今日は「初めて流量測定をしようと思った時に何から始めるか」についてのメモです。
今、流量を測定するユニットの設計をしているんですが、実は流量を測る構造を設計するのが初めてで、 流量を測るために何処から着手したらよいか解らなかった ので、今回情報を集めました。
流量とは、単位時間に流れる流体の体積または質量（JIS B 0100） ですが、その流量測定をするためにまず何をすれば良いのか、主にメーカーへの問い合わせをする前準備を少しメモしておきます。
これから初めて流量測定する・したいという設計者の方は、流量測定するのってこんな流れか（ふーん） 程度に参考にしてください。
流量測定をするために
①流量測定に必要な情報を決める
皆さんが流量を測定するシチュエーションってどんな状況でしょうか。 流量測定をするにあたって流量センサーで一般的に何が出来るか を知る必要がありますが。 流量センサーで出来る一般的な測定・管理項目は以下の通りになります。
- 瞬時の流量が減ったことを知りたい
- 瞬時の流量が適正範囲から外れたことを知りたい
- 吐出量が適正範囲内か判定したい
- 液体に異物（気泡など）が混入したことを知りたい
- 瞬時の流量を外部の機器に出力したい
などです。 これらは現場の品質向上、コスト削減目的もあれば事故防止などを目的に流量測定を行うかと思います。 結論に少し触れると、今は流量測定を行う機器は充実していて工事も簡単です。 その為テクニックを駆使して取り付けるというよりも運用をどう行うかの方が難しいので、これら測定の為に準備する情報が2つあります。
- どんな流体（液体・気体・蒸気）を測定するのか
- 流量の監視？制御？積算？ などの測定目標
となります。
これらを準備するのは当たり前と言えば当たり前ですが、例えば今回の私のミッションだった 比較的高粘度の瞬間の流量を把握し粘度が規格内にいるか を測定する場合は、
- 測定対象：液体（中粘度～高粘度の非ニュートン流体）
- 測定方法：粘度を瞬間流量で管理（把握）したい。瞬時流量が適正範囲から外れた（粘度がNGである）ことを知りたい
このようになり、この組合せを決める事が測定の第一歩となります。
補足・引用①：ニュートン流体とは？（https://www.tacmina.co.jp/library/glossary/newtonian_fluid/）
ニュートン流体とは、粘度が大きい流体ほど粘性による抵抗が強い、という 流体に関するニュートンの法則に従う流体 のことで「非ニュートン流体」とは、ずり速度とともに粘度が変化する流体のこと で、飲料や食品に多く見られる
補足・引用②：測定方法の種類（https://www.keyence.co.jp/ss/products/process/flowmeter/）
流量の計測方法には、体積を計測する「体積流量」と質量を計測する「質量流量」という2種類があります。また流量管理には、「瞬間流量」と「積算流量」という2種類があり、流体の性質によって「体積流量」と「質量流量」を、流量管理の目的によって「瞬間流量」と「積算流量」を使い分ける必要があります。
②扱う流体の特性を調べる
次に扱う流体の特性を調べます。
ただ、流体の特性を調べたからといって私たちがすぐに適切な流量センサーを選定できるわけではなく、扱う液体の特性を知るのは現状を的確に把握する目的と、メーカーに選定を依頼する時の情報として利用することになります。
ここで少し悩むのが 液体の粘度＜※単位：パスカル秒（Pa·s）＞ です。 液体は温度によって粘度が変わるのが普通 なので、測定する液体の状態もセンシングには必要な情報となってきます。
ここで理解しておきたい事は 測定する流量は、液体の通る配管の径やそこに掛かる圧力、液体の粘度よって決まるが、測定前の今どれくらいの流量なのか、それに対してどう閾値を持ってくるかという現状把握が先に必要 という事ですね。
調べてみると、粘度は 粘性係数や粘性率 とも呼ばれているそうで、例えば水のような液体も温度によって粘度が変わります。 その水や、その他一般的で解りやすい液体の粘度はWEB上にもありますので把握は簡単です。 参考：各種液体粘度対応表（https://www.satake.co.jp/small_mixers/sentei/img/nendo.pdf）
こういった特性のわかっている液体の場合想定しやすいと思うんですが、私の場合は粘度の高い液体だったので上記の一般的な粘度が当てはまらず調べる必要がありました。 つまり、適切な粘度の液体を先に作り、配管を通るときの瞬時流量が適正であると設定するための情報集めです。 その良品の範囲から外れた場合に検知ができる。という方法をとります。
設定のために粘度測定をする粘度カップは、直接液体の中に入れすくい上げ、粘度カップの底の穴から滴下する時間を測定する方法を取ります。職人の感覚を数値化し、それを数値で管理する、そしてそれを誰でも出来るようにする。
こんな目標でした。
最後、それらを測定できる適切な機器を選定する
①で測定対象と測定・管理方法を決めたので、次に最適な流量計を選定するためにどうすれば良いか ですが、
ここは 適切な機器＞設置方法 という優先度です。
測定機器は様々な測定方式があるんですが、そこを間違えたら意味が無いので目的が果たせる機器を選定してください。 そして、最適な機器を選定する方法・・・・・ それはメーカーに聞くことです。 ここまで来てメーカーに聞くのかよ って怒られても仕方が無いんですが、流量の測定に関して準備する項目は
- ①に示した測定対象と測定・管理方法が明確になっている事
- ②に示した測定対象の特性を知っている事
だけで、③として測定センサーの取り付け方法要求など、周辺情報があれば十分です。
メーカーには数多くの実績が有るので最適な機器を教えてくれると思いますし、 今では配管にクランプするだけの簡単な流量センサーもあって取り付けに自由度があります。
また、そういったクランプ式は中身の粘度が低いものから高いものまで対応できるというセンサーなので、 そのセンシングを目的とする私たちがどれだけ適切な情報を予めもっておくか ということです。
今は本当に便利になりました。
以上です。