電磁流量計: 仕組み、用途、選択ガイド

電磁流量計 (電磁流量計または磁力計とも呼ばれる) は、次の条件を適用して体積流量を測定します。ファラデーの電磁誘導の法則パイプ内を移動する導電性液体に影響を与えます。流体が導電性で、パイプが満杯のままで、設置が適切に行われている場合、マグメーターは可動部品がなく、圧力損失が非常に低いため、信頼性の高い測定を実現します。これらの条件のいずれかが欠けている場合は、通常、別のテクノロジーの方が適しています。

このガイドでは、動作原理、電磁流量計が最適に機能するアプリケーション、最適に機能しない状況、および適切な設置と問題のある設置を区別する設置とサイジングの詳細について説明します。

電磁流量計とは何ですか?

電磁流量計は、導電性液体用に設計された体積流量測定装置です。パイプの穴全体に磁場を生成し、導電性流体がその磁場を通過するときに誘導される電圧を測定します。感知機構は完全に電気的なものであるため、流路にはタービン、パドル、その他の機械部品が摩耗したり、プロセスの流れを妨げたりすることがありません。

可動部品がないことが、マグメーターが水処理、廃水、化学薬品の投与、スラリーの取り扱いなどで広く使用されている唯一の最も重要な理由です。電磁流量計の用途ここでは、信頼性とメンテナンスの負担がほとんどないことが何よりも重要です。

電磁流量計はどのように機能するのですか?

動作原理はファラデーの法則に直接由来しています。つまり、導電性材料が磁場中を移動すると、流れの方向と磁場の両方に垂直に電圧が生成されます。マグメーターでは、メーターチューブの周りに取り付けられたコイルが磁場を生成します。導電性の液体がその場を流れると、パイプの直径全体に小さな電圧が発生します。チューブの壁に埋め込まれた 2 つの電極がこの電圧を受け取ります。この電圧は平均流体速度に比例します。トランスミッタは、その信号をチューブの既知の断面積に基づいて体積流量に変換します。-。

この原則から直接導かれる 2 つの事実は、あらゆる選択と設置の決定を通じて覚えておく価値があります。

液体は導電性でなければなりません。導電性がなく、信号もありません。最小導電率しきい値はメーカーやモデルによって異なりますが、一般的なベースラインは約 5 µS/cm です。最新の機器の中には、より低いしきい値でも動作するものもありますが、これは特定の製品データシートと照らし合わせて常に確認する必要があります。

パイプは満杯でなければなりません。電圧と速度の計算では、液体の全断面を想定しています。-パイプが部分的に空になると、電極の接触面積が変化し、測定値の信頼性が低下するか、完全に低下します。としてABB の電磁流量計のマニュアル状態では、測定中はメーターパイプを常に完全に満たす必要があります。

電磁流量計は何を測定できますか?

マグメーターは、原水と処理水、廃水と下水、化学溶液 (酸、塩基、塩水)、パルプと紙のスラリー、食品と飲料の液体 (ジュース、乳製品、シロップ)、鉱山用スラリーと研磨懸濁液、製薬プロセス流体など、幅広い導電性液体に適しています。これらは、液体が汚れていたり、摩耗性が高かったり、化学的に攻撃的であったり、液体が急速に摩耗してしまうような状態で使用するサービスで特に効果的です。-タービン流量計またはその他の機械設計。

電磁流量計では測定できないもの

プロセス流体が非導電性の場合、マグメーターは間違った技術です。-これにより、炭化水素、石油製品、油脂、ほとんどのアルコールと溶剤、蒸留水、脱イオン水、超純水が除外されます。また、ガスや蒸気も完全に排除されます-測定原理には液体が必要です。

