕組みとして一般

粘度領域まで使用できます。

方に動きます。フロートが上がる的なのは、フロートに内蔵した磁につれて、テーパー管の内壁とフ石で外部の磁石を回転させる方式

ロートの間から流体が抜け出る量です。具体的なメカニズムについまず長所について述べます。

が増え、フロートを押し上げる力ては、図 2 をご覧ください。磁石

1）構造が簡単

が弱くなります。最後にフロートを利用する以上、テーパー管は当テーパー管とフロートという簡はその押上げ力と重さがバランス

然非磁性でなければならず、金属単な構成です。流量計として、こならばすべて使えるわけ

れ以上簡単な設計はできないでではありません。

しょう！

2．動作原理3．面積式流量計の特性

ÀÀÀÀÀ
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変化する隙間面積

透明テーパー管

金属テーパー管

指示部

N

100％

フロート

流量指示値
（浮上高さ）

フロート（磁石内蔵）

S

S

50

回転軸

N

0

流れ

図1

2

面積式流量計の動作原理

図2

外部磁石

フロート位置の指示機構

MS TODAY

2002 年 2 月号

ÀÀÀÀÀ
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
2）ローコスト構造が極めて簡単であるため、る短所を見てみましょう。

当然他の形式の流量計よりローコ

フロートの重さを利用する関係ストです。ほとんどの場合メンテ

上、垂直以外の姿勢はとれません。

ナンスも不要なので、TCO（Total

しかし実際問題としては、プロセス

Cost of Ownership）を低く抑えるこの中に立ち上がり配管は随所にあるとができます。

ため、取付姿勢が制約となることは

3）直管部が不要

ほとんどありません。なお、スプリ

管路内の流速分布が測定精度にングでフロートを押し戻す工夫を施影響しないため、差圧式流量計のした水平取付用の製品もあります

場合のような上下流直管部は必要が、ストロークが短い、スプリング

としません。

が腐食するなどの問題があり、アプ

4）電源が不要
流れのエネルギーを利用するた

著 者 紹 介1）垂直取付けが必要

リケーションは限定されます。

佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
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2）流体密度の影響

め、現場指示には電源が不要です。

容積式流量流体の密度が変わる

破裂事故に至ります。高圧ガスラ

事故や災害で停電になっても流量とフロートに加わる浮力が影響をインにガラス管パージメータ（面積が分かるので安心です。

受け、フロートの位置が変わりま式流量計の一種で、パージ装置な

5）何でも測れるす。つまり、体積流量が変わらなどに使用される）を使う場合には、前節で述べたように、液体・気

くても、流量の指示は変わってしとくに注意してください。

体・蒸気・スラリーと適用対象がまいます。気体の密度は温度と圧

5）磁性異物に注意

広範です。温度が下がると固まる力により大幅に変わるため、とく金属テーパー管の場合、フロー

液体も、スチームジャケットでに注意してください。

トに磁石を内蔵しているため、配3）口径の限界管の鉄錆などを吸着します。流体

面積式流量計は、あまり大きな

中に磁性をもつ異物が多く混入しテーパー管を細くし、かつ上下ものは作れません。口径 50mm 以ている場合は、上流側に磁気フィのテーパー比を小さくする、ある下が一般的であり、150mm 程度がルタを設置する必要があります。

