渦流量計とは何ですか?

渦流量計は、液体が鈍い物体の周りを流れる際に生じる自然現象を利用した体積流量計の一種です。渦流量計は、物体の下流で渦（または渦流）が交互に放出される渦放出原理に基づいて動作します。渦放出の頻度は、流量計を流れる液体の流速に正比例します。

渦流量計は、可動部品の導入が問題となる流量測定に最適です。工業用グレード、真鍮製、またはオールプラスチック製の構造からお選びいただけます。プロセス条件の変動に対する感度が低く、可動部品がないため、他のタイプの流量計と比較して摩耗が比較的少なくなっています。

渦流量計の設計

渦流量計は通常、316ステンレス鋼またはハステロイ製で、ブラフボディ、渦センサーアセンブリ、およびトランスミッター電子部品で構成されています。トランスミッター電子部品はリモートマウントも可能です（図2）。通常、フランジサイズは1/2インチから12インチまで用意されています。渦流量計の設置コストは、6インチ未満のサイズではオリフィス流量計と同等です。ウエハーボディ流量計（フランジレス）は最も低コストですが、プロセス流体が危険物質または高温の場合はフランジ付き流量計が適しています。

望ましい特性を得るために、ブラフボディの形状（正方形、長方形、T字型、台形）と寸法を実験的に検討しました。試験の結果、直線性、低レイノルズ数制限、速度プロファイルの歪みに対する感度は、ブラフボディの形状によってわずかにしか変化しないことが示されました。サイズに関しては、ブラフボディの幅は、流れ全体が剥離に関与できるよう、パイプ径に対して十分に大きな割合でなければなりません。次に、ブラフボディは、流量に関わらず、流れの剥離線を固定するために、上流面に突出したエッジを持つ必要があります。最後に、流れ方向におけるブラフボディの長さは、ブラフボディの幅の特定の倍数である必要があります。

現在、渦流量計の大部分は、圧電型または静電容量型のセンサーを用いて、ブラフボディ周囲の圧力振動を検出しています。これらの検出器は、圧力振動に応答し、振動と同じ周波数の低電圧出力信号を出力します。これらのセンサーはモジュール式で、安価で、交換が容易であり、極低温液体から過熱蒸気まで、幅広い温度範囲で動作可能です。センサーは流量計本体の内側または外側に設置できます。湿潤型センサーは渦圧力の変動によって直接応力を受けるため、腐食や浸食の影響に耐えられるよう硬化ケースに収納されています。

外部センサー（通常は圧電式ひずみゲージ）は、渦放出バーに作用する力を通じて間接的に渦放出を検知します。侵食性／腐食性が高いアプリケーションでは、メンテナンスコストを削減するために外部センサーが推奨されます。一方、内部センサーはレンジアビリティ（流量感度）に優れています。また、配管の振動の影響も受けにくいです。電子機器ハウジングは通常、防爆および耐候性を備えており、電子トランスミッターモジュール、終端接続部、そしてオプションで流量計や積算計を内蔵しています。

渦流量計のスタイル

スマート渦流計は、流量だけでなく、より多くの情報を含むデジタル出力信号を提供します。流量計に内蔵されたマイクロプロセッサは、直管部の不足、ボア径とマチン径の差を自動的に補正します。

アプリケーションと制限

渦流計は通常、バッチングやその他の間欠流量アプリケーションには推奨されません。これは、バッチングステーションの滴下流量設定が、計器の最小レイノルズ数限界を下回る可能性があるためです。バッチ総量が小さいほど、結果として生じる誤差は大きくなる可能性があります。

低圧（低密度）のガスは、特に流速が低い場合、十分な圧力脈動を発生しません。そのため、このような用途では流量計のレンジアビリティが低下し、低流量を測定できない可能性があります。一方、レンジアビリティの低下が許容され、流量計が通常の流量に対して適切なサイズに設計されている場合は、渦流量計の使用を検討できます。