電磁流量計完全ガイド メリット・コスト・測定対象液体とは

電磁流量計を選ぶメリットは何ですか?

アン 電磁流量計 可動部品なし、圧力降下なしで導電性液体の体積流量を測定し、精度は通常読み取り値の 0.2% ～ 0.5% 以内です。 これはファラデーの電磁誘導の法則を応用したものです。パイプ全体に磁場がかかり、導電性液体がパイプ内を流れると、流速に比例した電圧が 2 つの電極間に誘導されます。液体の移動が速いほど電圧信号が高くなり、トランスミッターはそれを正確な流量測定値に変換します。

水、廃水、スラリー、酸、または食品グレードの液体を含むほとんどの産業、都市、およびプロセス用途では、電磁流量計は長期信頼性と総所有コストの点で機械式流量計よりも優れています。重要な制約は導電率です。液体の最小導電率は次のとおりです。 5 マイクロジーメンス/センチメートル (μS/cm) 標準モデルの場合、および 0.05μS/cm 特殊な低導電性バージョン用。純粋な炭化水素、油、ガスは測定できません。

電磁流量計の利点は何ですか?

磁気流量計の利点を具体的で測定可能な言葉で理解することは、投資を正当化し、どのアプリケーションに最もメリットがあるかを明確にするのに役立ちます。次の利点は最も重要であり、産業、自治体、研究室の導入全体で一貫して言及されています。

可動部品がないため、メンテナンスコストが非常に低くなります

機械式流量計 (タービン、外輪、楕円歯車) には、磨耗、腐食し、最終的には故障する回転部品が含まれています。電磁流量計には流管内に可動部品がありません。接液するコンポーネントは、チューブライナー、2 つの測定電極、およびオプションで接地リングだけです。上水サービスでは、適切に仕様化された電磁流量計が次の条件で動作します。 内部メンテナンスなしで 15 ～ 25 年間使用可能 。大規模な都市水道事業では、10 台のタービン メーターを電磁流量計に置き換えることで、通常、メンテナンスの節約だけでコストの差を 2000 年以内に回収できます。 3～5年 .

永久圧力降下ゼロ

電磁測定の原理では、流れる液体を妨げたり相互作用したりするものが何も必要ないため、フルボアチューブを備えた適切なサイズの電磁流量計を使用すると、 実質的に圧力降下ゼロ メーターの向こう側。比較すると、同じラインのオリフィス プレート メーターでは、 2 ～ 15 psi 流速に依存し、これはポンプエネルギーコストに直接変換されます。 1 日 24 時間稼働する 6 インチの水道管の場合、メーター全体の 5 psi の圧力降下をなくすことで、コストを節約できます。 年間 1,500 ドルから 4,000 ドル 電気料金と流量に応じてポンプエネルギーが変化します。

双方向流量測定

電磁流量計は、順方向と逆方向の両方の流れを同じ精度で測定します。これは、タンクの充填と空のサイクル、沿岸インフラの潮流、往復プロセス ラインなどの用途に不可欠です。機械式メーターは通常、一方向に設置する必要があり、逆流を検出できません。双方向機能は、ほとんどの現行モデルで追加コストなしで送信機の電子機器に組み込まれています。

研磨性や腐食性の液体を損傷することなく処理

電磁流量計のライナー材質は、プロセス液体の化学的および物理的特性に合わせて選択できます。一般的なライナー オプションには、酸や溶剤用の PTFE (ポリテトラフルオロエチレン)、研磨スラリー用の硬質ゴム、鉱山および鉱物処理用のポリウレタン、石炭スラリーやセメントなどの研磨性の高い用途用のセラミックなどがあります。石炭スラリーパイプライン内のセラミックライニング電磁流量計は、同じ使用においてタービンメーターよりも 1 倍長持ちします。 5～10回 .