いはフロートを軽くするなどの手限界です。反対に小口径について段で、極めて小流量の計測が可能

は、数ミリまで細くすることがでになります。

きます。

テーパー管を保温すれば測れます。
6）微小流量まで測定可能

4．応

用

例

面積式流量計は、差圧式流量計

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7）流量範囲が広い

4）フロートによるトラブルと同様に汎用流量計として広く普1 つの流量計で測定できる最大フロートの汚れ、磨耗、腐食な及しています。とくに、透明なテー

流量と最小流量の比は10：1程度でど、ほとんどのトラブルは、このパー管を用いたパージメータは、す。ただし、テーパー管とフロー唯一の可動部品であるフロートに

ローコストの特長が買われ、流量トの選択により流量範囲を大幅に起因します。空の配管に液体が勢監視用として大量に使われていま

変更できます。

いよく流れてくると、フロートがす。発信器付きの金属管面積式流8）異物の混入に強い

上部ストッパーに激しくぶつかり、量計は、コスト面での有利さは低フロートにごみが引っかかって内部を損傷することがあります。

下しますが、事故や災害で電源がも、フロートが上昇すればテー

また、高圧気体が充満した配管で失われても、現場指示計が使える

パー管との隙間が広がり、ごみは

上流側の圧力が突然抜けると気体ため安心です。これは、プラント

流れ去ります。

が逆流し、フロートが下部ストッの安全に対する保険と考えること

パーに打ち付けられ、最悪の場合もできます。

では次に、長所の反面ともいえVol. 11 No. 2■

3ÀÀÀÀÀ
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第9回

熱式流量計

（有）計装プラザ 代表取締役

佐 鳥

聡 夫

さ

とし

とり

お

金属細管にヒータを巻きつけ、その両側

昔読んだ子供向けの雑誌に、「洞に温度センサを配置

窟の中で灯りが消えた。出口の方

すると、流体が流れて向を知るにはどうしたら？」といいないときはヒータう話がありました。答えはたしかの熱が両側に均等に「指を唾で濡らし、真っ直ぐに立て伝わり、両方のセンサ

ると風の吹いてくる方が冷たく感の出力はバランスしじる。そちらの方向に出口がある」ています。流体が流れというものでした。

ると上流側センサは「風の動きが分かるくらい出口

冷えて出力が下がり、に近ければ、何も汚い指を舐めな

下流側は逆に上がっ

くても方向くらい分かるだろう」て、出力バランスが崩と異論がでそうですが、今回取りれます。この崩れる度

上げる流量計は、本質的にはこの合いが流体の質量流話と同じ理屈で動いています。

量に比例しているのこの連載の第 6 回で取り上げた

ブリッジ回路
温度センサ

流量信号
温度センサ

ヒータ

金属細管

流れ

流れのないとき流れているとき

温 度

1．洞窟の出口を知る方法

位

図1

置

熱式流量計の原理

金属細管

流量検出部
バイパス流

流れ

です。

主流

コリオリ式流量計は、液体やスラ細管の内径は 0.5mm

リーの質量流量が直接測れること程度なので流せる流量が最大の特長でしたが、気体は限は極めて少なく、図 2られた条件の下でしか測れませんに示すように、流れを流量計の内部小型の熱式流量計をコントローでした。今回解説する熱式流量計

で主流とバイパス流に分け、バイパ

ラおよび制御弁と一体化し、それはその逆で、気体の質量流量が直ス流量を測って全体の流量を推定す自体で流量を一定の値に制御する、接測れます。その代わり、液体へのる方式が一般的です。

マスフロー・コントローラと呼ばフローエレメント

図2

バイパス分流式

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適用は微少流量に限られています。

主流が流れるメイン配管の内部れる製品も普及しています。

熱式流量計はサーマルフローにあるフローエレメントは、金属

熱式流量計の測定対象はほとん

メータ、またはサーマル式流量計

細管を束ねたものや金属板に細かど気体ですが、中には液体の微少とも呼ばれます。

い孔を多数開けたもの、あるいは流量を測る製品もあります。

焼結金属が用いられ、流れに適当

2．動作原理な抵抗を与えることによってバイ

3．熱式流量計の特性

熱式流量計にはいくつかの異なパス流に対する比率を決めていまる動作原理がありますが、いずれす。主流とバイパス流は常に一定

も発熱体から流体が熱を運び去るの比率で増減しますから、バイパ

1）質量流量が直接測れる程度を測る点で共通しています。

ス流量を測れば全体の流量が分か

液体と異なり、気体は温度・圧

その中の一つを図 1 に示します。

ることになります。

2

いつものように、まず長所から述べましょう。

力の影響で体積が大幅に変わりまMS TODAY

2002 年 3 月号

ÀÀÀÀÀ
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す。したがって、体積流量で測っクリーンな気体専用です。蒸気ても、0℃、1 気圧の標準状態に換も液体もスラリーも測れません。

算した値、NL／ min や Nm3 ／ h で表

ただし、微少液体流量を測定対象示します。これは質量流量表示ととする製品があり、これは電気信

実質的には同じです。そのため、体号を必要とする用途に好適です。

積流量計、温度発信器、圧力発信

2）汚れに弱い器、さらに補正演算器から成るシ

前項で「クリーンな」と断った

ステムを必要とします。

著 者 紹 介のは、熱式が汚れに弱いからです。

ところが、熱式流量計はそれ自

塵や埃で細管が詰まれば当然測れ

佐 鳥 聡 夫体が直接質量流量信号を出力する

なくなります。流量計入口の金網（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）のですから、これほどありがたいをフィルタと思う方が多いのですE-mail : satori@ksplz.info

