流量計とは？

流量計は、さまざまなプロセスにおける気体や液体の流れを監視するうえで重要な役割を果たします。各種の流量測定技術がどのように機能するかを理解することは、適切なソリューションを選定し、正確で信頼性の高いデータを確保するために重要です。

このページでは、流量計の基本原理、流量測定に使用される技術、そして各方式がさまざまな用途にどのように適しているかを解説します。流量制御を初めて学ぶ方にも、現在使用しているシステムへの理解を深めたい方にも、わかりやすい出発点となるよう構成されています。

概要

• 流量測定の基本概念
  
• 流量計とは？
• 流量計の仕組み
• 流量測定技術
  
• 用途に適した流量計の選定
• 用途要件の明確化
• プロセス条件の把握
• 流量計の用途
  

このセクションでは、流量計とは何か、流量計と流量コントローラの違い、流量の測定方法、流量計の仕組みなど、主要な概念を概要レベルで解説します。

流量計は、気体または液体がシステム内を移動する速度を、質量流量または体積流量として測定するために使用されます。オペレータがプロセス状態を監視し、プロセス内での流体の挙動を理解するのに役立つリアルタイムのデータを提供します。

流量計は、システム内のポイント間の流量を追跡するために使用され、性能、効率、製品品質に対するより良い可視性を可能にします。流量を積極的に調整する必要があるアプリケーションでは、流量計を制御バルブと統合して流量コントローラーを作成し、計測と制御を組み合わせることができます。

流量計は、体積ベースまたは質量ベースのいずれかの測定法を用いて流体の流れを測定します。体積流量は、流体がシステム内を移動する際に占める空間を測定するもので、温度や圧力（特に気体の場合）の影響を受けます。一方、質量流量は、システム内を移動する物質の実際の量を測定するもので、これらの条件に関係なく一定に保たれます。

体積流量計測は、システム内を移動する流体の量を直接的かつ直感的に理解できるため、工業プロセスで広く使用されています。これは、視覚的な表示、簡便性、および費用効果の高いモニタリングが重要なアプリケーションに特に適しています。可変面積流量計のような技術は容積原理に基づいており、テーパー管内のフロートを使用することで、外部電力を必要とすることなく、信頼性の高いリアルタイムの流量表示を提供します。このため、多くの気体や液体の用途に実用的な選択肢となります。

気体は圧縮性であるため、体積流量の測定値は温度と圧力の変化によって変化します。このため、気体の流量は標準化された条件を基準とすることが多く、質量流量は標準化された容積単位で表されることが多いため、さまざまなプロセス条件で一貫した比較が可能です。対照的に、液体はほとんど非圧縮性であるため、体積流量計測は多くの液体アプリケーションにおいて安定した効果的なアプローチとなります。アプリケーションによっては、質量流量計または容積流量計のいずれかが使用されます。

流量を決定するために、様々な技術が流体がセンシングエレメントとどのように相互作用するかを測定します。一般的な測定原理には、熱式、コリオリ式、超音波式、および可変面積式があり、それぞれ流体の種類、流量条件、設置要件、および要求精度に応じた利点があります。

流量計には、気体または液体専用に設計されたものもあれば、流体に依存せず、両方を正確に測定できるものもあります。

用途に使用する流量計の種類は、主にその基盤となる測定技術によって決まります。さまざまな測定原理が、気体、液体、流量範囲、精度要件に応じて適しています。

可変面積（VA）流量測定
可変面積流量計は、テーパー管内のフロートを使用して流量を示します。流量が増加すると、フロートが対応する位置まで上昇し、シンプルで信頼性の高い目視測定が可能になります。 

Brooks Instrumentの可変面積流量計は、高精度な制御よりも使いやすさと耐久性が重視される用途に適しています。

超音波流量測定
超音波流量計は、音波を使用して流速を測定し、プロセス流体に接触することなく流量を算出します。そのため、非接触での測定が求められる用途に適しています。

Brooks InstrumentのBCUクランプオン超音波流量計は、プロセスを中断することなく、柔軟な設置と高精度な測定を可能にします。

熱式流量計
熱式質量流量計は、熱伝達を利用してガス流量を測定および制御します。ガスが加熱されたセンサー上を通過すると、熱損失率が質量流量に直接関連するため、高精度で再現性の高い制御が可能になります。

Brooks Instrumentは、SLAエラストマーシールおよびGF100メタルシール質量流量計をはじめ、幅広い熱式流量計を提供しています。これらは、安定性と精度が重要となる高性能ガス用途向けに設計されています。

コリオリ流量計
コリオリ式流量計は、流体がセンサーチューブ内を流れる際の振動の変化を検出することで、質量流量を直接測定します。この流体の種類に依存しない測定方式は、組成が変化する、または不明な流体を扱う用途に適しています。

Brooks InstrumentのQuantim® QMC コリオリ質量流量計は、流体ごとの個別校正を必要とせず、液体と気体を高精度に測定できます。

適切な流量計の選択は、お客様のプロセス条件と性能要件を理解することから始まります。重要なのは、スペックだけでなく、測定技術をお客様のアプリケーションに適合させることです。

左側に、フローメータを選択する際の5つの重要な質問があります。各タブの横にある矢印を使用して、セクションのプロセスをスクロールしてください。

流量計を選択する際、プロセス条件は基本仕様と同様に重要です。食品、飲料、製薬プロセスのような衛生的なアプリケーションでは、CIPやSIPのような洗浄方法は高温や攻撃的な媒体に計器がさらされます。材料、シール、および認証（例：FDA）は、信頼性の高い動作を保証するために適合していなければなりません。

設置上の制約も考慮しなければならない。限られたスペースでは、コンパクトな設計や、長い直管に依存しない技術が必要になる場合がある。振動、圧力変動、上流または下流の外乱を含む設置条件も、測定原理によっては性能に影響を与える可能性がある。

統合も重要な要素です。流量計は必要な通信プロトコルをサポートし、アナログであれデジタルであれ、制御システムにシームレスに適合する必要があります。

最後に、水分や粒子などの流体条件は、測定の信頼性に影響を与える可能性があります。適切な技術を選択し、必要であれば適切なろ過を行うことで、計器を保護し、長期的な性能を維持することができます。

流量計は、重要なプロセスにおける気体および液体の流量を測定および制御するために、あらゆる産業で使用されています。Brooks Instrumentの流量計は、精度と信頼性が重要な環境において、ガス供給、流体制御、プロセス監視などのアプリケーションをサポートします。

当社のアプリケーションノートを参照して、Brooksの技術が実世界の流量測定の課題を解決するためにどのように使用されているかをご覧ください。