— DEFINITION 流量計とは？
流量計は、配管や流路を通過する液体、気体、蒸気などの流量を測定する機器である。単に「どれだけ流れているか」を確認するだけでなく、製造工程へ投入する原料の量を管理したり、設備で使用する水や圧縮空気の消費量を把握したり、流量の変化から設備異常を検知したりするためにも使用される。
瞬時流量と積算流量
流量計では、現在どの程度の流量が流れているかを示す「瞬時流量」と、一定期間に通過した総量を示す「積算流量」が利用される。
・瞬時流量：L/min、L/h、m³/h、kg/hなど、単位時間あたりの流量として表される。
・積算流量：1日の水使用量、1か月の圧縮空気使用量、1バッチで投入した原料総量など、一定期間に通過した総量の把握に利用する。
体積流量と質量流量
流量には、主に「体積流量」と「質量流量」がある。
・体積流量：単位時間あたりに通過する流体の体積を表す。代表的な単位は、L/min、L/h、m³/hなど。
・質量流量：単位時間あたりに通過する流体の質量を表す。代表的な単位は、g/min、kg/h、t/hなど。
— PRINCIPLE 流量計の仕組み・測定原理
流量計には複数の測定原理があり、すべての流量計が同じ方法で流量を測定しているわけではない。例えば、電磁式流量計は導電性流体が磁界を横切る際に発生する起電力を利用する。超音波式流量計は流体中を伝わる超音波を利用し、コリオリ式流量計は振動する測定管を流体が通過した際に生じるコリオリ力を利用する。渦式流量計では、流れの中に設置した渦発生体の下流に生じるカルマン渦を利用する。差圧式流量計では、流路を絞ることで生じる上流側と下流側の圧力差を利用して流量を求める。測定方式によって検出する物理量が異なるため、同じ流量を測定する場合でも、流体の性質や配管条件、必要な精度などによって適した流量計は異なる。
— APPLICATIONS 流量計の用途
流量計は、製造工程における原料管理から設備監視、品質管理、エネルギー管理までさまざまな目的で使用される。
製造工程における流量管理
化学、食品、医薬品などの製造工程では、原料、薬液、水などを一定量供給する必要がある。流量計によって供給量を測定することで、投入量の管理や製造条件の安定化に利用できる。流量計の測定値をPLCやコントローラへ取り込み、バルブやポンプと組み合わせることで、設定した流量を維持する制御システムを構成することもできる。
・使用例：原料・薬液・水の供給量管理、流量制御システム
水・排水の流量測定
工場用水、冷却水、洗浄水、排水などの流量管理にも流量計が使用される。設備や工程ごとの使用量を把握することで、水使用量の管理や設備異常の発見などに利用できる。排水設備では、排水量の監視や処理設備への流入量の把握などにも使用される。
・使用例：工業用水、冷却水、洗浄水、排水の監視
圧縮空気・ガスの流量管理
工場では、圧縮空気、窒素、酸素などさまざまな気体が使用される。配管に流量計を設置することで、設備ごとの使用量や供給量を把握できる。特に圧縮空気では、設備単位やライン単位で流量を測定し、使用量の変化を確認することで、漏れや過剰使用などを調査する目的にも利用される。
・使用例：圧縮空気、窒素、酸素の使用量・漏れ調査
蒸気の流量測定
ボイラーなどで生成された蒸気は、加熱、乾燥、殺菌などさまざまな工程で使用される。蒸気流量を測定することで、工程ごとの使用量や設備のエネルギー消費を把握できる。蒸気は温度や圧力によって密度が変化するため、測定条件によっては温度・圧力補正などを考慮する必要がある。
・使用例：ボイラー、加熱・乾燥・殺菌設備
薬液・微小流量の測定
半導体製造装置、分析装置、研究設備などでは、薬液やガスなどの微小な流量を測定する場合がある。こうした用途では、単に測定範囲だけでなく、低流量域での測定性能、応答性、接液部材質、耐薬品性、流体の清浄度なども重要となる。
・使用例：半導体製造、分析装置、研究設備
充填・定量供給
飲料、食品、薬品、化学品などを容器へ一定量充填する設備でも流量計が使用される。流量計による測定値を利用してバルブやポンプを制御することで、設定した量の流体を供給する。連続的に流量を制御する場合だけでなく、積算流量が設定値へ達した時点で供給を停止するといった制御にも利用できる。
・使用例：飲料、食品、薬品、化学品の充填
設備監視・異常検知
冷却水や潤滑油など、設備の稼働に必要な流体が正常に供給されているかを確認する目的でも流量計が使用される。通常時の流量から大きく外れた場合に警報を出すことで、配管の詰まり、ポンプ異常、バルブ異常、漏れ、流体供給不足などの早期発見に利用できる。