ことはありません。

が、これは実は整流器で、塵埃を2）可動部がない

防ぐ効果はありません。もし、効回転軸のように動く部品がない

果があるほど目の細かいフィルタ

ため、一旦うまく動き出せば後のを入れれば、すぐに詰まってしま

4）直管部が必要な場合もある

面倒はありません。メンテナンス

うでしょう。細管を使わないタイ

図 2 に示した構造の製品は直管が不要です。

プでも、ヒータやセンサの表面が部を必要としませんが、大きい口

3）微少流量まで測定可能

汚れると誤差が増えます。した径の配管に棒状のセンサを挿入す

気体で3NmL／min、液体で0.7mL

がって、湿ったガスやオイルミスる構造をとる製品もあり、この場／ min という極めて微少な流量まトのあるラインは避けてください。

合は原理的に流速を測定すること

TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
URL : http://www.ksplz.info/

3）流体ごとに特性が変わるになるため、上下流にある程度の

4）流量ゼロ付近まで信号が出る

熱式流量計の流量対出力信号の直管部を必要とします。詳細は、参温度センサは風の動きに敏感で、関係は、図 3 に示すように流体ご考書（たとえば松山 裕 著「実用 流

流速がゼロ付近になっても出力信とに異なります。熱を運び去る能量測定」省エネルギーセンター

号を出し続けます。ある流速で力が流体によって違うからです。

1995 年刊）をご覧ください。

パッと信号が消えることはありましたがって、窒素ガス用に購入せん。逆に過大流量で壊れる部品

した流量計を、そのまま水素ガスもなく、1つの流量計で広い流量範用に使うことはできません。実流

熱式流量計は、クリーンなガス

囲をカバーできます。

校正は本来ならば実ガスで行うべに用いたとき、その特長を最大に

5）高温・低温で使える

きですが、これは大変なので、空発揮します。したがって、多種類＋550℃の高温から−200℃の低気または窒素ガスで校正し、あらの純粋な原料ガスを用いる半導体温まで使えます。ただし、1 台の流かじめ実験で求めた換算係数を適製造プロセスは、正にぴったりの量計で高低温すべてをカバーする用するのが一般的です。

応用分野です。

で測定可能です。

4．応用分野

ÀÀÀÀÀ
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のではなく、流体の温度範囲が定

一方、ごみ焼却場の排煙ガス流量

メタン
空気、N 2、O 2
CO 2
アルゴン

する際、注意してください。

物にはすべて良い面と悪い面があります。弱点のない流量計など

信号出力

められています。カタログで検討

1）測定対象の制約
Vol. 11 No. 3

使われています。排煙の中の細かい埃で、センサの表面が次第に汚れて来ますが、間歇的に空気を吹き付ける装置を取り付け、問題を解決しまありません。熱式流量計について注意すべき点を以下に挙げます。

測定にも、高温に強い熱式流量計が

流

図3

量

した。このように、計装の工夫で弱流量対出力点を補うこともできるのです。 ■3

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第 10 回タービン流量計 その他（有）計装プラザ 代表取締役

1．風車のような流量計

これまでいろいろな流量計をご

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

お

類があります。羽根車の回転回数

光式は流体と流路が透明な場合

が体積流量に、回転速度が瞬時流に適用可能ですが、より一般的に量に比例します。

は、図 5 にその原理を示す磁気式

紹介しましたが、簡単な風車や水接線流式は容積式に似ていますが使われます。磁石、検出コイル、車のような流量計が無いのか疑問が、容積式は回転子と流路の壁と磁性材質の羽根車、非磁性材質のを持たれた方もいるでしょう。風

の隙間を極力狭め、漏れを最小にボディーから構成され、羽根が検車や水車は流速に比例した速さで抑えています。一方、羽根車式は出コイルの前を通るたびに、磁束回りますから、流量計にならぬ筈

漏れを問題にせず、口径が大きく変化により検出コイルにパルス電がありません。

なると図 3 に示すように、流れの圧信号を発生させます。羽根車が一部で羽根車を回します。

非磁性の場合は、羽根の先端に小どちらも流れで羽根車を回す点は同じですが、風車に似たものは羽根車の動きを外部に取り出す

タービン流量計（またはタービン

機構には、機械式、光式、磁気式メータ）、水車に似たものは羽根車があります。機械式は、図 4 に示式流量計として実用化されていますように羽根車の動きを機械的伝タービン流量計と羽根車流量計

す。タービン流量計は主として高達機構で外部に取り出し、積算計には、その特徴に共通の部分と異精度の流量計測に、羽根車式は簡を駆動するもので、大型の水道なる部分があります。以下の解説