調達の際によくある間違いは、水ベースの液体ならどれでも適していると思い込むことです。{0}}脱イオン水と超純水は、ほとんどの磁力計が安定した信号を生成するには導電率が低すぎる点までイオン含有量が取り除かれています。これは、機器を設置した後でのみ明らかになる選択エラーです。流体が「水のように見える」かどうかだけでなく、メーターの公表されている最小値と比較して実際の流体の導電率を常に確認してください。

電磁流量計を選ぶ理由主な利点

フローストリームに可動部品はありません。

これは、ほとんどの購入決定の原動力となる利点です。インペラ、ベアリング、プロセス流体と接触する摩耗面はありません。で水計測アプリケーション、適切に取り付けられたマグメーターは、最小限の注意で何年も使用できます。

圧力損失が低い。

メーター チューブは通常、フルボアで障害物のないセクションであるため、永久的な圧力損失は無視できます。{0}ポンプを使用する-集約システム-大規模な都市水道網や配管が長い化学プラント-では、流路を制限するメーターと比較して実質的なエネルギーの節約につながります。

汚れた研磨性の液体に対する耐性。

スラリー、固形物を含む廃水、化学的に攻撃的な液体はすべて設計範囲内にあります。適切なライナー素材 (PTFE、ゴム、セラミック) がチューブを保護し、ライナー自体を超えて接液するコンポーネントは電極のみです。

正しく取り付けられた場合、高い精度が得られます。

公表されている精度仕様はメーカーやモデルによって異なります。一部のハイエンド機器では読み取り値の ±0.2% という厳密な精度が指定されていますが、標準的な産業用モデルは通常 ±0.5% の範囲に収まります。-カタログ番号よりも重要なのは、設置条件がその仕様を実際にサポートしているかどうかです。-この点については、以下で詳しく説明します。

双方向測定機能。

ほとんどの磁力計は、ハードウェアを変更することなくどちらの方向の流れも測定できるため、バッチプロセスや定期的な逆流があるシステムで役立ちます。

トレードオフと制限事項-

最大の制限は、導電率の要件です。流体の導電性が十分でない場合、この技術はまったく機能しません。これに対する回避策はありません。-これは測定原理の基本的な制約です。

2 番目の制限は、マグメーターは質量ではなく体積を測定することです。プロセス制御または保管転送の決定が質量流量または流体密度に依存する場合、通常はコリオリ計がより適切な選択となります。別個の密度測定を追加して磁力計から質量流量を導出しようとすると、複雑さと不確実性が増大しますが、単一のコリオリ計器では回避できません。

エンジニアリング中に見落とされがちな 3 番目の制限: マグメーターはパイプを満杯にしておく必要があります。重力供給システム、部分的に充填された水平流路、またはバッチ間で排水されるラインでは、標準的なマグメーターは正しく動作しません。一部のメーカーは空パイプ検出を診断機能として提供していますが、これは問題を解決するのではなく、問題にフラグを立てます。{3}測定ポイントでパイプが完全であることを保証できない場合は、メーターの位置を変更するか、パイプの部分的な状態を許容するテクノロジーを検討してください。-

電磁流量計 vs. 超音波 vs. コリオリ: 決定方法

これら 3 つのテクノロジーのどちらを選択するかは、産業プラントにおける流量測定の最も一般的な決定事項の 1 つです。それぞれに明確なスイート スポットがあり、通常、次の 3 つの質問に答えると、正しい選択が明らかになります。液体は導電性ですか?体積流量または質量流量が必要ですか?インストール上の制約は何ですか?

電磁流量計が最適な場合

を選択してくださいマグメーター液体が導電性の場合、体積流量が必要になるため、汚れた液体や攻撃的な液体に耐える、堅牢でメンテナンスの手間がかからない機器が必要になります。{0}これは、水、廃水、および化学プロセスのアプリケーションの大部分をカバーします。 DN10 ～ DN2000 のラインサイズの導電性液体を扱うほとんどのプラントでは、マグメーターがデフォルトの開始点となります。

超音波流量計がより良い代替手段である場合

アン超音波流量計液体が非導電性である場合、パイプが非常に大きくフルボアのインライン メーターが実用的ではない場合、または-クランプで-取り付けますラインの割り込みを避けるために必要です。クランプ式超音波-は、メーター設置のためのプロセスのシャットダウンが不可能な検証、一時的な測定、または改造の状況に特に役立ちます。さらに詳しい比較については、ガイドを参照してください。超音波流量計と電磁流量計の比較.