・使用例：流量低下、漏れ、異常流量の検知
エネルギー・ユーティリティ管理
工場では、水、圧縮空気、ガス、蒸気など多くのユーティリティが使用されている。設備やラインごとに流量を測定することで、使用量を把握し、エネルギー管理や設備改善に利用できる。積算流量を継続的に記録すれば、期間ごとの使用量比較や異常な消費増加の確認にも利用できる。
・使用例：水、空気、ガス、蒸気などの使用量管理
— TYPES & CLASSIFICATIONS 流量計の種類
流量計には多くの測定方式があり、それぞれ測定原理や対応する流体、流量範囲、精度、圧力損失、設置条件などが異なる。代表的な方式には、電磁式、コリオリ式、超音波式、渦式、差圧式、容積式、熱式、羽根車式・タービン式、面積式などがある。
電磁式流量計
導電性流体が磁界を横切る際に発生する起電力から流量を測定する方式。可動部を持たない構造が一般的で圧力損失を抑えやすいが、対象流体の導電率を確認する必要がある。
コリオリ式流量計
振動する測定管に生じるコリオリ力を利用して質量流量を直接測定する方式。液体や気体に使用され、密度や温度などを測定できる製品もある。
超音波式流量計
流体中を伝わる超音波を利用して流量を測定する方式。配管外側から測定できるクランプオン型もあり、配管材質や気泡・固形物などの影響を確認する必要がある。
渦式流量計
流体中に発生するカルマン渦の周波数から流量を測定する方式。液体・気体・蒸気に使用でき、低流量域や配管内の流れの影響を受ける場合がある。
差圧式流量計
オリフィスなどで流路を絞った際に生じる圧力差から流量を求める方式。液体・気体・蒸気に使用できるが、絞り部による圧力損失を考慮する必要がある。
容積式流量計
流体を一定容積ずつ区切り、その通過回数から流量を測定する方式。油や粘度のある液体などにも使用され、可動部の摩耗や異物の噛み込みに注意が必要である。
熱式流量計
流体によって奪われる熱量や温度変化から流量を測定する方式。主に気体の質量流量測定に使用され、ガスの種類や組成などを確認する必要がある。
羽根車式・タービン式流量計
流体によって回転する羽根車やタービンの回転数から流量を測定する方式。液体や気体に使用され、異物や摩耗、粘度などの影響を確認する必要がある。
面積式流量計
テーパ管内のフロートなどの位置から流量を測定する方式。構造が比較的シンプルで、液体や気体の流量を現場で目視確認する用途などに使用される。
| 測定方式 | 主な測定対象 | 主な特徴 |
|---|---|---|
| 電磁式 | 導電性液体 | 可動部がなく、圧力損失を抑えやすい |
| コリオリ式 | 液体・気体 | 質量流量を直接測定できる |
| 超音波式 | 液体・気体 | 配管外側から測定できるタイプがある |
| 渦式 | 液体・気体・蒸気 | 可動部がなく、幅広い流体に対応する |
| 差圧式 | 液体・気体・蒸気 | 差圧から流量を求め、幅広い用途で使用される |
| 容積式 | 主に液体 | 一定容積ずつ流体を計測する |
| 熱式 | 主に気体 | 気体の質量流量測定に使用される |
| 羽根車式・タービン式 | 液体・気体 | 回転体の回転数から流量を測定する |
| 面積式 | 液体・気体 | 構造が比較的シンプルで、目視確認にも使用される |
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— HOW TO SELECT 流量計の選び方
流量計を選ぶ際は、測定方式だけで判断するのではなく、測定する流体、流量範囲、管理する流量の種類、必要な精度、配管条件、温度・圧力、圧力損失、出力方式などを総合的に確認する必要がある。
測定する流体から選ぶ
まず、測定対象が液体、気体、蒸気のいずれであるかを確認する。さらに、導電率、粘度、密度、腐食性、固形物や気泡の有無なども流量計の方式や材質を選ぶ際の条件となる。
薬液や食品などでは、流体と接触する接液部の材質や衛生性についても確認が必要である。
流量範囲・精度から選ぶ
通常使用する流量と最小・最大流量を確認し、その範囲を測定できる流量計を選定する。流量変動が大きい場合は、測定可能な範囲の広さを示すレンジアビリティも確認する。
計量や原料管理など精度が求められる用途では、測定精度だけでなく繰返し性などの仕様も比較する。
配管・設置条件から選ぶ
配管口径や材質、設置スペース、取り付け方向、必要な直管長など、設置可能な条件を確認する。既設設備へ追加する場合は、配管の切断や設備停止の可否なども選定条件となる。