便な流量監視に用いられています。

メータなどに用いられています。

で、とくに断りのない部分は両者

2．動作原理さな磁石を埋め込みます。
3．特

羽根車

てる軸流式（図 1 ）と、回転面と平共通の特徴です。
それではまず長所について述べましょう。

流体で羽根車を回す方式には、
流れを羽根車の回転面と直角に当

徴

）高精度

1

流れ

タービン流量計は、行に当てる接線流式（図 2 ）の 2 種設置条件を守り、保守

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図3

回転

口径の大きい羽根車式
流速・積算計流れ

軸流羽根車式

1

指示値の 0.5 〜 0.2 ％という高い精度で測定ができます（羽根車式はフルスケールの 2 〜 5％程

回転軸

図1

管理を怠らなければ、度）。

）

ただし、同じ軸流式

かん がい

流れ

でも水道メータや灌漑用水流量計は、それほ

流れ

羽根車

図2

2

接線流羽根車式1）

図4

機械式伝達機構

機械式の原理ど高い精度を要求されないので、指示値の 2％程度が一般です。

MS TODAY 2002 年 4 月号

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油類のように潤

磁力線

著 者 紹 介滑性のある液体

検出コイル

が測定対象とし

S

N

信号て最適です。気体用のタービン
流量計は、羽根ボディー（非磁性）車を支える軸受の潤滑が難しい羽根車（磁性）ため、特殊な製

図 5 磁気式の原理品としてだけ存）低粘度流体が測れる在します。蒸気やスラリーは測れ

容積式流量計では、流体の粘度

ません。

2

）軸受の磨耗

が高くなると流量測定範囲が広が2

りましたが、タービン流量計はそ

この形式の最大の弱点は軸受のの反対で、粘度が低い方で流量測磨耗です。車のタイヤと同様、す定範囲が大きくなります。

り減っていつか寿命が尽きます。

）小型軽量

3

水道メータのように測定対象が佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info

TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
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途は石油製品取引の分野です。と

くに低粘度の LPG やガソリンで、特長を最大に発揮します。

基本的な構成要素は羽根車と軸決まっているものでは、あらかじ

羽根車式は水道メータとして普受けだけなので、全体が小型軽量

め軸受の寿命が予測できますが、及しているほか、安価なので流量になります。また圧力損失も比較

一般的には流量計の使用条件、流監視用として広く使われています。

的少なく、口径の割に大きな流量体の潤滑性などいくつもの因子が軸受に寿命があることも、冷却水を流すことができます。同じく高関係し、一概に寿命は決められまの監視用では、「故障時に信号が消精度計測が可能な容積式と比べるせん。とくに高精度計測用の場合えるので安全」と、むしろプラスと差がよく分かります。

は、軸受の定期点検が必須です。

に評価されています。

）取付姿勢が自由）高粘度液に不適

43

全体が小型軽量であり、面積式

粘度が高くなると羽根の周りにのような原理上の制約がないため、液がへばりつき、その実質的な輪流量計の種類には、これまで紹

水平、垂直、斜めと、どのような郭が変わるため、特性が悪くなり介した各種流量計のほかにも、次

姿勢でも設置可能です。

ます。

に挙げるように、まだたくさんあ5．その他の流量計

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）羽根の動きが見える）直管部が必要

ります。

5

4

一部の羽根車式流量計には、羽タービン流量計では、羽根車に

●

ピトー管式

根の動きが見えるよう、透明窓を当たる流速分布が偏ると計測誤差●

層流式もつ製品があります。この場合にを生じます。また、流れが旋回して

●

動圧板式

は、たとえ信号系統が故障しても、いると、羽根に当たる角度が変わ

●

堰式など

現場で流れの有無を監視できます。

り、これも誤差の要因になります。

さらに勉強なさりたい方は、専門以上長所の宣伝をしましたが、

ただし小口径の羽根車式では、逆に次に挙げる諸問題点には注意

流速分布の影響がないため直管部

KWWSZZZNVSO]LQIR䈪⚫੺䈚䈩䈇紹

してください。

を必要としません。

る、参考図書をご覧ください。

）測れる流体の制約

1

タービン流量計、羽根車式流量計の測定対象は主に液体です。石Vol. 11 No. 4

4．応用分野タービン流量計が得意とする用

ポータルサイト「計装プラザ」◆ 参考・引用文献 ◆1）松山 裕：実用 流量測定、省エネル
ギーセンター（1995）3

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流量計の選び方第 11 回佐 鳥（有）計装プラザ 代表取締役

