測定チェーンは単純です。流体の流れ → ローター回転 → パルス周波数 → K- ファクター → 流量または総体積。原理はシンプルですが、信頼性の高い測定は動作範囲、粘度、流量プロファイル、ローターの状態、設置および校正によって異なります。これらの詳細は、なぜ正しく選択されたのかを説明しています。タービン流量計あるプロセスでは非常に優れたパフォーマンスを発揮することも、別のプロセスではパフォーマンスが低下することもあります。
タービン流量計はどのように機能しますか?
1. 流体が入り、ローターに向けて送られます。
アキシャルタービンメーターでは、流体はメーター本体に入り、測定セクションを通過します。多くの設計では、サポートや整流要素を使用して、流体がローターに到達する前に、より予測可能なアプローチ流を確立します。-メーターは入ってくる速度プロファイルとブレードで生成されるトルクの間の特定の関係に基づいて校正されているため、これは重要です。
AW-Lake は、同じ基本シーケンスをその中で説明しています。タービン流量計の技術概要: 入ってくる流れが調整され、流体がローターを回転させ、ブレードが磁場を通過するとピックアップが電子パルスを生成します。 :contentReference[oaicite:1]{インデックス=1}
2. 流体の勢いがタービンローターを回転させる
動く流体は角度のあるローターブレードに運動量を伝達します。流量が増加すると、駆動トルクが増加し、ローターは通常より速く回転します。メーターの有効な線形範囲では、回転速度は体積流量と再現可能な関係を持ちます。
その関係は、ゼロ流量から最大流量まで完全に線形ではありません。範囲の下限では、ベアリングの摩擦、磁気抵抗、粘性抵抗が利用可能な駆動トルクに占める割合が大きくなります。したがって、ローターは中程度の流れの場合ほど理想的には応答しません。このため、単に最大流量がプロセス要件を超えているという理由だけでタービン メーターを選択すべきではありません。
3. ピックアップが回転をパルスに変換
ローター自体は機械的ですが、測定信号は電気的です。設計に応じて、メーターは磁気、誘導、磁気抵抗、またはホール効果ピックアップを使用する場合があります。-各ブレード通路は検出可能な信号を生成します。 1 秒あたりのブレードの通過数が多いほど、出力周波数が高くなります。
パルス信号は送信機、PLC、ディスプレイ、またはフロートータライザー。瞬時周波数は流量を決定するために使用され、蓄積されたパルスは総体積を計算するために使用されます。
タービン流量計の K- 係数とは何ですか?
K- 係数は、ローターの物理的な動きを工学単位に関連付けます。通常、単位体積あたりに生成されるパルスの数として表されます。
K=パルス / 単位体積
一般的な単位には、リットルあたりのパルス、ガロンあたりのパルス、または立方メートルあたりのパルスが含まれます。オメガの液体タービン流量計マニュアル同様に、K- 係数を単位体積あたりに生成されるパルスの数として定義し、それを使用して流量と総流量を計算します。 :contentReference[oaicite:2]{インデックス=2}
流量-の計算
もしfパルス周波数は 1 秒あたりのパルス数で表され、Kはリットルあたりのパルス数で表され、次のようになります。
Q = f / K
結果の単位はリットル/秒です。必要な結果が毎分リットルの場合:
Q = 60f / K
たとえば、出力周波数が 250 Hz で、K- 係数が 500 パルス/L の場合、次のようになります。
Q=250 / 500=0.5 L/秒=30 L/分
重要なのは単位の関係です。係数 60 はタービン-の物理学に固有の部分ではありません。秒を分に変換する場合にのみ必要です。不正な K- 係数単位は、メーターが新しいディスプレイまたは制御システムに接続されている場合によくある構成エラーです。
総量の計算-
電子機器の合計がNパルス、累積量は次のとおりです。
総量=N / K
この直接的なパルスと体積の関係は、バッチ処理、分注、集計アプリケーションに役立ちます。{0}{1}
タービン流量計の K- 係数はどのように確立されますか?
