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流量センサ
流量センサとは/分類/特長・原理
流量センサとは
流量センサとは水・純水・エア・ガス・薬品・蒸気などの流れる量を検出するセンサです。測定流体を羽根車に当てその回転数を流量値に換算する羽根車式、鉛直方向に設置されたパイプ中の浮きの上昇度合いで流量を検出する浮き子式、ファラデーの法則を応用した電磁式など多様な検出原理が存在します。キーエンスでは、カルマン渦＋超音波式のFD-V70シリーズ、電磁式のFD-Mシリーズ、熱式のFD-V40シリーズをラインナップしています。
流量センサの分類
流量センサの特長・原理
FD-V70シリーズ：液体用（キーエンス製）
特長
検出方式は、“渦+超音波方式”を採用。振動の影響を受けやすい“圧電素子”ではなく“超音波”で渦を検出するため、安定した高精度な流量検出が可能です。また、通水部は継ぎ目のない一体構造でメンテナンスも容易です。
原理
流れの中に置かれた渦発生体（柱）の下流には、右図に示すようにカルマン渦と呼ばれる規則的な渦が交互に発生します。このカルマン渦の発生周波数は流速に比例することが知られているので、この発生周波数を計測することで流速、すなわち流量を計測できます。
ちなみに、この関係は次の式で成り立ちます。
f：カルマン渦の周波数 v：流速 k：比例定数（渦発生体の寸法や形状によって異なります。）
FD-U/Mシリーズ：液体用（キーエンス製）
特長
機械式の多くがゴミの詰まりや配管内汚れ（スケール）により誤動作するため、定期的な分解洗浄や交換が必要です。電磁式は可動部がなく貫通構造のため、メンテナンス性に優れた圧力損失の少ない理想的な流量センサとなっています。
原理
FD-U/Mシリーズはファラデーの法則を利用して流量を検出します。
一般的な電磁式は通水部に接液した電極で起電力を検出しますが、
FD-U/Mシリーズは通水部の外側から静電容量を介して、検出します。
ファラデーの法則
磁場中に導電性流体が一定方向に流れると、管内径×磁束密度×平均流速に比例して電圧が発生します。電磁式流量センサはこの電圧を測定しています。
一般的な電磁式は通水部に接液した電極で起電力を検出しますが、
FD-U/Mシリーズは通水部の外側から静電容量を介して、検出します。
ファラデーの法則
磁場中に導電性流体が一定方向に流れると、管内径×磁束密度×平均流速に比例して電圧が発生します。電磁式流量センサはこの電圧を測定しています。
FD-Sシリーズ：液体用（キーエンス製）
特長
検出方式はコリオリ式を採用。
微少流量、油流量、高速流量など、他の検出方式では測定できなかった流量の検出を可能にしています。
【コリオリの力】
移動速度に比例した大きさで発生する慣性力の一種
コリオリ式による検出
流量に応じてフローパイプの入口と出口で、コリオリの力が発生してパイプ振動に抵抗し、ねじれ角θが発生します。これを電気信号で読みとり流量換算しています。
FD-V40シリーズ：気体用（キーエンス製）
特長
超小型の“M3フローセンサチップ”採用により小型・省スペース化を実現しました。
また、全てのレンジで5msの高速応答を実現しました。吸着確認などのタクトアップに貢献します。
また、全てのレンジで5msの高速応答を実現しました。吸着確認などのタクトアップに貢献します。
原理
MEMS技術により高速応答を実現
- MEMS
（Micro Electro Mechanical Systemの略）
M3フローセンサチップ
（MEMS Mass Flow Sensor Chip）
M3フローセンサチップはMEMS技術により小型化を実現しました。また、超小型・薄型の1μmダイヤフラム構造により熱伝導率が向上し、高速応答が可能になりました。
測定原理
| （a） | 無風時はヒータの熱が左右均等に拡散しますので（a）のような分布になります。 |
| （b） | 流れがあると上流は流れにより冷やされ、下流側は上流側のヒータの熱により温められますので（b）のような温度分布になります。 |
| （c） | さらに流れが強くなると（c）のような温度分布になります。このようにヒータ前後の温度分布は流量に比例しますので比率から流量を求めることができます。 |