広い流量範囲にわたって高精度

標準電磁流量計は次の精度を実現します。 読み取り値の 0.5% ターンダウン比（測定可能な最大流量と最小流量の比）にわたる 100:1以上 。高精度電磁流量計はこれを次のように絞り込みます。 読み取り値の 0.2% ターンダウン率が到達 1000:1 。この広い範囲性は、機器を切り替えることなく 1 台のメーターで非常に低い流量と非常に高い流量の両方を処理できることを意味し、設置が簡素化され、資本コストが削減されます。

最新の制御システムとの出力互換性

現在の電磁流量計トランスミッタは、標準の 4 ～ 20 mA アナログ信号、パルス出力、および HART、PROFIBUS PA、Foundation Fieldbus、Modbus、FOUNDATION Fieldbus などのデジタル プロトコルを出力します。これにより、SCADA システム、PLC、DCS プラットフォームとの統合が簡単になり、ほとんどの設置環境で信号コンバータが不要になります。

電磁流量計はどのような液体を測定できますか?

電磁流量計は、水、廃水、ほとんどの水溶液、酸、アルカリ、スラリー、食品グレードの液体、および多くの化学プロセス流体など、電気伝導率が 5μS/cm 以上のあらゆる液体を測定できます。 基本的な制限は、液体が電荷を持たなければならないことです。純粋な炭化水素、導電率の閾値を下回る脱塩水、ガスなどの非導電性流体は、標準モデルの測定範囲外です。

水道および自治体への応用

水道水、地下水、河川水、および処理された廃水はすべて、最小しきい値をはるかに上回る導電率を持ち、通常は 100～800μS/cm 自治体の物資用に。電磁流量計は、世界中の配水、処理プラント、および廃水収集システムにおける主要な流量計技術です。一般的な都市水道網では、 読み取り値の 0.5% 大口径幹線の使用は、無収水（生産されているが請求されない水）の目に見える削減につながり、公共事業は通常回復します 以前に説明されていなかったフローの 2% ～ 8% 古い機械式メーターからの交換後。

廃水と下水

重力流下水管の部分的に満たされたパイプの状態は、測定に特有の課題を引き起こします。標準的な電磁流量計はパイプ全体の流れを必要とします。ただし、複数の電極アレイを備えた専用の部分的に充填されたパイプ電磁計は、わずかな量のパイプ内の汚水を測定できます。 10%フル 。加圧下水送水管の場合は、浮遊物質の許容範囲が最大以下であるため、標準のフルボア電磁流量計が推奨されます。 40体積％ 適切なライナーを選択してください。

工業薬品: 酸およびアルカリ

塩酸、硫酸、水酸化ナトリウム、その他数百もの工業用化学物質は、PTFE でライニングされた電磁流量計で日常的に測定されます。 PTFE は、以下の温度で事実上すべての酸、塩基、溶媒に対して化学的に不活性です。 180°C (356°F) 。電極材料はプロセス流体に合わせて選択されます。酸化性の酸にはハステロイ C 電極、高濃度の硫酸または塩酸にはタンタル電極、塩素を含む溶液にはチタン電極が使用されます。

食品、飲料、医薬品用液体

牛乳、フルーツジュース、ビール、ワイン、トマトペースト、ソース、液糖、製薬プロセス流体はすべてサニタリーグレードの電磁流量計で測定できます。これらのユニットの特徴は、 3A または EHEDG 認定 電解研磨されたステンレス鋼ライナーまたは承認済みの PTFE ライナー、衛生的なトリクランプ接続、細菌の増殖を防ぐ隙間のない滑らかなボアのフロー チューブを備えた設計。の精度 0.2%～0.5% 飲料および食品の生産ラインにおける正確なバッチ処理とレシピ制御をサポートします。

スラリーと採掘プロセス流体

鉱物スラリー、紙パルプ、石炭水混合物、およびセラミックスリップは、最も要求の厳しい流量測定アプリケーションの 1 つです。スラリーの導電率 (溶解した塩や浮遊した導電性粒子による) は一般に高く、固形分がタービンやコリオリ計を破壊する可能性があるため、電磁流量計が唯一の実行可能な技術であることがよくあります。硬質ゴム、ポリウレタン、セラミックのライナーは、粒子を含んだ流れによる摩耗に耐えます。硬化チップまたはフラッシュマウント電極を備えた電極設計により、高固形分スラリーの蓄積や損傷を防ぎます。

測定できない液体

次の液体タイプは、標準の電磁流量計の測定機能の範囲外です。

• 原油、ガソリン、ディーゼル、潤滑油などの石油製品 (ほとんどの場合、導電率は 0.05μS/cm 未満)
• 半導体製造で使用される超純水 (導電率は 0.055μS/cm まで低くなり、特殊な低導電率モデルが必要です)
• 液化天然ガス、液体窒素などの液体ガス
• 気泡含有量が体積の約 3% を超え、信号が不安定になる高度に空気を含んだ液体
• 蒸気およびすべての気体媒体

電磁流量計の価格はいくらですか?