AK- 係数は、メーターのサイズに関する一般的な仮定からではなく、実際のメーターの校正データから得られる必要があります。校正中、既知の基準流量または基準体積がメーターを通過し、パルス出力が記録されます。次に、基準量とパルス数を使用して、1 つまたは複数のフロー ポイントでのメーター係数が確立されます。
専門的な流量校正では、通常、テスト対象のメーターを追跡可能な基準システムと比較します。たとえば、NIST は、重量法と容積法を使用して一次液体流量校正標準を運用しており、液体流量校正サービス。 :contentReference[oaicite:3]{インデックス=3}
校正手順の実際的な概要については、このサイトのガイドを参照してください。流量計の校正.
K 係数はメーターの全動作範囲のすべての点で必ずしも同一であるとは限らないため、多点校正は特に便利です。-オメガのタービン-メーターの文献によると、K-係数は通常、線形領域では比較的安定しますが、範囲の下限近くではより顕著に変化します。 :contentReference[oaicite:4]{インデックス=4}
直線性、精度、再現性は同じではありません
これらの用語はよく一緒に使用されますが、答えは異なります。
- 正確さ指定された条件下で、示された流量が許容基準値にどの程度近いかを示します。
- 再現性同じ条件が繰り返された場合に、メーターがどの程度一貫して同じ結果を生成するかを示します。
- 直線性メーターの応答は、多くの場合 K 係数で表され、定義された流量範囲全体でどの程度変化するかを表します。{0}}
メーターは再現性が高くても、良好な精度を実現するには校正補正が必要です。同様に、1 つのタービン メーター モデルの公表された精度値を、すべてのタービン メーターの仕様として扱ってはなりません。-。精度は、設計、メーターのサイズ、流量範囲、校正条件、プロセス条件によって異なります。
非常に低い流量では通常精度が低下するのはなぜですか?
適度な流量では、流体トルクがローターの動きに抵抗する力を支配します。低流量ではバランスが変化します。ベアリングの摩擦、ピックアップ-に関連する磁気抵抗、粘性抵抗は、流体から得られるトルクに比べて大きくなります。ローター速度は、メーターの線形範囲内で予想される応答から逸脱する可能性があります。
オメガの技術リファレンスでは、この低流量の動作について説明しており、タービン メーターが動作範囲の下部に向かって特徴的な非線形領域を示す可能性があると述べています。- :contentReference[oaicite:5]{インデックス=5}
これは、選択の際、通常の動作フローが単に公表されている最小値と最大値の間のどこかに収まるべきではないことを意味します。低流量での正確な測定が重要な場合は、メーカーの校正曲線と実際のモデルの線形範囲仕様を確認してください。-
粘度がタービン流量計の原理に与える影響
粘度は、ローターに作用する流体力を変化させます。液体の粘性が高くなると、粘性抵抗が大きくなり、液体の速度とローター速度の間の流体力学的関係が変化します。この効果は、利用可能な駆動トルクがすでに小さい低流量の場合に特に重要になります。
この効果を理解するもう 1 つの便利な方法は、レイノルズ数を使用することです。レイノルズ数は、流れる流体内の慣性力と粘性力の間のバランスを反映します。粘度、速度、またはパイプの形状がローター周囲の流れの状況を変えるほどに変化すると、流れとローターの応答の間の校正された関係も変化する可能性があります。
このため、水のキャリブレーションは、同じ性能を持つより粘性の高いオイルを表すと自動的に想定されるべきではありません。用途に燃料またはオイルが含まれる場合は、実際のプロセス粘度を校正条件およびメーターの文書と比較してください。関連する製品カテゴリの例はこれですオイル、燃料、ディーゼルサービス用のタービンメーター構成.
