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コリオリ質量流量計 特別に設計された測定管内の振動流体にかかるコリオリ力を検出することで流体の実際の質量流量を測定し、密度補正や温度調整を必要とせずに、広い流量範囲にわたってプラスまたはマイナス 0.5 ～ 1 パーセントの精度レベルを提供します。 体積を測定し、質量計算のために流体密度の知識を必要とする従来の体積流量計とは異なり、 コリオリ計は、流体の密度、粘度、温度の変動に関係なく質量流量を直接測定するため、保管輸送アプリケーション、バッチ処理、および正確な質量計算が必要なプロセスに優れています。 コリオリ質量流量計 (MFM) と質量流量コントローラー (MFC) の基本的な違いには、制御機能が含まれます。 MFM は流量データを測定して送信し、MFC には外部制御システムを使用せずに設定値への自動流量調整を可能にする統合制御バルブが含まれています。
コリオリ質量流量計技術 コリオリ力は、1835 年にフランスの科学者ガスパール コリオリによって発見された古典物理学の原理に由来しています。コリオリ力は、回転基準系内で移動する物体に作用する見かけの力を表します。数学的には、F は 2m と v の積とオメガの積に等しくなります。ここで、m は質量、v は速度、オメガは回転速度を表します。この力は、流量計の用途に振動管を介して現れ、流れの方向に垂直な流体の偏向を引き起こします。
コリオリ流量計は 2 つの主要な管構成を採用しています。1 つの振動管を使用して対称的なたわみを生成する単一管設計と、反対方向に振動する 2 つの平行な管を使用して振動力をキャンセルし、騒音の多い産業環境での測定精度を向上させる二重管設計です。 デュアルチューブアプローチは、外部振動に対する優れた耐性と構造の安定性の向上により、ほとんどのアプリケーションの業界標準となっています。
振動管は、管の材質、直径、設計パラメータに応じて、通常 400 ～ 1000 ヘルツの範囲の自然共振周波数で動作します。電磁ドライバーまたは圧電ドライバーは、正確に制御されたレベル (通常は 1 ～ 5 ミリメートル) で発振振幅を維持します。測定原理は、チューブ内の流体の動きによって引き起こされる駆動点振動と検出器点振動の間の位相シフトを検出することに依存します。
として 流体の流れ 振動管を介して、コリオリの力は下流の検出コイルで振動パターンに一時的なシフトを引き起こし、位相シフトの大きさは数学的関係を通じて質量流量に直接比例します。つまり、位相シフトは定数を乗じた質量流量を管の周波数で割ったものに等しくなります。この基本的な関係により、密度や粘度などの流体特性の知識を必要とせずに、検出された位相シフトを質量流量に直接変換できます。
高度な信号処理エレクトロニクスは、検出器コイル信号を増幅し、環境ノイズをフィルタリングし、位相シフト測定値を質量流量に変換する計算を実行します。最新のコリオリ流量計は、デジタル信号処理技術と、管の特性に対する温度の影響を補償する高度なアルゴリズムを採用しており、100:1 の流量ターンダウン比を超える動作範囲にわたって精度を維持します。
コリオリ流量計測定の動作シーケンスには、電子駆動信号、光学式または磁気式検出、信号処理を調整して質量流量を継続的に計算する複数の統合ステップが含まれます。この統合システムを理解すると、コリオリ計が他の測定技術と比較してどのように優れた精度を達成できるかがわかります。
測定サイクルは、測定管の固有共振周波数で正確な正弦波電圧信号を生成する電子駆動回路から始まります。 これらの電圧信号は測定管に取り付けられた電磁コイルまたは圧電アクチュエータを駆動し、フィードバック制御システムを通じて 1 ～ 5 ミリメートルの間に維持される振幅で発振を開始します。 駆動周波数は通常、チューブの設計に応じて 400 ～ 1000 ヘルツの範囲であり、周波数が高くなると低流量の測定が可能になり、周波数が低くなると高流量に対応できます。
電子コントローラーは振動の振幅と周波数を継続的に監視し、流体の特性や流量の変化に関係なく一定の振幅を維持するように駆動電圧を調整します。この一定振幅発振アプローチにより、さまざまな動作条件にわたって一貫したセンサー動作と再現可能な測定が保証されます。
流体が振動管の中を流れるとき、流体粒子は管の運動により主流方向に垂直な加速を受け、その結果コリオリ力が発生して流体の流れを偏向させ、管の長さに沿った上流位置と下流位置の間の振動パターンに測定可能な時間遅延を引き起こします。 たわみ量は極めて小さいままで、通常の流量では通常 0.1 ～ 10 マイクロメートルですが、高感度の電子測定を通じて検出可能です。