コリオリ計が投資に値する場合

コリオリ計は、直接的な質量流量測定、密度データ、または最高レベルの再現精度が必要で、それにお金を払うつもりがある場合に優れています。非導電性液体も扱います。-その代償として、-特にラインサイズが大きい場合、コストが高くなり、重量が重くなり、物理的な設置面積も大きくなります。-保管輸送、高価値化学物質のバッチ処理、または密度変動が重要なプロセスでは、多くの場合、コリオリが適切です。-

簡単な比較

インライン型電磁流量計と挿入型電磁流量計の比較

電磁流量計には主に 2 つの構成があり、どちらを選択するかは主に、パイプのサイズ、予算、設置の柔軟性がどの程度あるかによって決まります。

インライン（フルボア）メーター

アンインライン電磁流量計パイプの専用セクションとして設置されます。これは流れの全断面を示し、DN600 程度までのほとんどのアプリケーションにとって標準的な選択肢です。-測定はボア全体をカバーするため、一般に挿入設計よりも精度と再現性が優れています。上流の直管要件は中程度です。-通常、上流のパイプ直径は約 5、下流のパイプ直径は 2～3 程度ですが、これはモデルや上流の外乱の種類によって異なります。

挿入メーター

アン挿入マグメーターパイプ壁のタップを通して感知プローブを配置します。この構成は、フルボア メーターが非常に重く、高価で、設置が困難な大口径パイプライン（DN600 以上）で最も魅力的です。{{3}一部の挿入設計には、ラインを停止することなく取り付けと取り外しを可能にするホットタップまたは格納式機構が含まれています。{{5}これは、ダウンタイムが高くつく配水本管やその他のシステムにおいて、大きな利点となります。{6}}

その代償として、挿入メーターはボア全体ではなく 1 つまたはいくつかの点で速度をサンプリングするため、流れプロファイルの乱れに対してより敏感になります。-上流の直管要件は通常、はるかに長くなり、-パイプ直径が 15～20 以上になることがよくあります。上流配管に測定点の近くにエルボ、バルブ、またはポンプが含まれている場合、差し込み式メーター慎重な評価が必要です。

電磁流量計のサイズを正しく決める方法

マグメーターの購入で最もよくある間違いの 1 つは、パイプの直径だけでサイズを決定することです。プラントエンジニアは「6-インチのラインがある」と言い、6インチのメーターを注文しました。多くの場合、そのメーターは実際の流量に対して大きすぎて、特に流量範囲の下限でセンサーを通過する流速が遅くなり、精度が低下します。

正しいアプローチは、プロセス フロー データから始めることです。

まず次の入力を収集します。通常の動作流量、予想される最小流量、予想される最大流量、流体の導電率（測定値、想定されていない）、流体の温度と化学組成、パイプの材質と公称サイズ、上流と下流で利用可能な直流。

次に、パイプではなく流量にメーターを合わせます。マグメーターは、センサーを通過する流体の速度が、通常、ほとんどの清浄な液体の場合は 1 ～ 5 m/s、研磨剤スラリーの場合は 2 ～ 4 m/s の場合に最適に機能します。通常の流量で計算された速度が 0.5 m/s 未満の場合は、メーターが大きすぎる可能性があります。 7～8m/sを超えるとライナーエロージョンや圧力損失が懸念されます。移行に同心減速機を使用して、ラインより 1 ～ 2 サイズ小さいメーターを取り付けることはまったく問題ありませんが、-必要な場合もよくあります-。

適切な構成を選択するための詳細なガイダンスについては、次のリソースを参照してください。電磁流量計選定のポイント.