重要な設置条件
フロープロファイルとスワールを制御
エルボ、ティー、減速機、ポンプ、および部分的に閉じたバルブにより、速度プロファイルが歪んだり、渦が発生したりする可能性があります。タービンメーターはブレードに到達する速度分布に応答するため、真の平均パイプ流量が変化していない場合でも、上流での重大な外乱により測定応答が変化する可能性があります。
従来のタービン メーターの中には、上流で 10 のパイプ直径、下流で 5 のパイプ直径などの直進ガイダンスを使用するものもありますが、これは普遍的な要件ではありません。{0}オメガのタービン流量計の設置参考資料は、特定のメーター設計に対して 10D/5D を示し、また、特定の上流障害物では大幅に長い実行が必要であることも示しています。 :contentReference[oaicite:6]{インデックス=6}
1 つの直管ルールをすべての設計に適用できるものとして扱うのではなく、選択したメーターの設置マニュアルを使用してください。{0}}
液体メーターを常に満水にしておく
エアポケット、混入ガス、部分的に満たされた配管はローターの邪魔をし、測定値が不安定になる可能性があります。液体サービスの場合は、ガスが自然に集まる場所を避け、起動時にラインがどのように充填され、排気されるかを考慮してください。
ローターを汚れから守る
粒子はベアリングの抵抗を増大させたり、ローターの動きを妨げたり、内部コンポーネントを損傷したりする可能性があります。濾過要件はメーターの設計と流体によって異なります。懸濁物質が例外的ではなく通常である場合、タービンメーターは最良のテクノロジーではない可能性があります。
キャビテーションを避ける
過度の圧力降下または下流圧力が不十分な場合、液体がフラッシュしたりキャビテーションが発生したりする可能性があります。ローターを通る二相の流れは、測定を不安定にし、内部コンポーネントを損傷する可能性があります。したがって、圧力損失データは、特に流量範囲の上限付近でサイジング中にチェックする必要があります。
タービン流量計のサイズと選択方法
パイプの直径だけでは十分な選択基準ではありません。有用な選択レビューには、次のプロセス データが含まれている必要があります。
- 流体：液体か気体、化学組成、接液材料との適合性。
- 最小、通常、最大流量:通常の動作フローは、校正範囲のよく特徴付けられた部分に収まる必要があります。{0}}
- 粘度：室温のみではなく、実際の使用温度での粘度を指定してください。
- 圧力と温度:最大条件とフラッシングやキャビテーションのリスクが含まれます。
- 汚染：ローターやベアリングに影響を与える可能性のある固体、繊維、または堆積物を特定します。
- 要求される測定性能：基準なしで「高精度」を要求するのではなく、精度と再現性の要件を定義します。
- 圧力損失：メーカーの予想流量と粘度における圧力降下曲線を確認してください。{0}
- 信号要件:パルス、積算、アナログ出力、ローカル表示またはデジタル通信。
- インストール上の制約:利用可能な直管、近くのバルブとエルボ、方向とサービスアクセス。
- エリア要件:該当する場合は、エンクロージャの評価と危険場所の認定{0}}。
小規模なプロセスラインには専用のラインが必要になる場合があります小径タービンメーター-、危険な場所では必要な場合があります。防爆-タービン流量計。高温または衛生的なサービスでは、本体の材質、シール、接続、センサーの温度制限を個別に考慮する必要があります。ある衛生的な高温タービン構成-は、選択が測定原理だけではないことを示しています。
タービン流量計が適切な選択となるのはどのような場合ですか?
流体が清浄で粘度が比較的低く、単相で安定した動作範囲内で流れる場合、タービン技術が有力な候補となることがよくあります。{0}}一般的な用途には、水システム、軽質炭化水素、清浄な溶剤、テストスタンド、投与および機器の監視が含まれます。
また、パルス出力により、制御システムが瞬間流量と累積流量の両方を必要とする場合にタービンメーターが便利になります。
別の流量計テクノロジーを検討する必要があるのはどのような場合ですか?
