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超音波流量計(ドップラー式)入門


超音波流量計(ドップラー式)とはどのようなものですか?


超音波流量計 (非侵入型流量計) は、流れの中の微粒子や泡を必要とする体積流量計です。超音波流量計は、伝導性の液体または水ベースの廃液や汚水を測定するのに理想的です。超音波流量計は通常、蒸留水や飲料水での測定には不向きです。異物を含まない液体を測定する場合には、エアレーションが必要です。また超音波流量計は、圧力降下が小さいこと、化学物質に適合すること、メンテナンスの手間がかからないことが求められる用途にも理想的です。


動作原理

図1:超音波ドップラーフローセンサー
図 1:
超音波流量センサ(ドップラー式)
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基本的な動作原理は、運動している懸濁粒子や気体の泡 (つまり不連続な箇所) で反射された超音波信号において生じる周波数シフト (ドップラー効果) を利用するというものです。この方法では、流れる液体の中の運動する不連続部分で反射されると音波の周波数が変化するという物理的な現象を活用します。超音波はパイプを通して流れる液体の中に伝送され、不連続な部分が超音波を周波数をわずかに変化させて反射します。この変化は、液体の流率に直接比例します (図1)。現時点の技術では、液体中に100ミクロン以上の懸濁粒子または泡が100 PPM含まれていることが必要となります。

超音波流量計(ドップラー式)の選択

超音波流量計またはドップラー流量計を選択する前に確認が必要な主な項目と次のものがあります。

  • 液体には100ミクロンの微粒子が100ppm含まれていますか?

  • ハンドヘルドまたは連続プロセスモニターが必要ですか?

  • アナログ出力が必要ですか?

  • 流量計に要求される最小および最大流速はどの程度ですか?

  • プロセスにおける最低および最高温度はどの程度ですか?

  • プロセスにおける最小および最大圧力はどの程度ですか?

  • パイプのサイズははどの程度ですか?

  • パイプは常時液体で満たされていますか?



  • 設計のバリエーション

    クランプオン超音波流量計にはシングルセンサとデュアルセンサのバージョンがあります。シングルセンサのバージョンでは、送信用と受信用の水晶振動子は同じセンサボディの中に収められており、パイプ表面の一点にクランプで留められます。センサとパイプを超音波的に接続するために、カップリングコンパウンドが使用されています。デュアルセンサーバージョンでは、送信用水晶振動子が片方のセンサボディに、受信水晶振動子が他方のセンサボディに収められています。クランプオンドップラー流量計はパイプ壁自身からの干渉や、センサーと壁の間に存在する空気のスペースからの干渉を受けやすくなっています。パイプがステンレス鋼からできている場合には、パイプは非常に遠くからの送信信号を伝導することがあり、戻ってくるエコーはシフトして読み取り値に干渉するようになります。また、銅、コンクリートライナー、プラスチックライナー、およびファイバーガラス強化パイプには、それ自体の音響的不連続性が存在します。これらはかなり顕著なもので、送信信号を完全に分散してしまったり、戻り信号を減衰させたりします。これは流量計の精度を劇的に低下させます (±20%にしかならない程度まで)。そしてほとんどの場合、パイプにライナーが施されている場合、クランプオンメーターは全く役に立ちません。
     超音波流量計のタイプ
    FD400シリーズ 積算機能の付いた超音波流量計
    これらの超音波流量計は、液体内に100ミクロンの微粒子や泡が100PPM存在するような利用条件のためのものです。これらは0.25~120インチのパイプサイズに適しています。これらの流量計は、0.1~30 FPSの流量測定で使用されます。FD-400シリーズにはディプレイ、4~20 mA出力、リレーおよび12Vパルス出力のオプションが用意されています。
    FD-400シリーズ超音波流量計トランスミッタシステムは、プロセス内にセンサーを取り付けることができない場合でも使用できるように設計されています。固体懸濁またはエアレーションの行われた液体用で、標準と上級モデルがあります。非侵入固定位置スタイルものが利用できます。FD-400は理想的なドップラー超音波流量計ソリューションです。これらは、100ミクロン以上の懸濁粒子または気体の泡を少なくとも100ppm含んでいる液体のパイプ全体に最適です。粒子や泡は超音波の反射材の役割を果たすもので、動作のために不可欠です。この技術の理想的な使用方法としては、次のものがあります。排出された廃液、再活性化スラッジ、廃液活性化スラッジ、一次スラッジ、スラリー、原油、石灰スラリー、排水処理、リン酸肥料、パルプストックの流量測定です。

    FD610シリーズ ポータブル型超音波流量計
    FD610シリーズ超音波流量計は、先進的なトランスフェーズ測定テクノロジーを特徴としており、閉鎖パイプシステムにおいて正確で信頼性の高い流速評価を行えます。FD610シリーズは非侵入的なクランプオントランスデューサを利用しており、これはパイプの外側に配置できます。大型の18 mm (0.7インチ) LCDを備えており、数秒間以内に安定した流量測定値を毎秒フィートまたは毎秒メートルの単位で表示します。この製品は、100ミクロン以上の懸濁固体または混入気体の泡を100ppm含んでいる液体が入った金属またはプラスチックのパイプで使用できます。

    FD-7000シリーズ 洗浄液超音波流量計
    FD-7000は懸濁固体や泡を含む液体のフローを測定するために使用されるもので、トランスデューサは他の超音波計と同様の方法でパイプのまっすぐな部分に取り付けます。「反射材」が不足している場合には (これはFD-7000のフローアナライザー棒グラフの読み取り値がlowであることで示されます)、トランスデューサを配管の非対称な液体乱流が存在する場所に移動します。90度エルボーのすぐ下流が理想的です。FD7000は、25ミクロン以上の粒子が30ppmだけあれば測定できます。



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