温度・圧力条件から選ぶ
流体の温度と圧力が、流量計の使用可能範囲内であることを確認する。高温・高圧環境では、本体や接液部、シール材などが使用条件に対応している必要がある。
気体や蒸気では温度や圧力によって密度が変化するため、用途によっては温度補正や圧力補正の必要性も確認する。
圧力損失から選ぶ
流量計の構造によっては、流体が通過する際に圧力損失が発生する。特に流路を絞る方式や内部に機械部品を持つ方式では、圧力損失が設備へ与える影響を確認する必要がある。 ポンプやコンプレッサの負荷を抑えたい設備では、必要な測定性能と圧力損失のバランスを考慮して選定する。
メンテナンス性・出力仕様から選ぶ
流量計を長期間使用する場合は、清掃や校正、部品交換のしやすさを確認する。異物を含む流体や付着しやすい流体では、内部構造や清掃方法も選定時のポイントとなる。
また、設備の監視や制御に使用する場合は、アナログ出力、パルス出力、通信方式など、接続する制御機器に対応した出力仕様を確認する。
— WORKFLOW & IMPLEMENTATION 流量計の導入手順
流量計を導入する際は、測定したい流量だけではなく、流体条件や配管条件、設置環境、測定データの利用方法まで事前に整理する。
1. 測定目的を決める
流量監視、原料の投入量管理、定量供給、異常検知、エネルギー管理など、流量を測定する目的を明確にする。目的に応じて必要な精度や測定範囲、出力仕様などを整理する。
2. 測定条件を整理する
流体の種類や流量範囲、温度・圧力、配管・設置条件など、流量計の選定に必要な条件を整理する。
3. 流量計を選定する
測定条件をもとに、対応する流体、流量範囲、精度、圧力損失、設置条件などを比較し、適した測定方式と製品を選定する。
4. 流量計を設置する
メーカーが指定する流れ方向、取り付け姿勢、直管長などの条件に従って設置する。方式によっては配管内を流体で満たすなど、測定に必要な条件を確認する。
5. 配線・初期設定を行う
電源やアナログ出力、パルス出力、通信などを接続し、測定レンジ、単位、警報値、積算、出力スケールなど必要なパラメータを設定する。
6. 動作を確認する
運転開始後に流量表示や出力信号を確認し、想定した流量を測定できているかを確認する。必要に応じて設定値などを調整する。
設置時の注意点
- 直管長の確保：ポンプ、エルボ、バルブ、分岐などの近くでは流速分布が乱れることがあるため、メーカーが指定する上流側・下流側の直管長を確認する。
- 配管内部の充満・気泡：液体を測定する方式では、測定管内部が液体で満たされていないと測定値へ影響する場合がある。気泡の発生・滞留にも注意する。
- 脈動・振動：往復動ポンプなどによる脈動や、設備・配管の振動が測定へ影響する場合は、ダンパや配管構成、設置場所を見直す。
- 電気ノイズ：電磁式流量計など電気信号を扱う機器では、インバータやモータ、大電流配線からのノイズが測定・通信へ影響する場合があるため、接地や配線経路、シールドをメーカー仕様に従って設計する。
校正・メンテナンス
- 点検・校正：汚れ、付着物、摩耗、センサの経年変化などによって測定値が変化する可能性があるため、要求精度や品質管理基準に応じて点検・校正を行う。
- 方式ごとの確認点：電磁式では電極やライニングへの付着物、容積式・タービン式では可動部の摩耗や異物の噛み込み、超音波式（クランプオン型）ではセンサ位置や音響結合状態を確認する。
- 校正周期：要求精度、使用頻度、流体、使用環境、設備の重要度、品質管理基準などを踏まえて決定する。
— GLOSSARY 流量計関連用語
- レンジアビリティ ：最大測定流量と最小測定流量の比で表される測定範囲の広さ。
- 圧力損失 ：流量計や配管機器を通過する際に生じる流体圧力の低下。方式や流量によって大きさが異なり、流量計選定時の確認項目となる。
- 直管長 ：流れを安定させるため、流量計の上流側・下流側に確保する直線状の配管部分。必要な長さは測定方式や配管条件によって異なる。
- 接液部 ：測定する流体と直接接触する部分。薬液や食品などを測定する場合は、流体に適合する材質かどうかを確認する。
- 繰返し性 ：同一条件で繰り返し測定した場合の測定値の一致度。精度を比較する際の確認項目の一つ。
- 導電率 ：流体の電気の通しやすさを表す値。電磁式流量計では測定対象となる流体の導電率を確認する必要がある。
- 圧力補正 ：圧力変化による流体状態（密度など）の変化を考慮して、測定値を補正すること。気体や蒸気の測定で検討する。
