導電性流体が磁界中を流れると、ファラデーの電磁誘導の法則により電圧が発生します。電磁流量計は、このダイナモ原理を利用して流量を測定します。
流体中の帯電粒子が、2つの励磁コイルによって発生した磁界を横切ると、電圧が誘起されます。この電圧は2つの測定電極によって検出され、その値は流速に比例するため、流量にも比例します。磁界は、極性が交互に切り替わるパルス直流電流によって生成されます。これにより、安定したゼロ点を維持できるだけでなく、多相流や不均一な流体、さらには低導電率流体に対しても、安定した流量測定を実現できます。
電磁流量計の測定原理については、ぜひこちらの動画をご覧ください！
電磁流量計の特長
- 圧力、密度、温度、粘度の影響を受けづらい
- 固形分を含む流体（例：鉱石スラリー、セルロースパルプ）の流量測定が可能
- 幅広い呼び口径に対応：DN 2～3000 mm（1/12～120"）
- 配管内に障害物がない構造：CIP/SIP洗浄およびピグ洗浄に対応
- 可動部なし
- メンテナンス負荷が少ない
- 圧力損失なし
- 広いターンダウン比（最大1000:1）
- 優れた再現性と長期安定性
配管システムでは、日々さまざまな物質が輸送されています。飲用水、フルーツジュース、化学薬品、さらには石を含むスラリーなど、その種類は多岐にわたります。
配管内を流れる流体は、それぞれ異なる特性を持つため、流量測定にも用途に応じたさまざまな測定原理が必要です。
その一つが、電磁原理を利用した流量測定です。
この原理の基礎となる物理法則は、1831年に磁界によって電流が発生する現象を発見した、英国の物理学者マイケル・ファラデーにまでさかのぼります。
さらに約100年後、スイスの発明家であり聖職者でもあったボナベンチュラ・テューレマンが、この原理を配管内を流れる導電性液体へ応用し、世界初の電磁流量計を開発しました。
それでは、この測定原理の仕組みを見てみましょう。
電磁流量計の内部には、2つの励磁コイルが配置されています。これらのコイルは、磁極片と呼ばれる部品を介して、測定管の断面全体に一定の磁界を発生させます。
また、測定管の壁面には、電圧を検出するための2つの電極が向き合うように配置されています。
さらに、導電性流体と金属製チューブとの間で短絡が発生しないよう、測定管内面にはライニングが施されています。
液体が流れていない状態では、2つの電極間に誘導起電力は発生しません。
導電性液体の帯電粒子は、ここで示す飲用水中の赤色および青色の粒子のように、液体内に均一に分布しています。
しかし、測定管内で液体が流れ始めると、磁界によって帯電粒子に力が加わります。
その結果、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子がそれぞれ測定管内壁の反対側へ引き寄せられます。
そして発生した電圧は、2つの測定電極によって検出されます。
発生した電圧は流速に比例しています。
測定管の断面積と組み合わせることで、実際の体積流量を算出することができます。
流速が高くなるほど、帯電粒子の分離も大きくなるため、電極間に発生する電圧も大きくなります。
一方で、測定電極では、実際の測定信号に加えて、「干渉電圧」と呼ばれる不要な信号も検出されます。そのため、これらを測定信号から分離する必要があります。
その方法の一つが、パルス直流電流を用いて磁界を発生させる方式です。
この方式では、動画のスローモーション映像で示されているように、磁界の極性が交互に反転します。
それに伴い、測定電極で検出される電圧の極性も連続的に変化します。
その結果、液体内で生じる電気化学的影響や、外部の電磁界による影響など、一定の干渉電圧を除去できるようになります。
このような大きさの干渉電圧が実際の計測信号に影響を与えることはありません。この測定方式により、安定した測定と安定したゼロ点を維持できます。
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