電磁流量計の価格は、小径 (1/2 インチ) のコンパクトなユニットで約 300 ドルから 400 ドル、高度な送信機と危険区域認証を備えた大口径 (12 インチ以上) の高仕様モデルでは 8,000 ドルから 25,000 ドル以上になります。 価格変動の原因を理解することは、購入者が必要のない機能にお金を払うことなく、適切な製品を指定するのに役立ちます。

主なコスト要因

特定のパイプ サイズにおける電磁流量計モデル間の価格変動のほとんどは、次の要因によって説明されます。

• パイプ径: 最大の単一コスト変数。 2 インチ ユニットの価格は、同じメーカーの 1 インチ ユニットの価格のおよそ 2 ～ 3 倍ですが、10 インチ ユニットの価格は、材料含有量の増加とコイルの複雑さにより 10 ～ 20 倍になる場合があります。
• ライナー素材: 硬質ゴムは最も安価なオプションです。 PTFE は基本価格に 15 ～ 30% 追加します。セラミックライナーの価格は 50 ～ 150% ですが、研磨スラリーのサービスには不可欠です。
• 電極材質： 316L ステンレス鋼が標準オプションであり、最も安価です。ハステロイ C を使用すると、約 200 ドルから 800 ドルが追加されます。タンタルまたはプラチナ電極の場合、1 ペアあたり 1,000 ドルから 3,000 ドルの追加料金がかかる場合があります。
• 精度クラス: 標準の 0.5% 精度は基本価格に含まれています。精度 0.2% の高精度電磁流量計にアップグレードすると、通常、購入価格が 20 ～ 40% 追加されます。
• 送信機の特徴: 基本的な 4 ～ 20 mA 出力のトランスミッタが最も安価です。 HART 通信を追加すると、100 ドルから 300 ドル追加されます。 PROFIBUS PA または Foundation フィールドバス送信機には 300 ドルから 800 ドル追加されます。高温または振動が起こりやすい設置用のデュアルコンパートメントリモートトランスミッターは、500 ドルから 1,500 ドル追加されます。
• 危険区域認定: 爆発性雰囲気で使用するための ATEX または IECEx 認定は、通常、トランスミッタの価格に 15 ～ 30% 追加されます。
• プロセス接続と圧力定格: ANSI クラス 300 以上の圧力定格へのフランジ接続は、標準のクラス 150 フランジよりもコストがかかります。食品および医薬品サービス向けの衛生的なトライクランプ接続は、1 メートルあたり 200 ～ 600 ドルの追加料金がかかります。

パイプサイズと仕様レベル別の一般的な価格帯

総所有コストと購入価格

購入価格は実際のコストの一部にすぎません。電磁流量計の 10 年間の総所有コスト (TCO) は、 30 ～ 50% 低い メンテナンス、校正、ダウンタイムのコストを含めると、同等のサイズのタービン メーターよりも優れています。最も大幅な節約は、ローターとベアリングの交換 (タービン メーターでは 1 ～ 3 年ごとに発生し、1 件あたり 200 ～ 800 ドルが必要) を排除し、圧力降下に関連するポンピング コストを回避し、校正頻度を削減することによってもたらされます。適切に仕様化された電磁流量計は、通常、再校正が必要なのは、 5年から10年 、保管転送アプリケーションにおけるほとんどの機械式メーターの年次校正と比較して。

高精度電磁流量計 標準精度では足りないときに

A 高精度電磁流量計 読み取り値の 0.2% 以上の精度、最大 1000:1 のターンダウン比、および検証間の校正を 5 年以上仕様内に維持する長期安定性を実現します。 このレベルの性能は、測定誤差が財務上、規制上、または安全性に直接影響を与える特定のアプリケーションで必要とされます。