実際に重要なインストールのベスト プラクティス

マグメーターの測定原理は本質的に堅牢ですが、不注意に設置すると、最良の機器であっても損なわれる可能性があります。実際には、マグメーターのパフォーマンスに関する苦情のほとんどは、メーター自体ではなく、いくつかの設置上の問題の 1 つに遡ります。-

パイプを常に満杯にしておく-

これは最も重要なインストール ルールです。メーターは、通常の動作条件下でチューブが液体で完全に満たされた状態になる配管内の位置に取り付ける必要があります。最適な位置は、上昇流のある垂直流、またはシステムの低い点での水平流です。パイプアーチの上部、重力排水の排出口、またはバッチ間でラインが部分的に空になる可能性のある場所への設置は避けてください。パイプが満杯のままかどうかわからない場合は、おそらく満杯ではないため、メーターを再配置するか、下流の背圧装置を追加する必要があります。

フロープロファイルを保護する

マグメーターは他の多くの技術に比べて流れの乱れに対する感度が低いですが、影響を受けないわけではありません。上流に近いバルブ、ポンプ、継手からの激しい渦、非対称の流れ、または乱流があると、精度が低下します。インライン メーターの一般的なガイドラインは、上流側で障害物のない真っ直ぐなパイプの直径が少なくとも 5 倍、下流側で直径 2 ～ 3 倍です。部分的に開いた制御バルブまたはポンプの吐出口が上流に近い場合は、直流を追加するか、流量調整器の設置を検討してください。詳細については直管断面要件、特定のメーターの設置マニュアルを参照してください。

正しくグラウンディングをしましょう

これは最も多くの場合無視される設置の詳細であり、最も多くの場合、原因不明の信号ノイズやドリフトの原因となります。{0}}マグメーターの誘導電圧はミリボルトの範囲にあります。流体と電極の間に適切な基準電位がないと、ポンプ、VFD、またはその他のプラント機器からの電気ノイズが測定信号を圧倒する可能性があります。

メーターが金属製の接地された配管システムに設置されている場合、通常は配管自体が適切な接地を提供します。配管が非導電性（PVC、HDPE、グラスファイバー、ライニングパイプ）の場合、流体とメーターの基準接地との間の接触を確立するために、メーターのフランジに接地リングまたは接地電極を取り付ける必要があります。プラスチックパイプでこのステップを省略することは、ノイズが多く不安定な読み取り値を保証する最も信頼できる方法の 1 つです。詳細については、についてをお読みくださいなぜ電磁流量計は接地しなければならないのか.

ポンプの吸入側を避ける

遠心ポンプの吸込側にマグメーターを取り付けると、ライナーが負圧にさらされる危険があり、時間の経過とともにライナーの剥離や崩壊が発生する可能性があります。また、キャビテーションに関連した気泡が発生して測定が中断される可能性もあります。{1}好ましい位置は、ポンプの下流、逆止弁の後であり、圧力が正になり、流れがより安定します。

よくある選択と設置の間違い-実際に起こる頻度でランキング

水、化学、工業用途にわたる長年の現場経験を経て、最も頻繁に起こる間違いを、おおよその頻度順に以下に示します。

流量範囲ではなくパイプ直径に基づいてサイジングします。

これは最も一般的な調達エラーです。低速で大きすぎるメーターは読み取りが悪く、公表されている精度仕様を満たさない可能性があります。

配管が満杯にならない場所に設置してください。

重力-の供給ライン、排水ヘッダー、パイプ アーチの上部が頻繁に問題を引き起こします。その結果として生じる断続的な測定値と誤ったアラームにより、他のほとんどの問題よりも多くのサービス コールが発生します。

