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上海儀川差圧式流量計の測定原理
日付:2023-07-18読み:4
上海儀川差圧式流量計そくていげんり

差圧式(スロットル式とも呼ばれる)流量計は、流体の流れのスロットル原理に基づいて、流体がスロットル装置を流れる際に発生する圧力差を利用して流量測定を実現する。これは現在の生産における流量の成熟を測定するための一般的な方法の一つである。通常は、被測定流体の流量を差圧信号に変換できる絞り装置(オリフィスプレート、ノズル、ベンチュリ管など)と、この差圧を対応する流量値に変換して表示できる差圧流量計からなる。
絞り装置とは、流体を局所的に収縮させることができる要素を配管に配置することである。応用が広いのは孔板で、次はノズル、文丘利管、文丘利ノズルである。これらのいくつかの絞り装置の使用歴史は比較的長く、すでに豊富な実践経験と完全な実験資料を蓄積しているため、国内外でそれらの形式を標準化し、標準絞り装置と呼ばれている。つまり、統一された基準に基づいて設計および製造された標準的な絞り装置は、単独で測定する必要はありません。しかし、非標準化された特殊な絞り装置については、使用時に個別に表記する必要がある。

差圧式流量計の測定原理

流体がスロットル装置のある配管を流れる際に、スロットル装置前後の管壁で流体の静圧に差が生じる現象をスロットル現象と呼ぶ。スロットル装置は、スロットル素子と取圧装置とを含む。絞り素子は配管中の流体を局所的に収縮させる素子であり、一般的な絞り素子は孔板、ノズル、ベンチュリ管などがあり、以下に孔板を例に絞り現象を説明する。
パイプを流れる流体は運動エネルギーと位置エネルギーを持ち、一定の条件下でこの2つのエネルギーを相互に変換することができる。一方、エネルギー保存の法則によると、流体が持つ静圧エネルギーと運動エネルギーに加えて、流動抵抗を克服するエネルギー損失は、付加エネルギーがない場合、その総和は不変である。オリフィスプレートの前後における流体の速度と圧力の分布を図示する。流体は管断面Iの前に一定の流速vで流れる。このときの静圧はPである。スロットル装置に近づくと、スロットル装置の遮断に遭遇し、管壁に近い流体がスロットル装置の遮断作用を受けるのが最も大きいため、運動エネルギーの一部を静圧エネルギーに変換し、スロットル装置の人口端面の管壁に近い流体静圧の上昇が現れ、管壁の中心にある圧力よりも大きく、つまりスロットル装置の人口端面に径方向差が生じ、この径方向差は流体に径方向付加速度を発生させ、管壁に近い流体質点の流れを管中心軸線に傾斜させ、流束の収縮運動を形成した。慣性作用により、流束収縮が最も小さい場所はオリフィスプレートの開孔ではなく、開孔での断面11である。流体流の連続性方程式によると、断面IIにおける流体の流れ速度はv 2に達するまで最大である。その後、流束は次第に拡大し、断面IIIになると定常状態に戻り、流速は元の値、すなわちv 1=v 3に低下する。
絞り装置は流束の局所的な収縮を引き起こすため、流体の流速を変化させ、すなわち運動エネルギーを変化させる。同時に、流体静圧エネルギーを特性化する静圧も変化している。断面Iにおいて、流体は静圧P 1を有する。断面IIに到達すると、流速は最大値に増加し、静圧は最小値P 2に低下し、その後、流束の回復に伴って徐々に回復し、オリフィスプレートの端面では、流通断面が突然縮小し拡張し、流体を局所渦流に形成させ、エネルギーの一部を消費すると同時に、流体がオリフィスプレートを流れるとき、摩擦力を克服するため、流体の静圧は元の値Pに回復できない、を選択し、圧力損失{=P 1−P 2を生じた。スロットル装置の前流体の圧力は高く、正圧と呼ばれ、常に「+'」、標識である、スロットル装置の後流体の圧力は低く、負圧(真空度とは異なる概念)と呼ばれ、常に「一」標識である。スロットル前後の差圧の大きさは流量と関係がある。配管を流れる流体の流量が大きいほど、絞り装置の前後に生じる差圧も大きくなり、オリフィスプレートの前後差圧の大きさを測定すれば、流量の大きさを反映することができ、これが絞り装置の流量測定の基本原理である。
注目すべきは、断面Iと断面IIにおける圧力P 1とP 2を正確に測定することは困難である。これは、低静圧P 2を発生する断面IIの位置が流速によって変化し、事前に確定することができないためである。そのため、実際にはオリフィスプレート前後の管壁に固定された2つの取圧点を選択して、絞り装置前後における流体の圧力変化を測定している。したがって、測定された圧力差と流量との関係は、測定点と測定方式の選択と密接に関連している。