羽根車式流量計の開発と測定誤差について

　　東海大・海洋学部・流力実験レジュメ
　　http://www.scc.u-tokai.ac.jp/~sakagami/download/kisokougaku2007.pdf
　　９．流速とプロペラ（式流速計）回転数の関係

あきらかに低速で比例直線より少なく出ている。

実績データだから比較して同程度なら、この形式での限界でしょう。


計測のための抵抗は、ホール素子パルスカウント型にすれば小さくなる。しかし羽根軸の回転抵抗は無くならない。
それより、流速が低いとき、乱流になる抵抗も少ないので羽根を回さずすり抜けて流れてしまう、、、流力の根本原理ではないかと思います。

羽の回転数に、何らかの係数を掛けて、流量を表すことをお考えのように
想像します。その際、いまどきの設計であれば、マイコンなどを介して数
値処理を行うのが一般的と思います。
そのような場合、回転数と流量の関係が完全に比例しなくとも、回転数に
応じて係数を調整する数値処理（回転数に応じて変化する係数を予めテー
ブルとして準備しておいて、条件に応じて使い分ける）することが可能と
思います。

誤差の発生がランダムではなく、反復再現性のあることならば、補正して
しまうのも実用的な方法ですので、検討してみて下さい。

もちろん、低流量、多流量での誤差の増大について、物理的な考察を深め
ることは大切であり、原因を対処することが本質的な精度・確度を向上さ
せるこに有効であることを否定するつもりは全くありません。

失礼な記述をしますが、貴殿が記述している
> 測定誤差が低流量帯では容積式と比べて少なく出て、多流量帯では多く出ます
の根拠が理解できません。
感覚的には、当然と考えられます。

さて、羽根車式流量計は、羽根車の回転数を流速に変換して、その流量計の断面積を掛けた
値を流量と表示するのが一般的です。
その羽根車の回転数を流速に変換するシステムが、羽根車の回転数×変換定数 ＝ 流速と簡単
にしているなら、一番誤差が少なくなる中流量帯での変換定数を用いるので、結果的に測定誤差
が低流量帯では容積式と比べて少なく出て、多流量帯では多く出ることになっているのでは
ないでしょうか？
何故ならば、羽根車式流量計は回転数をカウントする等の機器が接続されていて、それが負荷
抵抗になっています。
すると、低流量帯では無負荷時と負荷抵抗がある場合との羽根車の回転数の割合差が大きく
中流量帯ではその割合が中位で、多流量帯ではその割合は小さくなります。
ですから、間を取って中流量帯の変換定数を採用すると一番誤差がないものになるので、
そのようにします。
だから、貴殿の記述の如くなっているのではないかと、想像しております。

以上ですが、精度を上げる流量計にするには、今の特性を充分に計量して把握し、
電気屋さん等と相談をして、例えば
Ａ）低流量帯の低、中、多と、中流量帯の低、中、多と、多流量帯の低、中、多の１２パターン
　　以上に分けて、羽根車の回転数×変換定数 ＝ 流速　の変換定数をそれぞれの実験値に細分
　　化する演算プログラムを作成し、流量表示させる
Ｂ）低流量帯と多流量帯では、羽根車の回転数×変換定数 ＝ 流速　の変換定数をそれぞれ
　　の実験値に近い値になる関数を用いて、計算させる演算プログラムを作成し、流量表示
　　させる
等の工夫をしてみてください。

流体の速度を直接測定しない手法であれば、羽根車式もカルマン渦式も似ていることになります。

鷺宮さんのカルマン渦式で、脈動がある場合でもそこそこの精度で測定ができる流量計の
開発を依頼し、完成したのでインライン供給の流体の流量を測定していました。

実際は、配管部の液残りがあるか無いかのジャッジをBATHの液面センサとインライン流量計
でおこなっていました。(どうしても、手動モードでの操作履歴や液検知が難であったので)
その時の基本的な内容の経験から記述していますから、ノウハウでないと考えています。
数学の論理パターンと物理的な定数設定方法と考えております。

専門家では無いのですが、一般的な機械設計の常識というか流体力学を齧った
程度の知識でも同じ配管系ならば流量が増えれば流速も早くなるであろうから
流れ自体も層流から乱流になるのは間違いない。従ってテストする構造の問題
から容積式はその影響を受け難く羽根式は受け易いというのは推察できそうだ

ですから、その流量系の前後の配管についても乱流を極力生じさせない工夫が
必要だと思いますが、まぁプロなんだから御存知ですね。聞き飛ばして下さい
それと羽根の構造・風車形状によっても恐らく違うのだろうと思うが自信無し

ohkawa さんの回答は、いつも感心させられます
成程、実際の流量との誤差にある定量的なものがあるならば補正することが
確かに手っ取り早い。近年では、EXCELを使えばオチャノコサイサイだろう(古)
私も機械設計では多くの自作編があるが、PCを上手く活用することも大事です