高精度電磁流量計の技術的な特徴

高精度電磁流量計は、次のようなエンジニアリング上の特徴により標準モデルと異なります。

• 多周波励起: 標準的な電磁流量計は、単一の低い励起周波数 (通常は 6.25 Hz または 12.5 Hz) を使用します。高精度モデルは、二重または多周波数励起（6.25 Hz と 75 Hz などの低周波数と高周波数を同時に組み合わせたもの）を使用して、流れの乱流、電極コーティング、電磁干渉によるノイズを抑制し、信号の安定性と低流量の精度を向上させます。
• 追跡可能な工場校正: 高精度電磁流量計は、国家基準 (米国の NIST、ドイツの PTB) にトレーサブルな認定フローリグで校正されています。メーターが 0.2% の精度で認定されるためには、リグ自体の校正の不確かさが 0.1% 未満である必要があります。校正証明書には、全動作範囲にわたる複数の流量点のデータが含まれます。
• 強化された信号処理: 送信機内の 32 ビット以上のデジタル信号処理により、高度なフィルタリングとノイズ除去アルゴリズムが適用されます。温度補償は、流体温度とコイル抵抗の変化によって引き起こされる信号ドリフトを補正します。空パイプ検出回路は、パイプが満杯でないときの誤った読み取りを防ぎます。
• 電極の自己検証: 高精度電磁流量計の一部のモデルには、コーティング、腐食、または損傷を検出し、測定精度に影響が出る前にオペレータに警告する自動電極インピーダンスチェックが搭載されており、時間ベースの校正ではなく状態ベースのメンテナンスが可能になります。

高精度の電磁流量計の性能が要求される用途

• 保管振替請求: 体積流量に基づいて顧客に料金を請求する水道事業体、化学薬品販売業者、および産業サプライヤーは、最大許容誤差を指定する計量法規制 (水道メーターの OIML R49 やヨーロッパの MID Annex MI-001 など) に準拠する必要があります。これらの規格に認定された高精度電磁流量計は、多くの場合、特定の流量しきい値を超えると請求が法的に義務付けられます。
• 製薬プロセスの検証: FDA 21 CFR Part 11 および EU GMP Annex 11 では、プロセス測定が正確であり、校正記録が維持されていることを示す文書化された証拠が必要です。電子校正記録を備えた高精度電磁流量計は、医薬品製造における液体成分の投与に関するこれらの要件を満たします。
• 化学反応制御： 連続反応器では、製品の品質を維持し、暴走反応を防ぐために、試薬流量の比率を厳しい許容誤差内に制御する必要があります。一部の反応では、流量比に 1% の誤差があると、生成物の pH が 1 単位変化したり、収率が変化したりする可能性があります。 2 ～ 5 パーセントポイント 。各試薬フィードの高精度電磁流量計により、化学に必要なレベルでの比率制御が保証されます。
• 大規模施設におけるエネルギーと水の会計: 複数の建物やコストセンターにわたる水の消費量を追跡する病院、大学、製造施設は、数十メートル単位の小さな系統的誤差が蓄積され、年次監査レベルでの重大な請求の不一致につながるため、各支店の高精度電磁流量計の恩恵を受けています。

標準電磁流量計と高精度電磁流量計の仕様比較

電磁流量計の設置要件とベストプラクティス

正しい設置は正しい仕様と同じくらい重要です。たとえ高精度電磁流量計であっても、不適切な直管、不適切な接地、または間違った向きで設置されている場合は、性能が低下します。 以下の要件はすべての標準電磁流量計に適用され、高精度の設置には特に重要です。

直管配管の要件

電磁流量計が定格精度を実現するには、開発された対称的な速度プロファイルが必要です。エルボ、バルブ、ポンプ、減速機などの上流の外乱により、流量プロファイルが歪み、測定誤差が生じます。標準のインストール要件は以下を指定します。

• 上流直管の最小5管径(5D) 単一エルボなどのほとんどの単一面外乱後のメーター入口の
• 最低 10D アップストリーム 異なる面にある 2 つのエルボや部分的に開いたバルブなどの面外障害の後
• 直管下流の最小2D～3D メーター出口の
• 十分な直流が利用できない場合は、メーターの上流にフローコンディショナーを設置することで要件を最小限に抑えることができます。 2D アップストリーム 測定精度を回復しながら