非金属パイプの接地を無視する。-

これにより、メーターの故障を模倣した信号ノイズが発生します。これは、メーター価格の数分の一の費用で接地リングを使用することで完全に防止できます。

低導電率流体の技術の選択。-

チームは、導電率をチェックせずに「水だからマグメーターが機能するだろう」と思い込むことがあります。脱イオン水、高純度ボイラー給水、および一部の溶媒-混合物は、最小しきい値を下回る可能性があります。-

上流側の直進不足。

部分的に開いたバタフライ バルブ、ポンプの吐出、または背中合わせのエルボの直後にメーターを設置すると、メーターが完全には補正できない流量プロファイルの歪みが発生します。{0}{1}

のために電磁流量計の設置上の注意事項をもっと見る、詳細なガイドでは追加のシナリオについて説明しています。

アプリケーションシナリオ

都市排水:マグメーターは、下水処理施設の入口流量測定、返送活性汚泥、廃汚泥、廃水排出におけるデフォルトのテクノロジーです。{0}流体は導電性であり、多くの場合固体が含まれており、パイプは圧力下でも満杯のままです。あフルボア電磁水流量計-このサービスでは、ライナーと電極が流体化学に適切であれば、校正ドリフトを気にすることなく 10 年以上稼働できます。

化学薬品投与ライン:酸、塩基、または処理化学薬品を運ぶ小径ライン（DN10～DN50）では、PTFE ライナーとハステロイまたはタンタル電極を備えたマグメーターが化学物質への曝露を処理しながら、投与制御に必要な精度を提供します。ここで重要なのは、接液材料を特定の化学薬品に適合させることです。-調達チームが流量範囲とライン サイズのみに焦点を当てていると、このステップが見落とされることがあります。

大口径の水道本管:-DN600 以降の場合、インラインか挿入かの決定は経済的なものになります。このようなサイズのフルボア メーターは重くて高価で、設置にはクレーンが必要です。-挿入マグメーター-または超音波メーターに-クランプします-は、特に主電源を停止できない改造状況の場合には、より実用的な答えになる可能性があります。

決定チェックリスト: 電磁流量計はあなたの用途に適していますか?

マグメーターを使用する前に、次の 5 つの質問に答えてください。 5 つすべてに「はい」と答えられる場合は、電磁流量計が適切なテクノロジーである可能性が非常に高くなります。 1 つまたは 2 つの答えが「いいえ」の場合でも、設計を調整することで機能する可能性があります。 3 つ以上が「いいえ」の場合、通常は別のテクノロジーが使用されます。-超音波またはコリオリ-の方が効果的でしょう。

1. 流体の導電性は十分ですか?実際の導電率値をメーターの公表されている最小値と比較して確認してください。 「水ベース」の流体に関する仮定に依存しないでください。-

2. 通常の動作条件の間、パイプは満杯のままですか?定常状態の設計ケースだけでなく、起動、シャットダウン、低負荷、バッチ サイクルのシナリオも考慮してください。{0}{1}{2}{2}

3. 質量流量や密度ではなく体積流量が必要ですか?質量流量または密度が主な測定目的である場合は、まずコリオリを考慮してください。

4. 設置は適切な接地と直進状態を提供できますか?-特に-非金属製の配管やスペースに制約のある場所-では、注文前にこれを確認してください。

5. アプリケーションは、可動部品がない-、メンテナンスの少ない設計から恩恵を受けていますか?-簡単にアクセスできる、クリーンで安定した非摩耗性のサービスでは、よりシンプルなテクノロジーのほうが費用対効果が高い場合があります。-マグメーターの利点は、過酷な液体サービスで最もはっきりと現れます。

追加用電磁流量計の選択に関する考慮事項詳細なガイドを参照してください。

よくある質問

磁気流量計は非導電性液体を測定できますか?{0}}

いいえ。測定原理では、検出可能な信号を生成するには流体内のイオン伝導性が必要です。炭化水素、ほとんどの油、純粋なアルコール、高度に精製された水はすべて、十分な導電率を持っていません。非導電性液体の場合、-超音波流量計またはコリオリ測定器が通常は適切な代替品です。

電磁流量計には完全なパイプが必要ですか?