コリオリ力の大きさは流体の質量流量に直接比例するため、流体の密度や組成の変動を補正することなく直接測定が可能になります。密度が 2 倍の流体は、同等の体積流量に対して 2 倍のコリオリ力を生成します。この特性により、密度の知識から質量流量の測定が可能になります。
測定管に沿った複数の点に配置された検出コイルは、磁束または容量結合の変化を通じて振動を感知し、機械的振動を電気信号に変換します。 この電子回路は、上流と下流の検出コイルからの発振信号のタイミングを比較し、これらの信号間の位相差 (通常 0 ～ 360 度) を 0.001 度を超える分解能で測定します。
高度な位相検出回路は、測定信号を維持しながら環境ノイズをフィルタリングする増幅および同期復調技術にデジタルロックを採用しています。これらの洗練されたアルゴリズムにより、測定精度を維持しながら、電気ノイズの多い産業環境での動作が可能になります。
マイクロプロセッサベースの電子機器は、製造時または現場での校正作業中に決定された所定の校正定数を使用して、測定された位相シフトの変換を通じて質量流量を計算します。通常の計算は 100 ～ 200 ミリ秒以内に完了し、5 ～ 10 ヘルツの更新レートでのリアルタイム測定が可能になります。 計算アルゴリズムは、広い温度範囲にわたって精度を維持する内蔵温度センサーを通じて、センサー校正定数に対する温度の影響を補正します。
モダン コリオリ流量計 アナログ 4 ～ 20 ミリアンペア電流出力、0 ～ 10 ボルト信号、流量に比例する周波数出力、Modbus、Profibus、またはその他の産業用プロトコルを介したデジタル通信など、複数の出力オプションを提供します。これらの複数の出力オプションにより、特殊なインターフェイスを必要とせずに既存の産業用制御システムに統合できます。
マスフローコントローラー (MFC) とマスフローメーター (MFM) の主な違いは、制御機能に関係します。MFM は流量データを測定して送信するのに対し、MFC は自動制御バルブと測定機能を統合し、事前設定された目標値へのリアルタイムの流量調整を可能にします。 どちらのテクノロジーも同一のコリオリ力測定原理を採用していますが、システムの統合と運用能力が根本的に異なります。
マスフローメーター 開ループ測定モードで動作し、流体の質量流量を継続的に監視し、この情報を外部制御システムまたはデータ収集装置に送信します。 MFM は、外部制御システムがプロセス パラメータを管理する保管搬送、プロセス監視、またはデータ ロギングなどの高精度の流量測定を必要とするアプリケーションに優れています。 一体型制御バルブがないため、装置の複雑さとコストが削減され、流量制御が不要なアプリケーションや別のシステムで処理されるアプリケーションに MFM が好まれます。
MFM の動作特性は次のとおりです。
マスフローコントローラーは、測定センサーと統合された比例制御バルブおよび閉ループ電子機器を組み合わせて、外部から供給された設定値コマンドに一致するように流量を自動的に調整することで、制御システムの複雑さを軽減し、流量設定値の変更に対するより迅速な応答を可能にします。 MFC は、複数の設定値での正確な流量調整を必要とする半導体処理、分析機器、実験室システムで主に用途が見出されます。
MFC の動作特性には次のものがあります。
MFC と MFM のどちらのテクノロジーを選択するかは、特定のアプリケーション要件によって異なります。 MFM は、アクティブなフロー制御を必要としない高精度測定を必要とするアプリケーション、保管転送アプリケーション、および外部制御システムがプロセス フローを管理するバッチ操作に優れた選択肢を提供します。 MFC は、自動流量調整、迅速な設定値変更、外部制御システムを複雑にすることなく統合制御を必要とするアプリケーションに最適なソリューションを提供します。
選択の決定要因は次のとおりです。
コリオリ計は、従来の体積計のような体積流量ではなく、コリオリ力検出によって直接質量流量を測定するため、保管輸送、化学物質のバッチ処理、燃料の分配など、大量の計算が重要なアプリケーションに基本的な利点をもたらします。 この違いは、テクノロジーの選択とアプリケーションの実装にとって依然として重要です。
体積流量は、単位時間あたりに点を通過する流体の量を表し、ガロン/分、リットル/分、または立方メートル/時間などの単位で測定されます。体積流量は流体の密度に依存し、質量流量が一定であっても温度や圧力が変化すると大きく変化します。 質量流量は、単位時間あたりに点を通過する流体の質量を表し、キログラム/時間、ポンド/分、グラム/秒などの単位で測定され、温度、圧力、または流体密度の変化に関係なく一定に保たれます。
