真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第517夜　MACH ONEって知ってるかい？　その２

本ブログでは質量流量計（熱式流量計、コリオリ式流量計）であり流量をアナログ信号やデジタル信号で出力するマスフローメーター（以下MFM）や、流量信号を基に流量制御を行うマスフローコントローラー（以下MFC）及びその応用技術での流体制御を紹介しています。
今回からはDeco個人の知識欲が動機となったMACH ONEという製品を題材に書かせてもらってます。

MACH ONEの流量測定原理に関して

MACH ONEの流量測定原理は分類するならば圧力式です。
圧力式流量計自体はかなり古くから存在していて、現在では差圧式流量計に分類されています。
差圧式流量計は、大きく絞り式とピトー管式、そして層流式に分けられます。
絞り式とピトー管式の測定原理を図に示すします。
流量計というアプリケーションに絞りますので、ここでは絞り式に関してお話ししましょう。

絞り式流量計の測定原理は ベルヌーイの定理 を基本として導き出されます。
ベルヌーイの定理とは エネルギー保存則のことです。
上図に示しましたように、流体の流れに絞りを設けた場合、絞りの前の部分のV1に対して、後ろのV2は上昇します。
だが、エネルギー保存則がある限り、その場にあるエネルギー、流速、圧力、位置エネルギーの総和は等しくなければいけません。
配管が水平に設置され、上下流の高さが変わらないという条件ならば、位置エネルギーに変化はないので、残った圧力が流速の変化に応じて、減じられていることになるのです。
この原理を利用すれば、P1-P2の差圧から流速を導き出せます。
そして流速がわかれば、配管断面積(S)を掛けることで流量を導き出せるのです。

もう一つ層流式の流量式を図で示します。
層流式流量計は、層流素子である細管を流れる層流状態の流体流量を細管の上下流の圧力差から算出する方式だが、検出原理には、ハーゲン・ポアズイユ流れの定理が用いられています。
「配管内が層流であるという条件下で、配管抵抗と流体の粘性により配管流路の両端に発生する差圧P1-P2は、流体の体積流量に比例する」というのが層流式流量計の基本原理でしたね？
ハーゲン・ポアズイユの定理に従って記載すると、「体積流量は、配管半径の４乗に比例し、配管入口圧-出口圧＝差圧に比例し、配管長さに反比例し、流体の粘性に反比例する」となる。ハーゲン・ポアズイユの流れとは、まさに層流状態の流れを示すので、層流式流量計と称されています。

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