【電磁式流量計】について解説：電磁誘導による流量測定

概要

電磁式流量計はファラデーの法則を利用しており、磁界を通過した流体によって生じる電圧から流速及び流量を算出します。

原理的に流体の温度・圧力・密度・粘度の影響を受けることなく、体積流量を精度良く測定することができます。

一方で、導電性が全くない有機溶剤や気体は測定できません。

この記事では電磁式流量計の特徴を解説しています。

上図に電磁式流量計の主な構成を示します。励磁コイル、コア、電極、変換器等で構成されています。

流体が右側から左側に流れている状態で磁界を上から下向きに加えると、フレミングの右手の法則に従う向きに起電力が発生します。

この起電力を管側面の電極で取り出します。

また、起電力が短絡しないように測定管の内面をフッ素樹脂やゴム、セラミック等の絶縁物でライニング加工、あるいはモールド加工しておきます。

取り出した起電力は変換器で電圧を増幅しつつ、磁束密度で割算処理することで流量が求まります。

ファラデーの法則から、起電力E[V]の大きさは(1)式で表されます。

$$E=kBDv・・・(1)$$

E：起電力[V]、k：検出器固有の定数[-]、B：磁束密度[T]

D：測定管内径[m]、v：平均流速[m/s]

また、体積流量Q[m3/s]は(2)式で表されます。

$$Q=\frac{π}{4}D^{2}v・・・(2)$$

(2)式で(1)式の流速vを消去すると、

$$Q=\frac{πD}{4kB}E・・・(3)$$

(3)式となります。

したがって、起電力Eは体積流量Qに比例することがわかります。

電磁式流量計を取り付ける際の口径は、流速が0.3～10m/s程度となるように決定します。

より好ましくは以下の条件となります。

測定管内面のライニングについて、各材質の特徴を以下の表に示します。

ライニング材質	測定流体例	特徴	備考
PFA	浸透性の強い流体（フッ酸、塩酸、酢酸）付着、固化し易い流体腐食性流体（電解液、苛性ソーダ、硫酸）その他一般流体	ライニングの耐食及び機械的強度大。内面が平滑で耐付着性に優れる。	適用温度は -10～160℃。浸透に注意。
ポリウレタンゴム	上水、下水、工業用水汚泥、海水など	耐摩耗性に優れる。土砂混じりの汚水に適する。弱酸、弱アルカリに適する。	適用温度は 0～40℃。有機溶剤を含む液には不適。
セラミック	硬質スラリー、腐食性流体付着性流体、高温流体高圧流体	耐摩耗性はウレタンゴムの約10倍あり特に優れる。高温・高圧でも変形しない。	フッ酸、りん酸、強アルカリには不適。

電極材質の特徴を以下の表に示します。

電極材質	測定流体例	特徴
SUS316L	上水、下水	海水、塩酸、硫酸、硝酸水酸化ナトリウムには不適合。
ハステロイC	酢酸、水酸化ナトリウム	塩酸、硫酸、硝酸などに弱い。
タンタル	海水、塩酸、硫酸、硝酸酢酸、塩化第二銅、酢酸鉛次亜塩素酸	ほとんどの薬品に適合。フッ化薬品は不適合。
チタン	海水、酢酸塩化ナトリウム	塩酸、硫酸、硝酸に不適合。
白金-イリジウム	海水、酢酸、水酸化ナトリウム硫酸、硝酸、次亜塩素酸ナトリウム	ほとんどの薬品に適合。王水、次亜塩素酸、塩化銅、シアン化塩には不適合。
タングステンカーバイド	赤泥スラリー、鉱石スラリー酸化鉄スラリー、高濃度パルプ	摩耗性液体に適合。スラリー流体に最適、腐食性流体には不適合。

電磁式流量計について解説しました。

測定可能な導電性流体に対しては、良い精度で流量を測定できます。

ライニング材質	測定流体例	特徴	備考
PFA	浸透性の強い流体（フッ酸、塩酸、酢酸）付着、固化し易い流体腐食性流体（電解液、苛性ソーダ、硫酸）その他一般流体	ライニングの耐食及び機械的強度大。内面が平滑で耐付着性に優れる。	適用温度は -10～160℃。浸透に注意。
ポリウレタンゴム	上水、下水、工業用水汚泥、海水など	耐摩耗性に優れる。土砂混じりの汚水に適する。弱酸、弱アルカリに適する。	適用温度は 0～40℃。有機溶剤を含む液には不適。
セラミック	硬質スラリー、腐食性流体付着性流体、高温流体高圧流体	耐摩耗性はウレタンゴムの約10倍あり特に優れる。高温・高圧でも変形しない。	フッ酸、りん酸、強アルカリには不適。