接地と電気設備

電磁流量計の精度には適切な接地が不可欠です。パイプシステム内の迷走電流は、測定電極にノイズを誘発し、ゼロ点ドリフトや不規則な読み取り値を引き起こす可能性があります。接地要件:

• メーター本体は、以下の抵抗でプロセスアースに接地する必要があります。 10オーム 。金属パイプの場合、通常はフランジをプロセスアースに接着するだけで十分です。プラスチックまたはライニングされたパイプの場合は、メーターのフランジとパイプの間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。
• フロー チューブとリモート マウントのトランスミッターの間の信号ケーブルはシールドする必要があり、グランド ループを防ぐためにシールドの一端のみを接地します。フローチューブとトランスミッター間のケーブル長は以下を超えてはなりません 標準ケーブルの場合は 10 メートル または 低静電容量シールドケーブルの場合は 50 メートル .
• 送信機への電源供給はクリーンでなければなりません。電圧変動は 公称値の10% 古いモデルでは送信機の安定性に影響を与える可能性があります。スイッチモード電源を備えた最新の送信機は、通常、電源の変動に対して耐性があります。 AC85～265V .

向き

電磁流量計は、水平、垂直、または傾斜した配管に設置できます。ほとんどのアプリケーションで推奨される向きは次のとおりです。 上昇流の垂直パイプ これにより、あらゆる流量でチューブが満杯状態に保たれ、水平設置の上部に空気が溜まるリスクが排除されます。水平設置の場合、2 つの測定電極は次の位置に配置する必要があります。 3時と9時（水平面） 気泡や沈殿した固体が電極を覆い、測定に影響を与える可能性がある 12 時または 6 時の位置ではありません。

よくある質問

1. 電磁流量計とは何ですか?またその仕組みは何ですか?

電磁流量計は、ファラデーの電磁誘導の法則を利用して導電性液体の流量を測定します。流管の外側に取り付けられた一対のコイルが、パイプの穴全体に磁場を生成します。導電性の液体がこの場を流れると、パイプの壁に取り付けられた 2 つの電極間に小さな電圧が誘導されます。トランスミッターはこの電圧を測定し、流量の読み取り値に変換します。誘導電圧は平均流速に正比例するため、測定は本質的に線形であり、校正補正曲線は必要ありません。

2. タービンメーターと比較した電磁流量計の利点は何ですか?

タービンメーターに対する電磁流量計の主な利点は、可動部品がないこと（タービンローターとベアリングは磨耗するため、通常の使用では1～3年ごとに交換が必要です）、ほぼゼロの圧力降下（タービンは流れに対して測定可能な抵抗を生じます）、損傷することなくスラリーと粘性流体を処理できること（タービンの詰まりや詰まり）、低流量での精度の向上（タービンにはローターが失速する未満の測定可能な最小速度があります）、双方向測定 (タービンは通常、一方向です)。電磁流量計は通常、10 年間の合計所有コストがかかります。 30 ～ 50% 低い 同じサービスの同等のタービンメーターよりも優れています。

3. 電磁流量計で測定できない液体は何ですか?

電磁流量計は非導電性流体を測定できません。これには、石油製品 (原油、ガソリン、ディーゼル、ほとんどの潤滑剤)、液体炭化水素、導電率閾値以下の純粋な蒸留水または脱イオン水、液体ガス、蒸気、およびすべてのガス状媒体が含まれます。また、気泡含有量が約 100 倍を超える高度に空気を含んだ液体にも問題があります。 3体積％ ガスが電極間の導電経路を遮断し、信号が不安定になるためです。低導電率補正を備えた特殊バージョンでは、測定可能範囲を最大まで拡張できます。 0.05μS/cm しかし、これは依然としてほとんどの炭化水素液体の導電率を上回っています。

4. 4 インチの水道管用の電磁流量計の価格はいくらですか?

基本的な 4 ～ 20 mA トランスミッタと硬質ゴム製ライナーを備えた上水サービス用の標準 4 インチ (DN100) 電磁流量計の場合、購入価格は通常、 1,200ドルから2,500ドル 。 HART 通信を追加すると、2,500 ドルから 4,500 ドルに上昇します。同じサイズで精度 0.2% で Foundation フィールドバス出力の高精度電磁流量計の価格は、5,000 ドルから 9,000 ドルです。通常、設置コスト (パイプの切断、フランジ加工、配線) が追加されます。 500ドルから2,000ドル 現地の人件費や現場の状況により異なります。

5. 電磁流量計に必要な最小導電率はどれくらいですか?

