流量計選定 完全ガイド — オリフィス/ベンチュリ/ノズル/コリオリ比較
流量計選定は「流体種別 × 精度要求 × 圧力損失許容 × 設置スペース × コスト」の 5 軸で決まります。本ガイドでは差圧式（オリフィス、ベンチュリ、ノズル、ピトー）、超音波式、電磁式、コリオリ式、渦式、面積式、容積式、熱式の 8 方式を整理し、配管 50A・水 50 L/min の実例で選定根拠を示します。
流量計 8 方式 比較表
| 方式 | 精度 | 圧損 | 適用流体 | 該当ページ |
|---|---|---|---|---|
| オリフィス | ±1〜2% | 大（30〜60%） | 液体・気体・蒸気 | オリフィス流量計 |
| ベンチュリ管 | ±0.5〜1% | 中（10〜20%） | 液体・気体 | ベンチュリ流量計 |
| ノズル | ±1〜2% | 中（30〜50%） | 高速気体・蒸気 | フローノズル |
| 超音波（伝播時間） | ±0.5〜2% | ゼロ（クランプオン） | 清浄液体 | 超音波流量計 |
| 電磁 | ±0.2〜0.5% | ほぼゼロ | 導電性液体（水、廃水） | 電磁流量計 |
| コリオリ | ±0.1〜0.2% | 中 | 液体・高粘度・気体（質量流量） | コリオリ流量計 |
| 渦（カルマン） | ±1% | 小 | 液体・気体・蒸気 | 渦流量計 |
| 熱式（質量） | ±1〜2% | 小 | 気体（窒素、酸素、空気） | 熱式質量流量計 |
選定フローチャート（6 ステップ）
- 流体は導電性液体（水、廃水、酸・アルカリ水溶液）？
- はい → 電磁式が第一候補（精度・圧損で最適）
- 質量流量が必要（化学反応、燃料）？
- はい → コリオリ式（密度・粘度補正不要、ガス・高粘度液 OK）
- 清浄液体で配管に切り込み不可？
- はい → クランプオン超音波（後付け、無圧損）
- 蒸気や高温気体？
- はい → オリフィス、ノズル、渦（高温対応）
- 低コスト・互換性重視？
- はい → オリフィス（JIS B 8311 標準）。世界中の校正データあり
- 気体の質量流量、低流量？
- はい → 熱式（MFC）（半導体・医療用）
主要設計式
1. オリフィス・ベンチュリの基本式（ベルヌーイ + 連続）
$$ Q = C_d A_2 \sqrt{\frac{2 \Delta P}{\rho (1 - \beta^4)}} $$
$Q$ は体積流量 [m³/s]、$C_d$ は流出係数（オリフィス 0.6、ベンチュリ 0.98）、$A_2$ は絞り部断面積、$\Delta P$ は差圧 [Pa]、$\beta = d/D$ は絞り直径比。
実例 [50A 配管 (D=53.5mm)、水 (ρ=1000 kg/m³)、Q=50 L/min]:
- 絞り直径比 β = 0.5 → d = 26.75 mm、A_2 = 5.62×10⁻⁴ m²
- Q = 50/60/1000 = 8.33×10⁻⁴ m³/s
- オリフィス (C_d=0.6): ΔP = (Q / (C_d A_2))² × ρ(1-β⁴)/2 = (8.33e-4/(0.6×5.62e-4))² × 1000 × (1-0.0625)/2 = 2700 Pa（27 mbar）
- 圧損は永久圧損として 50% 残る → 約 13 mbar の動力損失
2. レイノルズ数による流量計選定限界
多くの流量計は Re > 10⁴ で精度保証。オリフィスは Re > 5000 推奨。
$$ Re = \frac{\rho V D}{\mu} $$
水 (μ=10⁻³ Pa·s)、Q=50 L/min、D=53.5mm → V = 0.37 m/s、Re = 19,800 ✓
3. 電磁流量計の原理（Faraday の電磁誘導）
$$ E = B \cdot V \cdot D $$
$B$ は磁束密度、$V$ は平均流速、$D$ は配管内径。導電率 5 μS/cm 以上の流体で動作。
適合性マトリクス（流体別）
| 流体 | オリフィス | 電磁 | 超音波 | コリオリ | 渦 | 熱式 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 水 | ○ | ◎ | ◎ | ○ | ○ | × |
| 純水（非導電） | ○ | × | ◎ | ◎ | ○ | × |
| 蒸気 | ◎ | × | × | ○ | ◎ | × |
| 圧縮空気 | ○ | × | △ | ○ | ◎ | ◎ |
| スラリ（含粒子） | × | ◎ | △ | ○ | × | × |
| 高粘度油（>1000 cP） | × | × | × | ◎ | × | × |
| 気体（窒素・酸素） | ○ | × | × | ○ | ○ | ◎ |
◎ 最適、○ 適用可、△ 条件付き、× 不可
関連シミュレーター・記事
- オリフィス流量計シミュレーター — JIS B 8311 準拠の C_d 計算
- 配管圧力損失計算 — Moody 線図経由
- キャビテーション評価 — 局所圧力低下
- 層流管内流れ — Hagen-Poiseuille 式
- 乱流管内流れ — Colebrook 式
選定の落とし穴
- 純水に電磁式: 導電率 5 μS/cm 以下では動作不可。超純水（半導体製造）は超音波 or コリオリ
- クランプオン超音波の過信: 気泡や粒子が含まれると測定不可。配管材質（FRP, ライニング）にも依存
- 蒸気にコリオリ: 高温・高速・低密度で振動子が共振しにくく不安定。渦式が現実的
- オリフィスの直管長不足: 上流 10D、下流 5D の直管が必要。エルボ直後では精度 5% 悪化
- 容積式の脈動誤差: ポンプの脈動で歯車式は + 5% 誤差。整流ベーン or 緩衝タンク必須
規格・標準
- JIS B 8311 / ISO 5167: 絞り機構による流量測定（オリフィス、ベンチュリ、ノズル）
- ASME MFC-3M: 差圧式流量計
- API MPMS Ch. 5: 液体炭化水素の流量測定
- OIML R 49: 水道用流量計
- JIS B 7554: 電磁流量計
- JIS B 7555: 超音波流量計
このガイドについて: 流量計 8 方式の適合性を流体種別・精度・圧損で評価。配管 50A での具体的な選定根拠まで示しました。実際の流量・圧損計算は オリフィスシミュレーター 等で実行可能です。