さ

とり

聡 夫
とし

お

1．枕と流量計の選び方

3．何を測るのか？

4．何のために測るのか？

あるラジオ番組で「安眠アドバ

まず、何を測るのかはっきりさ

次に考えるべきことは、測ったイザー」なる人が、「半分以上の人

せなければなりません。液体か気結果をどのように使うか、すなわ

が自分に合わない枕を使っていま体か、どのくらいの流量かなど、

ち計測の目的です。測定対象と目す。枕選びは本当は難しいことな

表 2 に示すような項目です。こんのです」と言っていました。

なにたくさん！と驚くかもしれま

計の形式はある範囲に絞られ、選流量計もこれに似て、以前イギ

せんが、いつも全項目が必要なわ

定作業が楽になります。また、必リスの専門誌に「流量計の選択がけではありません。表の下の注記

要な測定精度も目的から決まりま

適切か調査したところ、半数以上をご覧ください。

す。測定の対象と目的に適合するが最適ではなかった」と書いてありました。枕も流量計も種類が多
い上、ひどい間違いがなければ、何とか用が足りるからでしょう。
流量計メーカーに相談すれば、当然自社製品を薦めますから、そ

表 2 測定対象の性質
項

目

備

流体の種類
流

体

液体、気体、蒸気、スラリー

名

密度（比重） 注1
度

注2

率

注3

色、透明度

流量計を選ぶべきか、基礎的な解

注4

混

入

物

気泡、異物など説をします。

腐

食

性

注5

量

最大、常用、最小れが最適かどうかは運次第。
そこで今回は、どのようにして

2．流量計選びの手順

流量計を選ぶ手順は、およそ表 1

考

粘
導

流

電

脈動の有無

注6

流体温度

注7

流体圧力

注8

許容圧損

注9

的が決まれば、それに適する流量

流量計の形式を表 3 にまとめます。

表 3 中の測定精度で、高精度とは、測定誤差が指示値またはフルスケールの 1％以下、中精度とは 1％から 3％の間、低精度とは3％以上と定義していますが、これは公的な規格ではなく、この場での約束です。
ここで、流量計測の目的と必要な測定精度の関係について考えてみましょう。
まず、体積流量の監視、警報、

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に示すようになります。

以下、表の順序に従って話を進めます。

注1：流体名と温度・圧力から計算可能

注2：気体・蒸気の場合は不要

液体は、流体名と温度が分かれば推定可能

表 1 流量計選定順序

4

1

測定対象の性質把握

2

測定目的の明確化

3

流量計形式の絞込み

4

製品仕様の検討

5

コスト比較

6

決

定

注3：電磁流量計の場合のみ必要
注4：直視型流量計にのみ必要

注5：温度・濃度によって変化することに注意
注6：往復動式ポンプに注意

注 7 ：接液部材質がセラミックの場合は、温度の急変に弱いので温度変化速度も必要

制御は、いわば流量計の一般的な使い方です。この場合、表示される流量はいずれも瞬時流量であり、あまり精度を上げても意

味がありません。流量の監視に高精度は要らないし、警報設定

も 2 〜 3％の違いが問題になるよ

うでは危なくて使えません。

瞬時流量は常に細かく変動し

注8：液体・スラリーの場合は、耐圧チェック用ていて、完全に平滑な制御はで

注9：必要に応じ指定すれば制御弁を常時動かす必要

気体・蒸気では、密度計算にも必要きません。無理に制御しようとMS TODAY 2002 年 5 月号

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表3

測定量と測定目的（測定精度）

体積流量の監視、
警報、制御

（中〜低）

適用流体

形

式

（高）

流速の監視、警報
（低）

○：適用可

著 者 紹 介

特長と制約

液 気 蒸

特

体 体 体

長

制

約

差圧式

○ ○ ○ 広い測定対象

狭い流量範囲電磁式○ × × 耐食性、耐磨耗性

要導電性

面積式

○ ○ ○ 構造簡単、ローコスト 垂直取付のみ

超音波式○ ○ △ 汎用、圧損ゼロ

気泡などの影響

羽根車式○ × × ローコスト

軸受寿命△ ○ × 質量流量信号

クリーンガス専用○ △ × 質量流量信号

口径範囲、高価格

容積式○ ○ × 高精度、高粘度可軸受寿命、高価格

渦○ ○ ○ 可動部なし

信号

タービン式

○ ○ △ 高精度

軸受寿命

ピトー管式

○ ○ ○ 構造簡単、ローコスト 流速分布の影響大

熱 式
質量流量の
直接測定（高〜中） コリオリ式
体積流量の積算

流量計適合表式△：制約あり佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info

TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
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きないなど、トラブルになっては困るでしょう。