質量流量と体積流量の数学的関係は、質量流量と体積流量に流体密度を乗じたものに等しいと表されます。この基本的な関係は、質量流量測定が正確な流体計測を必要とするアプリケーションに優れた精度を提供する理由を示しています。
コリオリ流量計 measure mass directly without requiring density measurement or compensation, eliminating major sources of measurement error present in volumetric meter installations that must compensate for density variations through additional sensors and calculations. この直接測定機能は、流体特性が変化する可能性のあるアプリケーションに優れた価値をもたらします。
直接質量測定の利点は次のとおりです。
コリオリ計は質量を直接測定しますが、振動特性に対する温度の影響を通じて流体密度を同時に測定できるため、必要に応じて体積流量を計算できます。 モダン Coriolis meters typically calculate and output both mass flow rate and volume flow rate, providing complete process information without additional sensors or calculations.
コリオリ測定による体積流量の計算は、体積流量が測定された質量流量を同時に測定または想定された流体密度で割ったものに等しいという手順で行われます。このアプローチにより、スタンドアロンの密度センサーを必要とせずに正確な体積流量が得られ、システムのコストと複雑さが軽減されます。
コリオリ質量流量計は、指定された流量範囲全体にわたって実際の流量のプラスまたはマイナス 0.5 パーセントから 1 パーセントの精度レベルを示し、高度な設計により不確実性の拡大が可能となり、制御された条件下でプラスまたはマイナス 0.3 パーセントの精度を達成し、利用可能な最も正確な流量測定技術の 1 つとなります。 精度特性を理解することで、適切な技術選択やシステム設計が可能になります。
標準的な量産コリオリ流量計は、通常、最大定格流量容量の 10 パーセントから 100 パーセントの流量範囲にわたって、測定値のプラスまたはマイナス 0.5 パーセントから 1 パーセントの精度を指定します。 流量が低くなると精度が低下する多くの代替測定技術とは異なり、この精度は動作範囲全体にわたって実質的に一定のままです。
精度コンポーネントには次のものが含まれます。
| メーターの種類 | 代表的な精度 | 測定タイプ | 流量範囲 | 濃度補正 |
|---|---|---|---|---|
| コリオリ質量 | プラスまたはマイナス 0.5 ～ 1.0 パーセント | 直接質量 | 10パーセントから100パーセント | 不要 |
| タービン | プラスまたはマイナス 0.2 ～ 0.5 パーセント | ボリューム | 5パーセントから90パーセント | マスには必須 |
| 差圧 | プラスまたはマイナス 1.5 ～ 2.5 パーセント | ボリューム | 20パーセントから100パーセント | マスには必須 |
| 磁気 | プラスまたはマイナス 0.5% | ボリューム | 1% ～ 100% | マスには必須 |
| 正の変位 | プラスまたはマイナス 0.2% | ボリューム | 5% ～ 95% | マスには必須 |
複数の動作パラメータ 影響コリオリ計 精度。 温度変化は発振周波数と管の剛性特性に影響を与えるため、埋め込み温度センサーとメーター電子機器に保存された校正定数による電子的補償が必要になります。 適切な温度補償により、動作温度範囲全体にわたって指定された制限内に精度が維持されます。
精度に影響を与える要因には次のものがあります。
コリオリ計の精度は、製造時の正確な校正に依存します。この校正は、通常、制御された温度で既知の密度と粘度を持つ基準流体を使用して実行され、メータの電子機器に校正定数が保存されるため、通常の条件下で再校正することなく、幅広い動作範囲にわたって精度を維持できます。
校正アプローチには次のようなものがあります。
