面積流量計とは
面積流量計 (英: Area flow meter) とは、流体の移動量を測定する機器です。
液体・気体・蒸気などの流体が、ある位置から他の位置へ移動したときの、移動量を計測します。
様々な種類の面積流量計が存在しているため、求める測定精度・使用環境・使用用途に応じて、適切な測定器を選定する必要性があります。また、メーカー間の競争が激しくなっており、技術レベルの向上の著しい分野です。
面積流量計の使用用途
面積流量計は化学・食品・製薬・燃焼機器・医療機器・ガス・石油工業など、幅広い分野で使用される測定機器です。主に液体や気体の流量測定、パージ流体またはガスの測定などに使用されます。
具体的な用途には、以下のようなものがあります。
- 薬液を注入する際の流量測定
- 海洋石油プラットフォームの高圧流量測定
- 都市ガスの家庭への供給における供給量測定
面積流量計を使用して流量管理を徹底し、作業工程の合理化・効率化・省エネの目標を達成するため、多くの企業に活用されています。
面積流量計の原理
面積流量計はテーパー管とフロートが基本的な構成要素です。テーパー管に流体を流し、その際に生じる圧力差でフロートが浮きます。すると管との間隙の流通面積が増え、浮力は弱まり、フロートは重量と圧力差の力が均衡した位置で静止します。
このテーパ管内のフロートの位置によって決まる流量の面積と通過する流量が等しくなるため、その位置を検出して流量を測定するのがこの流量計の原理です。
フロート以外の指標が不要であるため、面積流量計はシンプルな構造をしています。その単純な構造は、コストパフォーマンスの向上とメンテナンスの容易さという利点につながっています。
面積流量計の種類
テーパー管の材質により次の3種類の面積流量計があります。
- 金属管面積流量計
- ガラス管面積流量計
- 樹脂製管面積流量計
ガラス管は内部の確認が容易ですが、高温や高圧の流体、腐食性のある流体には適していません。そのため、これらの条件下では金属管が使用されます。半導体産業においては、流路からイオンが溶出しないように樹脂製の管が利用されています。
ただ、金属管や樹脂管の内部が見えにくいという問題点があります。その解決策として、フロートに磁石を組み込み、外部から磁石を回転させる方法があります。この方法は、磁性を持たない材質の管に適用可能です。
フロートは通常ステンレス製ですが、測定対象によっては金属、ガラス、樹脂製を使用することもあります。これは流体の密度がフロートにかかる圧力に影響を与えるためです。流体の密度が高い場合、流量がなくてもフロートが浮く可能性があるので、これには注意が必要です。
面積流量計のその他情報
面積流量計は、その単純な構造に加えて、電源を必要とせず、気体、液体、蒸気といった多様な測定対象に適用可能です。流量範囲の変更が可能で、微量流量の測定も行えます。また、異物が混入してもフロートの動きにより除去されるため、安心して使用できます。
発信機付きの監視製品は便利なため良く利用されています。この製品には電源が必要ですが、事故や災害で電源が失われても、現場の指示計が使えるので安心です。しかし、このような利点がある一方で、以下のような欠点も存在します。
- フロートの重さを使うため垂直取り付けが必要
- 流体の密度に注意 (気体の場合には密度が温度で大きく変化するので注意)
- テーパー管の口径は50～150㎜が限界 (逆に口径を小さくする場合は、数㎜まで対応)
- フロートの汚れ・腐食・摩耗・破損 (勢いよく流体を流したり、圧力が突然抜けないように注意)
- 磁性フロートに異物が吸着 (磁性が強い流体を流す時は、上流部に磁気フィルタを設置)
以上のリスクにうまく対応し、費用効果が高い面積流量計のメリットを活用してください。
参考文献
https://www.brooksinstrument.com/ja-jp/products/variable-area-flow-meters