×：不適）関連製品のチェック

5があり、すぐにシール部が磨耗します。
質量流量は体積流量から換算して求めることが多く、これを直接測るのは主に高精度が要求される場合です。精度が必要なのは積算流量です。理由は、ガソリンの給油量、水道の使用量など取引に絡むことが多いからです。反応タン
クへの原料供給なども高精度を必要とする例でしょう。
5．製品仕様書の検討

よく理解する必要があります。
2）電 源

起動時に平常時の数倍の電流が流れる流量計もあります。同一電源から複数の流量計に供給する場
合は、とくに注意しましょう。
3

）設置場所

流量計の前後に直管部が必要な場合は、配管中にそれだけのス
ペースがとれるか、また重い製品
は特別な架台が必要かなど、あら
かじめ検討すべきです。

流量計を保護するストレーナ、
流れの乱れを取る整流器、信号変換器や受信計器など、流量計本体
以外の関連機器についても、その必要性と仕様を検討します。関連
機器の手配を忘れると、流量計が届いても使えません。
6．コスト比較

最後に重要なのはコスト比較です。流量計本体の価格だけではな

く、TCO（Total Cost of Ownership）

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表 3 に従ってある程度流量計の形式を絞り込んだら、次にメー
カーの製品仕様が、要求されている仕様を満足するか否かを検討します。仕様書を読む際は、次に挙げる諸項目にも注意すべきです。
）出力信号

機械的振動の大きい場所や、

モータやトランスのすぐ近くは避けてください。

製品によっては筐体が屋外設置に耐えられないもの、あるいは直射日光を嫌うものもありますから、これも確認する必要があります。
）保守作業

1

4

出力信号には、電流、電圧、パ

定期的な点検を必要とする製品

ルス、警報接点などの種類があり、伝送可能な最大距離も様々です。
パルス信号の場合は、その特性もVol. 11 No. 5については、その作業方法も検討しておきます。後になって、流量計に近づけない、重過ぎて作業でを最小にすることが大切です。

TCO ＝流量計・関連機器の価格＋設置費＋保守作業費なので、全体を見通す目が必要です。

* * *以上述べたように、流量計の選択はかなり面倒な仕事です。迷ったときは、お気軽に「計装プラザ」
KWWSZZZNVSO]LQIR䈱ήᢱ⋧
相談窓口をご利用ください。

本稿をお読みくださった方のお役に立てれば幸いです。

5

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第 12 回（最終回）

流量計のトラブル（有）計装プラザ 代表取締役

1．郵便ポストが赤いのも・・

佐 鳥
さ

とり

聡 夫
とし

お

）管路中の異物

1

比較的起こりやすいトラ

一昔前、♪電信柱が高いのも、郵ブルは、流体中に含まれて便ポストが赤いのも、みーんな私

いる重い成分の分離、あるが悪いのよ♪という戯れ歌があり

いは塩類の析出凝固によりましたが、流量計の場合も罪も無

管壁が覆われる場合です。

いのに責められることが多いので樹脂など粘着性のある物質す。

が管壁に付着することもあ流量計ります。誤差が次第に増え

図 1 曲がりの多い配管は鬼門です。流量計測の国際シン

る場合は、まずこの可能性を検討

ス孔のエッジや渦発生体のエッジポジウムで、講演者が「高精度流してください。

など、精度に直接影響する部分のことに利害が絡む取引用流量計

地熱発電所で使われていた差圧磨耗が問題です。研磨性粒子を含ない」と述べたときは満場爆笑で式流量計のトラブルでは、蒸気にむスラリーの流量測定に使われてした。出席者は皆、この種のトラ

