渦流量計とは何ですか？

渦流量計は、液体が鈍い物体の周囲を流れる際に発生す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）が交互に発生する渦放出の原理に基づいて動作します。渦放出の頻度は、流量計を通過する液体の速度に正比例します。

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ものが市販されています。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に比べて摩耗も比較的少ないのが特徴です。

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、鈍体、渦センサアセンブリ、およびトランスミッター電子機器で構成されています。ただし、トランスミッター電子機器は遠隔設置することも可能です（図2）。フランジサイズは通常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インチ以下のサイズであればオリフィス流量計と同等です。フランジレスのウェハー型流量計は最も低コストですが、プロセス流体が危険物であったり高温であったりする場合は、フランジ付き流量計が推奨されます。

望ましい特性を実現するために、鈍体の形状（正方形、長方形、T字型、台形）と寸法が実験的に検討されてきた。試験の結果、直線性、低レイノルズ数制限、および速度プロファイルの歪みに対する感度は、鈍体の形状によってわずかにしか変化しないことが分かった。サイズに関しては、鈍体は、流れ全体が剥離に関与するように、管径の十分な割合の幅を持つ必要がある。次に、流量に関係なく流れの剥離線を固定するために、鈍体は上流側の面に突出した縁を持つ必要がある。最後に、流れ方向における鈍体の長さは、鈍体の幅の一定倍数でなければならない。

現在、渦流量計の大部分は、鈍体周囲の圧力変動を検出するために圧電式または静電容量式のセンサーを使用しています。これらの検出器は、圧力変動に反応して、変動と同じ周波数の低電圧出力信号を出力します。このようなセンサーはモジュール式で安価であり、交換も容易で、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内部または外部に設置できます。接液型センサーは渦の圧力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強化ケースに収められています。

外部センサー（一般的には圧電式ひずみゲージ）は、渦放出バーにかかる力を介して間接的に渦放出を検知します。外部センサーは、メンテナンスコストを削減するため、腐食性の高い用途で好まれます。一方、内部センサーは、より広い測定範囲（流量感度）を提供します。また、配管の振動にも影響を受けにくいという利点があります。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、およびオプションで流量計や積算計を内蔵しています。

渦流量計の種類

スマート渦流量計は、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。流量計内のマイクロプロセッサは、直管状態の不十分さ、ボア径と流量計の直径の差などを自動的に補正できます。

用途と制限

渦流量計は、バッチ処理やその他の間欠流量用途には通常推奨されません。これは、バッチ処理ステーションの滴下流量設定が、流量計の最小レイノルズ数制限を下回る可能性があるためです。バッチの総量が少ないほど、結果として生じる誤差は大きくなる傾向があります。

低圧（低密度）ガスは、特に流速が低い場合、十分な圧力パルスを生成しません。そのため、このような用途では流量計の測定範囲が狭くなり、低流量を測定できない可能性が高くなります。一方、測定範囲の低下が許容範囲内であり、流量計が通常の流量に対して適切なサイズであれば、渦流量計の使用も検討できます。