クランプオン流量計 – metoree本番管理

クランプオン流量計とは

クランプオン流量計とは、超音波を利用して配管の中を流れる液体または気体の流速を測定する計測機です。

化学プラントや食品工場、それに給排水施設などでは、配管の中を流れる液体や気体の流量を管理することは、日常的に必須の業務です。流量は配管の内径と流体の速度から求めることができます。従って、流体の流量を管理する目的で流体の速度を計測することが行われています。

超音波を利用した流量計は、配管の中を伝わる音の時間の変化から流体の速度を計測します。これは、配管の中を音が伝わる時間は、中を流れる流体の速度によって変化する特性を利用したものです。

クランプオン流量計は、測定機器を配管の外側にクランプで取り付けします。このため、配管を切断してセンサーや器具を配管内に設置する必要もなく、後付けすることも可能です。さらに、センサーや器具が流体に非接触であるため、流体の流れに影響を及ぼさないという利点があります。

このため、クランプオン流量計は、流量管理の多くの現場で使用されています。

クランプオン流量計には、後述するように伝播時間差式とドップラー式という2つの測定方式があります。両方式共に、液体の流体の流速測定と、気体の流体の流速測定の両方に使用されています。

測定可能な配管の材質は、鋼、ステンレス、鋳鉄、塩ビ、FRP (Fiber Reinforced Plastics;繊維強化プラスチック) 等幅広い素材があります。測定用途としては、伝播時間差式のクランプオン流量計は、工業用水、上水、海水、純水、農業用水、油等液体の流量管理に広く使用されています。

ドップラー方式を利用したクランプオン流量計は汚水や排水などの不純物の多い液体の流量管理に使用されています。

配管の中を音が伝わる場合、その速度は中を流れる流体の速度に影響を受けます。配管の中を流体が流れているときに、上流部に設置した器具から発した超音波が下部に設置したセンサーに伝わるまでに要する時間は、流体が止まっている場合に比較して短くなります。

逆に、下流部に設置した器具から発した超音波が上流部に設置したセンサーに伝わるまでの時間は、流体が止まっている場合に比較して長くなります。

従って、配管の上流部にパルス状に超音波を発生する器具を取り付け、下流部にセンサーを取り付けて流体を流すと、超音波が伝わる時間と距離から流体の速度が判ります。

この時間差を利用して流体の速度を計測する方式が、伝播時間差式 (時間差式) の超音波式流量計です。伝播時間差式のクランプオン流量計は、高い精度で流量を測定できるのが利点です。

しかし流速を測定する際には、流体の中に気泡や異物が混ざっていると、それがノイズになって測定に支障をきたすなどの問題があります。従って、純水など液体や工業ガスなど、均一に綺麗に流れる液体や気体の流量測定に向いています。

一方、ドップラー式の超音波式流量計は、配管の中を流れる気泡や異物に超音波を当てて、反射してくる音波の位相のずれ、即ち音のドップラー効果を利用しています。これは、救急車が近づいてくるときと、遠ざかるときでサイレンの音が違って聞こえるというのと同じ原理を利用したものです。

ドップラー効果を利用したクランプオン流量計は、流体の中に混じった気泡や異物にあたって反射してくる音を測定するので、汚水や排水などの不純物の多い液体の流速を測定するのに適しています。

但し、流体の中を流れる気泡や異物が流体と同じ速度で流れると仮定していたり、様々なノイズの多い配管の中での測定となるので、測定に誤差が生じやすいのが欠点です。

両方式共に、クランプオン流量計は、器具を配管の外側に取り付けて中の流体の速度を計測できるので、設置の手軽さやメンテナンスのしやすさがメリットです。

クランプオン流量計は、設置する際に配管を切断する必要がなく、配管に後付けが可能で、且つ、様々な材質のパイプにも設置が可能という大きな利点があります。

その一方で、配管の中を流れる流体の特性に依存した測定方法であり、測定方式も伝搬時間差式とドップラー式に分かれるほか、センサーを始めとした器具も様々な特性のものが市販されています。

クランプオン流量計を使って良好な測定結果を得るためには、適切な種類の流量計を選択し、適切な設置をすることが必要となります。メーカーからカタログを取り寄せて仕様を検討すると共に、使用条件を入念に打ち合わせて最適な計測環境を設計することが推奨されます。