含まれている不純物が管内壁に厚いた渦流量計を分解点検したとこ

ブルを経験した人達だったからでい層として付着していました。付

ろ、エッジの磨耗だけでなく、渦しょう。

着物がオリフィスの孔をほとんどの当たる管内壁部分が深く抉られ覆い隠し、精度はまったく問題外ていて、驚いたことがあります。

量計測は、2 度続けてやってはいけ

そこで今回は、流量計のトラブルのお話です。ただし、単純な故という状態でした。

）設置環境

3

障や誤配線によるトラブルではな

電磁流量計は、電極が樹脂など電子回路を内蔵する流量計の場

く、流量計は悪くないのに、あた

絶縁物で覆われると動作しません。

合には、周囲の電気的ノイズに注かもそれが原因のように見られる

このようなアプリケーションには、意を払ってください。ノイズの発例を取り上げます。

電極が管内壁に露出していない容生源は電磁リレー、ソレノイドコ

量型電極の電磁流量計が威力を発

イル、インバータなど様々です。

2．トラブルの症状と主な原因

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揮します。

流速分布の影響を受ける流量計「流量計がおかしい」と言われプラント建設が盛んだった時代の場合には、流量計前後の直管部る場合の症状を類別し、それぞれは、工事中に置き忘れたボルトが重要です。狭いスペースに直管の主な原因を表 1 にまとめましナットや手袋が配管内を流れてく部を確保するため、図 1 に示すよた。

る事故がよくありました！

うな配管を見たことがあります。

以下、トラブルの原因について解説を加えます。

）部品の磨耗

2

二平面にまたがるエルボーは強い

可動部品の磨耗より、オリフィ

旋回流を作り出し、タービンメー

表 1 トラブルの症状と主な原因

症

状

主な原因

次第に信号が低下する

管路に異物が堆積当初から誤差が大きい

設置環境、関連機器、仕様不適合、誤差検証方法の間違い、誤解

次第に誤差が大きくなる 異物堆積、内部部品の磨耗

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タに大きな誤差を生じさせます。

気泡が溜まりやすい配管（図 2 ）やごみが溜まりやすい配管（図 3 ）も要注意です。
）関連機器

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MS TODAY 2002 年 6 月号

増補ページ

差圧エレメントと組み合わされる差圧伝送器「流量のお話」が書かれたのは 2001 年。それから 20 年近く経った現在流量計測の世界も状況がだいぶ変わりました。その変遷を眺めてみましょう。

は電子技術により精度と安定性が向上し、機械式では面倒な開平演算も標準的にできるようになりました。電磁流量計は気体の計測ができないので、両者の競合はありません。

１．普及した流量計、廃れた流量計

面積流量計、ことに小口径のガラステーパ管

電磁流量計はかつてゼロ点が徐々にずれるという問題があり、±2％FS の精度がやっとでした。ゼロ点の安定性は低周波励振により飛躍的に改善され長期にわたり再チェックの必要も無くなりました。また微小な信号を増幅する技術も発展し、しかも電子部品は微細化・複合型（パージメータ）は、コストパフォーマンス
のよさで他を圧倒しています。将来も決して消え去ることは無いでしょう。その他、面積流量計は半導体産業や飽和蒸気測定用など、幅広く使われています。

化によって安価に入手できるようになりました。誕生した当時は高価で扱いにくかった製品
が、安くて安定かつ±0.5％R の高精度な製品に進化したのです。

その他、蒸気用の渦流量計、半導体産業向けの超音波流量計、熱式質量流量計など特定の用途に特化した機種もあります。

こうなると当然電磁流量計は売れ、今では油３．機種別選択表
１・２項の解説を受け、測定対象により先ずや純水以外の電気が通る液体には、第一候補と検討すべき機種を下表にまとめます。
して検討されるようになりました。かつて高価
測定対象
機種で扱いにくいと目されたコリオリ式質量流量
気体・蒸気・液体、汎用
差圧
計は、その後メーカが増えて技術的改良が進み、 気体・液体、現場指示
面積
現在はずいぶん普及しました。
導電性液体、汎用
電磁
逆にあまり使われなくなった流量計の代表
は容積流量計です。重くて構造が複雑で軸受けの定期交換が必要であり、設置と保守に多大の手間と費用が掛かるのが不人気の理由です。翼
車流量計（タービンメータ）も軸受けの交換が嫌われ衰退しました。しかし現在でも重質油など容積式が最適の用途は残っています。

液体質量

コリオリ

気体質量

熱式

（過熱）蒸気渦

液体、半導体製造

超音波

重質油

容積

ただし、この表は一例であり、工夫次第で様々な組み合わせが可能です。

４．二種類の精度
２．生き延びた流量計
流量計の精度にはフルスケール（%FS）と指差圧流量計や面積流量計など古くからある
示値（%R）の二種類があります。
機種は、「こんな旧時代の遺物はすぐ無くなるよ」と言われながらしぶとく生き残っています。 フルスケール 100m3/h、精度±1%の流量計をそれらに共通する特徴は、指示が安定しかつコ
例にとると、100m3/h では%FS も%R も±ストパフォーマンスがよいことです。
1m3/h の誤差が許されます。ところが 10m3/h
例えば差圧流量計は国際規格に従って製作すれば、実流校正無しに精度が保障されます。