標準的な電磁流量計には、最小液体導電率が必要です。 5 µS/cm 。ほとんどの水道水、プロセス水、廃水、酸、および水ベースの化学溶液はこのしきい値をはるかに超えています。特殊な低導電率モデル (超純水、脱塩水、および特定の食品用途で使用) により、測定範囲が最大まで拡張されます。 0.05μS/cm 。疑わしい場合は、液体サプライヤーの導電率計またはデータシートを使用して、液体が測定可能な範囲内にあるかどうかを確認できます。

6. 高精度電磁流量計の精度はどのくらいですか?

高精度電磁流量計により、 読み取り値の±0.2% 一部のモデルでは、特定のパイプ サイズと流量条件に対して ±0.15% と評価されます。これと比較すると、標準電磁流量計の場合は ±0.5%、オリフィス プレートの場合は ±1% ～ 3% となります。長期的なドリフトは通常、 0.1%/年 、つまり、今日校正されたメーターは、校正後も依然としてその精度仕様の範囲内にあることを意味します。 5年間の連続稼働 ほとんどのアプリケーションでは再キャリブレーションを必要としません。

7. 電磁流量計は食品グレードの液体でも使用できますか?

はい。サニタリーグレードの電磁流量計は、食品、飲料、医薬品用途に特化して設計されています。これらは、3A または EHEDG 認定の設計、細菌の増殖を防ぐ隙間のない滑らかな PTFE または電解研磨されたステンレス鋼のライナー、定置洗浄 (CIP) および定置滅菌 (SIP) 手順を可能にする衛生的なトライクランプまたは SMS 接続を備えています。一般的な食品用途には、牛乳、ジュース、ビール、ワイン、トマト製品、液卵、食用油、液糖などがあります。 PTFE ライナーは、CIP サイクルで使用される水酸化ナトリウムや硝酸などの洗浄剤にも適合します。

8. 電磁流量計の寿命はどのくらいですか?

きれいな水や研磨剤を含まない化学薬品のサービスでは、適切に仕様化された電磁流量計は、内部メンテナンスを必要とせずに動作できます。 15～25年 。最も一般的な故障モードは、電極コーティング (正しい材料の選択と定期的な洗浄によって防止可能)、化学的攻撃によるライナーの劣化 (正しいライナーの仕様によって防止可能)、およびトランスミッター電子機器の故障 (通常は 10 ～ 20 年後) です。研磨スラリーのサービスでは、ライナーの磨耗により耐用年数が制限されます。 3年から10年 粒子サイズ、濃度、速度によって異なります。セラミックライナーは、このような条件下で最も長​​持ちします。

9. 電磁流量計は質量流量または体積流量を測定しますか?

電磁流量計は測定します 体積流量 (リットル/秒、立方メートル/時間、ガロン/分など) を誘導電圧信号から直接取得します。本質的に質量流量を測定するものではありません。質量流量を取得するには、体積測定値に流体密度を乗算する必要があります。流体密度は、（密度計を使用して）個別に測定するか、トランスミッター構成に定数として入力する必要があります。質量流量の精度が必要なプロセス制御アプリケーションの場合、コリオリ質量流量計は質量を直接測定しますが、コストが大幅に高く、設置条件に対する感度も高くなります。

10. 電磁流量計にはどのようなメンテナンスが必要ですか?

クリーンサービスでは、年次メンテナンスは、ライナーと電極のコーティングや損傷の目視検査 (計画停止中にフランジを開けることによって行われます)、接地抵抗の検証、および送信機の出力がクランプオン超音波メーターなどの独立した流量チェックと一致することの確認で構成されます。コーティングが見つかった場合は、柔らかい布と弱酸性溶液 (ライナーと適合する場合) で電極を洗浄すると、測定精度が回復します。通常、校正検証は次のたびに必要になります。 5年 標準的なアプリケーションやあらゆる用途に 2年 保管転送設備用。潤滑、シール交換、ローターの整備は一切必要ありません。