プロセスがタービンローターの機械的および油圧的要件に適合しない場合は、別の測定原理の方が適している場合があります。
- 固体を含む導電性液体の場合、または可動部品が望ましくない場合、電磁流量計の方が良い候補かもしれません。
- 非侵襲的なインストールが優先されるアプリケーションの場合は、-超音波流量計オプション。
- 粘度の高い液体の場合は、正の変位測定が必要です。{0}オーバルギヤまたはギヤ流量計検討に値するかもしれない。
- 蒸気および特定の気体または液体の用途の場合、渦流量計タービン ローターを使用せずに、まったく異なる放出周波数原理を使用します。{0}
タービン技術とボルテックス技術の両方が評価されている場合、このより焦点を絞った比較が行われます。渦流量計とタービン流量計の比較選択肢を狭めるのに役立ちます。
実践的なトラブルシューティング: 測定チェーンに従う
タービンメーターのトラブルシューティングを行う最も効率的な方法は、その動作原理を説明するために使用したのと同じ手順に従うことです。
流量信号がない場合
- 流体が実際にメーター内を移動していることを確認します。
- ローターがスムーズに回転するか確認してください。
- ピックアップ、ケーブル、電源を点検してください。
- 受信電子機器が予想されるパルス周波数を検出できることを確認します。
- 設定された K{0}} 係数がキャリブレーション データと一致していることを確認します。
読み取りが不安定な場合
- 液体ライン内の空気またはガスを探します。
- ポンプ流量の脈動を確認します。
- 近くのバルブ、エルボ、その他の渦の発生源を確認します。
- ローターとベアリングに汚れや損傷がないか点検します。
- K 係数が間違っていると考える前に、電気ノイズを確認してください。-
時間の経過とともにメーターの指示が徐々に変化する場合
K 係数を変更することから始めないでください。-まず、プロセス流体、粘度、使用範囲、配管条件が変化していないか確認してください。次に、メーターの機械的状態を検査します。校正では機器の応答を確認する必要があります。未解決のプロセスや機械的な問題を隠すために使用しないでください。
追加の障害シナリオについては、サイトのタービン関連の技術リソースに資料が含まれています。{0}タービン流量計の故障解析.
よくある質問
タービン流量計は質量流量を測定しますか?
従来のタービンメーターは主に体積流量を測定します。直接質量流量測定には、通常、別の技術または流体特性データを使用した追加の補正が必要です。-
K-係数は一定ですか?
通常、指定された線形範囲内では比較的安定しているものとして扱われますが、その範囲外で変化したり、校正条件によって異なる場合があります。個々のメーターの校正データを使用します。
なぜタービンメーターは低流量で苦戦するのでしょうか?
低流量では、流体によって生成されるトルクは、ベアリング、磁気抵抗、粘性抵抗に比べて小さくなります。したがって、ローターの応答は直線性が低くなります。
タービン流量計は高粘度オイルを測定できますか?{0}}
一部の設計では水よりも粘性の高い液体を処理できますが、粘度が増加すると有効範囲が狭まり、K 因子の応答が変化する可能性があります。{0}}モデル固有の粘度データを確認し、粘度が高い場合や粘度のばらつきが大きい場合は、別の技術を検討してください。{2}
タービン流量計はどのくらいの頻度で校正する必要がありますか?
普遍的な間隔はありません。校正頻度は、プロセスの重要性、サービス条件、歴史的安定性、品質要件、およびメーカーのガイダンスを反映する必要があります。
すべてのタービン流量計には上流に 10D、下流に 5D が必要ですか?
いいえ。これは一部の設計に対する一般的な推奨事項であり、普遍的なルールではありません。実際の要件は、メーターの構造と上流の外乱によって決まります。
結論
タービン流量計の原理は、「流れがローターを回転させる」以上のものです。信頼性の高い測定は、流体速度、ローター応答、およびパルス周波数の間の校正された関係に依存します。 K- 係数はパルス信号を流量に変換しますが、その有用性は、その関係が確立されている範囲と流体条件でメーターを操作するかどうかによって決まります。
タービンメーターを評価するときは、最小および通常の流量、粘度、直線性、汚染、圧力降下、流量プロファイル、および校正データに特に注意してください。これらの条件がメーターに適合する場合、タービン技術により、高速で再現可能な体積測定と便利なパルスベースの合計が提供されます。-そうでない場合は、構成のみで根本的に不適切なアプリケーションを修正するよりも、測定原理を変更する方が通常は効果的です。
メーターを指定する前に、流体、最小/通常/最大流量、粘度、圧力、温度、パイプサイズ、接続、必要な精度、出力信号、設置上の制約を文書化してください。この情報は、パイプの直径やヘッドラインの精度の数値だけよりも、選択のためのより強力な根拠となります。