- 温度補正 ：温度変化による流体状態（密度など）の変化を考慮して、測定値を補正すること。気体や蒸気の測定で検討する。
— COMPARISON 流量計と他の測定機器との違い
流量計と似た目的で使用される機器には、流量センサ、流速計、圧力計、レベル計、フロースイッチ、マスフローコントローラなどがある。名称だけで判断するのではなく、「何を測定するのか」「測定したいのか制御したいのか」を確認すると違いを理解しやすい。
| 比較対象機器 | 測定する物理量 | 流量計との具体的な違い・使い分け |
|---|---|---|
| 流量センサ | 流量 | 流量センサは流量を検出して信号として出力する機器を指すことが多い。流量計は表示・演算機能を含む場合があるが、名称の使われ方はメーカーや製品によって異なる。 |
| 流速計 | 流体の移動速度 | 流量計は単位時間あたりに通過する流体の量を測定するのに対し、流速計は流体が移動する速度を測定する。流速を検出して流量へ換算する流量計もある。 |
| 圧力計・圧力センサ | 流体の圧力 | 流量計は流体がどれだけ流れているかを測定するのに対し、圧力計や圧力センサは流体の圧力を測定する。配管設備では両方が使用されることが多い。 |
| レベル計 | 液面・内容物の高さ | 流量計は配管を通過する流体量を測定するのに対し、レベル計はタンクや容器内部の液面・残量を測定する。流入量・流出量と液面を組み合わせて監視する場合がある。 |
| フロースイッチ | 流れの有無・しきい値 | 流量計は流量を連続的な数値として測定するのに対し、フロースイッチは設定した流量条件を基準にON/OFF信号を出力する用途などに使用される。 |
| マスフローコントローラ | 質量流量＋制御 | 流量計は流量を測定するのに対し、マスフローコントローラは質量流量を測定し、設定した流量になるよう制御する。 |
— FREQUENTLY ASKED QUESTIONS よくある質問
A. 水の流量測定には、電磁式、超音波式、渦式、羽根車式など複数の方式が使用される。必要な流量範囲や精度、配管口径、圧力損失、設置条件などによって適した方式は異なる。
A. 測定できる。油の流量測定では容積式、コリオリ式、タービン式などが候補となる場合がある。油の粘度、温度、流量範囲、必要精度などによって適した方式は異なる。
A. 測定できる。熱式、コリオリ式、渦式、差圧式、タービン式など、気体の測定に対応した流量計がある。対象となる気体、流量範囲、温度、圧力などを確認して選定する。
A. 測定できる。渦式、差圧式など蒸気測定に使用される流量計がある。蒸気は温度や圧力によって密度が変化するため、必要に応じて温度・圧力補正なども検討する。
A. クランプオン型の超音波式流量計などでは、配管外側へセンサを取り付けて流量を測定できる製品がある。既設配管への追加設置や、配管を切断しにくい設備などで利用される。
A. 精度の数値だけではなく、その数値が測定値に対する割合なのか、フルスケールに対する割合なのかを確認する。また、使用する流量範囲、繰返し性、温度、流体条件なども含めて比較する必要がある。
A. 測定方式や製品によっては必要となる。エルボ、バルブ、ポンプなどによって流れが乱れると測定値へ影響する場合があるため、メーカーが指定する上流側・下流側の直管長を確認する。
A. 気泡、脈動、流れの乱れ、配管内部が流体で満たされていない状態、流体条件の変化、センサの汚れ、設置状態、配線などが考えられる。測定方式によって影響を受ける要因が異なるため、流量計だけでなく配管や使用条件も確認する必要がある。
A. まず、測定する流体と最小・通常・最大流量を確認する。そのうえで、体積流量か質量流量か、必要精度、配管口径、温度・圧力、接液部材質、圧力損失、取り付け条件、出力・通信方式などを確認する。
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流量計は単独で使用するだけでなく、流量制御や設備監視を行うためにさまざまな機器と組み合わせて使用される。また、流量計と測定対象が近い機器について理解しておくことで、目的に適した計測・監視システムを検討しやすくなる。
■ 流量計と組み合わせて使用する機器
■ 流量計を構成する要素
流量センサと表示・演算部 ：「流量計」と「流量センサ」は、メーカーや製品によって名称の使われ方が異なり、明確に完全分離できるものではない。一般に流量を検出する部分を流量センサと呼び、表示・演算などを含めた機器を流量計と呼ぶ場合がある。一方、センサと表示・演算機能を一体化した製品も多い。