では%R は 0.1m3/h の誤差しか許されず、格段に厳しいのです。よって%R 誤差は適用流量範
囲を併記しなければなりません。

５．校正技術
流量計メーカは、製造する流量計の目盛が正しいことを保障しなければなりません。実はこれが流量計メーカの地位を守る重要な技術であり、流量計自体を作る技術を持っているメー
カでも、校正技術が無ければ参入できないのです。以下代表的な技術を紹介します。
マスターメータ（比較法）
正確に校正（目盛付け）された流量計（マスターメータ）を基準器とし、これと校正する流量計を直列に繋いで、マスターメータの目盛を写し取ります。生産現場で最も多く用いられる方法です。
基準タンク法
正確に容積を計測したタンクに一定流量で流体を流し込み、流し込んだ積算流量と時間から流量を計算で求めます。
秤量法
タンクの代わりに秤を用います。
音速ノズル（以下作成中）#####
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気泡

流量が少なすぎるという

流量計

著 者 紹 介事例もあります。

特異な測定対象の場合には、流量計との相性に注意を払う必要があります。たとえば水素ガスには低密度・高熱伝達率という性質があり、面積式

液体流量計で計る際は加圧し、

図 2 気泡の溜まりやすい配管（気体測定用には可）熱式流量計で計る際は流速を制限する必要があり
ます。

流量計

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）誤差検証方法の誤り

新しい流量計が入ると、ゴミ

図 3 ゴミの溜まりやすい配管（クリーンな液体用には可）佐 鳥 聡 夫（有）計装プラザ 代表取締役／
技術士（機械、電気・電子部門）
E-mail : satori@ksplz.info

TEL/FAX : 03-6809-8622

センサとフィールド機器専門のポータルサイト「計装プラザ」を運営中
URL : http://www.ksplz.info/

それまで使っていた流量と大きな製品もある。また上流側

計やレベル計と比較するに直管部が必要」とのコメントがことが多いのですが、実寄せられました。たしかに大口径はそちらの方が狂っていの面積式流量計は存在しますし、るケースは珍しくありま

垂直流入型で面間距離が短い
（テー

せん。

パー比の大きい）場合には直管部を流量計と組み合わせる関連機器

現場で正確な校正作業を行うのも往々にしてトラブルの原因になは、基準器の選定からして難しい

しかし、あまり細かい話をするります。オリフィスに開平演算機

ことなのです。臨時に寄せ集めたと「木を見て森を見ぬ」方向へ読能付の差圧発信器を使っているの

機器のどれかが不具合だったり、者を導く恐れがあるため、特殊なに、受信計器側でまた開平演算を

基準器の精度が足りなかったり、

例は切り捨てました。流量計の世行ったり、温度圧力補正器やパル誤差が入る可能性はいろいろとあ

界は複雑多岐で、高粘度流体用

ススケーラーの設定を間違えるなります。

タービンメータやベアリングレス

どのミスはよく見られます。

7）不思議なトラブル必要とするケースもあります。

羽根車流量計など、原則から外れ保守点検用のバイパス弁に漏れ以上のほか、一見「どう考えてが生じていたこともあります。バも分からない」トラブルもありま

イパス弁が漏れれば、流れの一部す。私は以前「バルブを絞ると流この連載を始める前は「やれやが分流するため、流量計には当然量が増える」とか「魚が遊ぶ流量

れ、この先一年間毎月原稿の締切

マイナス誤差が生じます。

計」などいくつかの事例を、月刊りに追われるのか」と気が重くな

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誌「計装」に「フィールド計器のりましたが、月日の経つのはまこ

仕様決定時に想定していた流体

不思議なトラブルシューティング」とに早く、気が付けばもう最終回

条件が実際と大きく異なるため、と題して執筆しました。
「計装プラです。毎月、拙文にお付合いくだ

トラブルになることもあります。

ザ」KWWSZZZNVSO]LQIR㩷㩷䈮

さった皆様に感謝いたします。

液体の粘度・密度、また気体の温PDF ファイルがありますから、ごた製品も存在します。

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）仕様不適合度・圧力を再度確認してください。

興味のある方はご覧ください。

将来の需要拡大を見込んで大容量先日、ある読者から「面積式のの流量計を選定し、使用開始時の最大口径は 150mm とあるが、もっVol. 11 No. 6

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今後とも流量計のことで何か疑問がございましたら、（有）計装プラザ、佐鳥宛にお気軽にご相談く
ださい。

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