はい。標準的なマグメーターは、パイプの断面が完全に満たされていると想定しています。-。部分的に充填すると、電極が流体と適切に接触できなくなり、測定値の信頼性が低くなるか、測定値が得られなくなります。メーターの位置でパイプが完全に満たされていないことを確認できない場合は、パイプが完全に満たされている状態が存在するシステム内のポイントにメーターを再配置するか、部分的に満たされたパイプ用に設計されたメーターのタイプを検討してください。-

電磁流量計の精度はどのくらいですか?

精度はモデルやメーカーによって異なります。標準的な工業用磁気計は通常、読み取り値の ±0.5% 以上を提供します。大手メーカーのプレミアムモデルでは、読み取り値の±0.2%以上の精度を実現できます。ただし、これらの仕様は、正しいサイズ、完全なパイプ、適切な直進条件、および適切な接地を前提としています。-メーターの設置が不十分な場合、機器の品質に関係なく、実際の精度はカタログ値よりも大幅に悪くなる可能性があります。{7}}

電磁流量計と超音波流量計の違いは何ですか?

電磁流量計は導電性の液体を必要とし、配管の一部としてインラインに取り付けられます。超音波流量計は導電性を必要とせず、パイプを切断することなくクランプオン装置として設置できます。-マグメーターは、汚れや研磨性の液体をより適切に処理する傾向があります。超音波メーターは、多くの場合、パイプサイズが大きい場合、非導電性流体の場合、または非侵襲的な設置が重要である場合に好まれます。-全文を見る超音波流量計と電磁流量計の比較詳細については。

コリオリ計が電磁流量計よりも優れた選択肢となるのはどのような場合ですか?

一般に、直接質量流量測定、同時密度測定、または保管転送や高価値のバッチ プロセスで達成可能な最高の精度が必要な場合は、コリオリ計がより良い選択肢となります。{0}}非導電性流体にも使用できます。-その代償として、特に DN100 を超える回線サイズでは、コストと物理サイズが大きくなります。-

インライン電磁流量計と挿入電磁流量計のどちらを選択すればよいですか?

インライン メーターは、DN600 までのほとんどのアプリケーションの標準であり、精度が高く、流量プロファイルの乱れに対する感度が低くなります。 DN600 を超えると、フルボア メーターが法外に高価であったり、物理的に取り付けるのが困難な場合には、挿入メーターを検討する価値があります。-挿入を選択した場合は、大幅に上流の直線流を計画し、流れプロファイルの状態を検証する準備をしてください。挿入オプションの詳細については、「挿入マグメーター製品ページ.

最終的なポイント

電磁流量計は、導電性液体の測定に最も信頼性が高く、広く導入されている機器の 1 つです。水、廃水、化学物質、およびスラリーの用途では、可動部品がない、メンテナンスの手間がかからない、高い精度、困難なプロセス流体に対する耐性などの正当な理由により、多くの場合、デフォルトの技術となります。

しかし、この技術がその約束を果たせるのは、流体が導電性であること、パイプが満杯のままであること、設置が正しく行われているという 3 つの条件が満たされた場合に限られます。最も高価な間違いは、間違ったモデルを購入したことではありません。-間違ったアプリケーションに適したテクノロジーを購入したり、パフォーマンスを妨げる方法でテクノロジーをインストールしたりすることです。

プロセス データから始めます。-流体の導電率、実際の流量範囲、パイプの状態、測定目的。これら 4 つの入力により、マグメーターが正しい答えなのか、それともマグメーターを見るべきなのかがわかります。超音波代わりにコリオリ技術を使用します。マグメーターが適合する場合は、パイプの直径ではなく流量データに基づいてサイズを決定し、接地と設置の形状を適切にするために時間を費やします。