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計装Cube31
計装機器を巡る現場エピソード

編集部
2008年6月号
キーワード「フィールド/経験/トラブルシューティング」

エピソードC流量計測−渦流量計「 逆流でも渦は発生する 」

 ガス流体の供給圧力を下げたために圧力差により逆流が発生したが,そのまま渦流量計により供給量として計測してしまった。流れが逆になっても渦発生体を通過する流れには渦が発生するため,センサがその数をカウントしてしまい,実際にはマイナス量なのにプラス量として計っていた。

●対策

 渦流量計の上流側に逆止弁を設置し,逆流を防止した。

 流れに直角に円柱を置くと,レイノルズ数(Re)が100程度になると,後方に規則正しい2列に並んだ渦(カルマン渦)が発生します。この渦の周波数が流体の流速と比例することを利用して流量を計測するのが渦流量計です。

 渦流量計の測定原理

 f:周波数   St:ストローハル数 
 υ:流速   d:渦発生体の幅

 
 Q:体積流量   D:本体の内径

 



  

 渦流量計は液体,気体,蒸気を計測でき,その他の取り扱いの面でもオリフィスと近く,ポストオリフィスとして期待される流量計です。オリフィスに比較すると,レンジアビリティは広く,オリフィスより圧力損失がなく,精度もよいなどがポストオリフィスと言われるゆえんです(表)。
 原理上,渦が発生しなければ計測できないため,渦発生のために適切なサイジングが重要となります。その時に必要なのが低流量側において渦の発生限界を知るためのレイノルズ数と最大流量時のキャビテーション,限界流速等をチェックするためのプロセスの流速です。サイジングを誤り,低流量範囲で渦が発生しなくなり,突然,流量出力がなくなることもあるそうなので気をつけましょう。
 さて,ここでのエピソードは逆流にもかかわらず,流量を計測してしまったとこのことです。逆流だろうと,流れに対して直角にさえぎるものがあれば,ある流速で渦は発生します。渦を検出するセンサの種類はいくつかありますが,圧電センサは渦発生体の側面に生じる交番差圧をセンサにより検出するため,渦が発生すれば逆の流れでも渦を数えてしまうのでしょう。
 メーカに訊くと「条件が整えば,逆流においても計測することは原理的にありうる話」で,「しかし,逆流を計測しているならば,信号出力が違う」との見解でした。


 υ :平均流速
 D :管の内径
 ρ :密度
 μ :粘度
Redが2320未満が層流,以上が乱流とされている。


〈引用・参考文献〉
・横河電機編:「計装メーカが書いたフィールド機器・虎の巻」,工業技術社,H13年
・ 大木眞一:「Q&Aで学ぶ渦流量計−原理から使用上の留意点まで」,『inフィールド』,2002年春号

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