コリオリ質量流量計 優れた精度と測定の信頼性により、さまざまな産業用途で広く採用されています。特定のアプリケーション要件を理解することで、最適なテクノロジーの選択とシステム設計が可能になります。
コリオリ計は、測定精度が金融取引に直接影響する石油製品、液化天然ガス、化学品を含む保管転送アプリケーションに推奨される技術として機能し、プラスまたはマイナス 0.5 パーセント以上の精度要件によりコリオリ技術の選択が必須となります。 米国石油協会や国際標準化機構などの規制機関は、会計測定用途としてコリオリ計を特に推奨しています。
保管転送申請の利点は次のとおりです。
化学製造および医薬品加工では、正確な成分のバッチングとプロセス制御のためにコリオリ計が頻繁に使用されます。 直接質量測定機能により、温度や密度の変動による体積補正を必要とせずに正確な成分の投与が可能になり、原材料の無駄を削減しながらプロセスの一貫性と製品の品質が向上します。
化学処理アプリケーションには次のような利点があります。
食品および飲料メーカーは、成分の添加や製品の充填作業を正確に測定するためにコリオリ計を採用しています。 流路内に可動部品がないため、代替技術と比較して汚染のリスクと洗浄の必要性が軽減され、正確な製品数量と配合の一貫性をサポートする測定精度が提供されます。
食品加工アプリケーションの特徴は次のとおりです。
石油および天然ガスの生産業務では、坑口の生産測定、パイプラインの割り当て計算、および保管移管業務にコリオリ計が使用されており、測定精度が複数の利害関係者間の収益分配に直接影響します。 幅広い温度変動、圧力変動、可変流体組成などの上流生産における困難な動作条件は、コリオリ技術の選択に有利に働きます。
石油およびガスの用途に関する考慮事項は次のとおりです。
物理設計要素と運用上の制約を理解することで、情報に基づいたテクノロジーの適用とシステムの最適化が可能になります。複数の設計要素が性能特性とアプリケーションの適合性に影響を与えます。
コリオリ計の測定管は通常、化学的腐食耐性、機械的強度、信頼性の高い振動と測定に適した弾性特性を備えたステンレス鋼合金で作られています。 材料の選択は、メーターの性能、耐久性、コストに大きな影響を与えます。
一般的なチューブの材質には次のものがあります。
コリオリ計の圧力と温度の定格は、測定管の材質、厚さ、支持構造の設計によって決まり、一般的な標準定格は摂氏 20 度で動作圧力 400 バール、動作温度範囲は摂氏マイナス 40 度からプラス 150 度です。 より高い圧力または温度の要件により、より厚い壁の構造や特殊な材料の選択により、装置のコストが増加します。
圧力と温度のディレーティング要因には次のものが含まれます。
コリオリ流量計は 100:1 以上の流量範囲比に対応します。つまり、許容できない精度の低下なしに、測定可能な最大流量が最小測定可能な流量の 100 倍に達することができ、ほとんどの代替測定技術の能力を上回ります。 この優れたレンジ機能により、流量条件が変化する用途で複数のメーターを設置したり、レンジを切り替えたりする必要がなくなります。
流量範囲に関する考慮事項は次のとおりです。
モダン Coriolis flowmeters integrate seamlessly with industrial control systems through multiple communication protocols and signal options. This integration capability enables sophisticated process monitoring and control applications.
最新のコリオリ計は、アナログ信号 (4 ～ 20 ミリアンペア電流または 0 ～ 10 ボルト出力)、周波数出力 (流量に比例する 0 ～ 10 キロヘルツ)、およびデジタル通信プロトコルを含む複数の同時出力オプションを提供し、特殊なコンバータを使用せずにさまざまな自動化アーキテクチャに統合できます。
通常、出力オプションには次のものが含まれます。
高度なコリオリ メーターにはデータ ロギング機能とトレンド機能が組み込まれており、流れパターンとシステム パフォーマンスの履歴分析が可能になります。 内蔵メモリストレージは、プログラム可能な間隔で流量測定をキャプチャし、パフォーマンス低下の検出、メンテナンスのスケジュール設定のための使用量データの蓄積、および動作条件の順守の検証を可能にします。
データ管理機能には次のものが含まれます。
当社はすべての製品とサービスを国際基準に基づいて提供します。
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