ボルテックス流量計は、流路に配置されたブロッフボディから発生する渦を検知することにより、液体、気体、蒸気の流量を測定するように設計された多用途の計器です。これらのデバイスは、フォン・カルマン効果を利用しており、ブロッフボディの両側に交互に渦が発生し、その周波数は流速に比例します。この周波数はセンサーによって検出され、制御システムとの統合のために4～20mAやデジタルプロトコル（HART、PROFIBUS）などの標準化された出力信号に変換されます。ボルテックス流量計は、幅広い適用性、高い信頼性、最小限のメンテナンス要件を特徴とし、化学処理、発電、石油・ガス、水処理など、さまざまな業界に適しています。その堅牢な設計、可動部品の不在、特定の条件下での流体特性の変化に対する耐性は、産業用流量測定アプリケーションでの人気に貢献しています。
ボルテックス流量計の動作原理は、フォン・カルマン渦列現象に基づいています。流体がブロッフボディ（シェッダーバーとも呼ばれる）を通過すると、下流に交互の渦が発生します。渦の発生周波数（f）は、流速（v）に正比例し、ブロッフボディの幅（d）に反比例し、次の式で表されます。
ここで、Stはストローハル数を示し、広いレイノルズ数範囲で安定した無次元定数です。メーターに組み込まれた圧電または容量性センサーは、渦の発生によって生じる圧力変動を検出し、電気信号に変換します。Hilbert-Huang変換（HHT）に基づくアルゴリズムを含む高度な信号処理技術は、周波数推定の精度を高め、パイプラインの振動や流体の乱流干渉に対する耐性を向上させます。最新のボルテックス流量計は、リアルタイムの信号調整、温度補償、自己診断機能を備えたデジタル信号プロセッサ（DSP）を組み込んでいます。
ボルテックス流量計は、特定のアプリケーションへの適合性を決定するいくつかの主要な性能パラメータを示します。測定精度は、液体で通常読み取り値の±0.5%–±1%、気体と蒸気で±1%–±1.5%に達します。レンジアビリティ（ターンダウン比）は一般的に10:1から20:1の範囲で、一部のモデルでは最大25:1を達成し、さまざまな流量での効果的な測定を可能にします。これらの計器は、広い温度範囲（例：-200°C～+400°C）および最大420 barの圧力定格で動作し、モデルと構造材料によって異なります。ボルテックスメーターによって生成される圧力損失は、一般的に差圧デバイスよりも低く、磁気または超音波流量計よりも高くなっています。最新のユニットは、アナログ4～20mA、パルス、HART、PROFIBUS、FOUNDATION Fieldbus、またはEthernet-APLを介したデジタル通信など、複数の出力オプションを備えており、産業用自動化システムとのシームレスな統合を可能にします。
ボルテックス流量計は、多くの産業分野で重要な機能を果たしています。化学処理では、原料供給流量、反応器入力、完成品移動を測定し、全溶接ステンレス鋼構造が腐食性媒体を処理します。発電施設では、ボイラーシステムや給水制御で蒸気流量測定にこれらのメーターを使用しており、高温と圧力に耐える能力により、信頼性の高い動作が保証されます。石油・ガス産業では、燃料ガス監視、生成水の測定、フレアガス会計にボルテックスメーターを使用しており、遠隔地での最小限のメンテナンス要件から恩恵を受けています。HVACアプリケーションには、エネルギー管理システム用の冷水と温水の流量測定が含まれます。さらに、ボルテックスメーターは、製造施設で圧縮空気と工業用ガスの流量を効果的に監視し、プロセス最適化とコスト配分のための正確なデータを提供します。
最適なボルテックス流量計の性能には、適切な設置が不可欠です。上流および下流の直管要件は、エルボ、バルブ、またはポンプによって引き起こされる流れの乱れに応じて、通常10〜30パイプ直径の範囲です。液体アプリケーションでは、メーターはパイプが完全に満たされた状態を維持するように配置し、水平設置でのエアポケットの回避に特に注意を払う必要があります。蒸気とガスの測定では、凝縮水の蓄積を防ぐために、垂直パイプでの下向きの流れを優先する必要があります。低導電率の流体を測定する場合は、静電荷を放電するために接地リングまたは接地電極を推奨します。配管のずれは測定誤差を避けるために最小限に抑える必要があり、メーターハウジングへの機械的ストレスを防ぐためにサポートを提供する必要があります。隔離バルブとバイパスパイプラインは、プロセスの中断なしにメンテナンスを容易にし、適切なシーリングとコンジットエントリは、エリア分類に対応する環境保護を保証します。
ボルテックス流量計は、可動部品がないことによる最小限のメンテナンス、流体タイプ全体での幅広い適用性、体積流量を測定する際の密度、圧力、または温度変動による影響を受けない安定性など、大きな利点を提供します。そのシンプルな構造は高い信頼性と長い耐用年数を提供し、最新のデジタル通信機能は高度な診断とリモート構成を可能にします。ただし、これらのメーターは、渦発生を維持するために最小流速を必要とし（液体で通常0.3～0.5 m/s、気体で3～5 m/s）、非常に低い流量では効果が制限されます。また、パイプの振動が大きいアプリケーションや、流体にブロッフボディを覆う可能性のある過剰な粒子が含まれている場合、測定誤差が発生しやすくなります。これらの制約を理解することは、適切なメーターの選択とアプリケーションの成功に不可欠です。
ボルテックス流量計技術は、いくつかの重要なトレンドが出現し、進化を続けています。強化されたデジタル信号処理技術は、信号対雑音比を改善し、使用可能なレンジアビリティと振動耐性を拡大します。マルチパラメータ機能には、質量流量計算とエネルギー監視のための温度と圧力の統合測定が含まれるようになりました。通信は、産業用IoT（IIoT）アーキテクチャとのより簡単な統合のために、Ethernet-APLおよびワイヤレスプロトコルに向かって進んでいます。診断は、湿った蒸気検出機能とリアルタイムのパフォーマンス監視を含むように進歩し、予測メンテナンス戦略をサポートしています。メーカーはまた、石油・ガス生産用の高圧バージョンや、製薬および食品業界向けの衛生モデルなど、困難なアプリケーション向けの特殊な設計を開発しています。
コンタクトパーソン: Ms. Caroline Chan
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