気象機器

音仮温度

超音波風速計は風速だけでなく温度測定もハイレスポンスで行うことが出来る。温度測定に関しては、音速が温度によって変化することを利用しているが、実際には温度以外に空気中の水蒸気量によっても音速は変化する。
したがって、実際には音速の変化による音仮温度を測定していることになる。そのため、厳密な顕熱測定のためには水蒸気量補正や横風補正が必要になる。

温室効果

大気中の水蒸気や二酸化炭素、メタンガスなどは地表面からの赤外線放射を吸収し、宇宙空間から熱を奪うことになる。そして、それら温室効果ガスからは下向きの放射もあり、それにより地表面の温度は大気が無いときには-9℃程度になると考えられているのに対して、実際には17℃程度になっている。
大気のこの作用は温室のガラスに似たものであるため、温室効果と呼ばれている。

渦相関法

大気境界層では風や気温、湿度などは様々な大きさ・時間スケールの乱流渦が重なり合い時間的に変動している。この大気乱流により上層と下層の混合が盛んになり、ここに温度勾配や物質の濃度勾配があればそのその勾配をなくす向きに熱や物質が輸送される。

ここで、ある物質の濃度をC、空気密度ρ、空気の鉛直風速をwとすると、ある時間に上方に輸送される物質の量QCは

で表すことが出来る。
ここで風速と物資の量を平均値と変動量で表すと

となり、であるから、QCは次の式で表せる。また、鉛直成分風速の平均値はゼロになるとしている。

ここで、w'C'は共分散と呼ばれる統計量で、w'とC'との相関を求めることになるので、「渦相関法」と呼ばれる。Cとして水蒸気量をあらわす比湿(ｑ)、濃度の変わりに顕熱(CpT)、運動量(ρu)とすると、以下の輸送を表すことが出来る。(Cpは空気の定圧比熱、uは水平風速、λは水の気化熱)

顕熱フラックス

太陽からの放射エネルギーの短波・長波それぞれの放射エネルギーの下向きと上向きの放射量を差し引いた合計を地表面への正味放射量(QN)といい、その一部は地中に吸収され地温を上昇させる地中熱流量(QG)となる。残りの熱は2つの輸送機構により大気に与えられる。

そのひとつは顕熱フラックス(QH)で、温度の高いところから低いところへ輸送されるエネルギーである。もうひとつは潜熱フラックス(QE)で、地表面の水分が蒸発するときの気化熱の形で熱が上方へ輸送される。水蒸気は上層に輸送されて冷却されて、凝結が起こると蒸発時に奪った気化熱に相当する凝結熱を放出するが、この熱は地表面から奪った熱を上層へ移動させたことになる。

地表面での熱収支は次の式で表せる。(フラックスの符号は地表面に入射する向きを正とする)

降雪深・積雪深

降雪深はある一定時間に地表に降り積もった雪の鉛直方向の深さで、cm単位で表す。通常雪板と呼ばれる板の雪を払いのけてから一定時間後に積もった雪の深さを測定する。測定後は再び雪を払いのけて測定を繰り返す。
これとは異なり、積雪深は自然に積もった雪の鉛直方向の深さで、雪の重量で圧雪されていくので、降雪深を積算した量より深くなる。

大気境界層

大気境界層は地表面の摩擦の影響及び地表面の加熱・冷却の影響が大きな役割を果たしている地表面に接している高さ1000から2000m程度の層である。
地表面から高さ50m程度までの層を接地境界層と呼び、ここでは地表面フラックスの値は鉛直方向にほぼ一定となる。

標準偏差

風向風速や温度等の乱れた量を統計的に処理する場合、変動の量を定量的に表す手段として分散や標準偏差等が利用される。ここで分散は標準偏差の2乗です。標準偏差は乱れの振幅が正規分布すると考えると、その分布曲線の中心から変極点までの大きさを示し、分布曲線の形を想定できる有用な統計パラメータなので、拡散の研究等に積極的に使用されている。

上図のように刻々と変化する量Vはt0からτ時間前までの平均値をVとすると、この時間内のVの瞬時値は

で表せる。ここでtをサンプリング時間と呼び、サンプリング時間内の変動分V'の標準偏差を求める。

風速と風向の標準偏差を求めるに当たり、風速の変動は平均風向の向きにも直角方向の向きにも平均的にほぼ同じ大きさを示し、しかも2次元正規分布をしていると考えてもほぼ間違いはないことは過去の実験結果で知られている。

したがって、風速変動の標準偏差と風向変動の標準偏差は上式のように表せる。

従来は、風向風速の標準偏差はアナログ式平均回路やシグマメータにより上式を演算し連続量として求められてきたが、最近ではCPUを用いることにより平均風速や風向及び風向風速の標準偏差を数式に添った演算を行うようになってきた。下図のように東西をX軸、南北をY軸とし、平均風速Uに直角の風速成分をvとすると次の式が導かれる。

平均風速(移動平均)

風向風速や温度等の乱れた量の中心傾向を表す平均値を知ることは、こうした量の統計処理を行なう上で重要なことである。

上図のような刻々変化する量のt0時間からS時間前までの平均値は上式で表される。ここでSを平均化時間と呼ぶことする。

上図のようにt0がt1に移動した場合Sが一定でもVはV'に変化する。すなわちtが連続的に変化した場合Vも連続的に変化することになり、これを移動平均(running mean)と呼ぶ。

ベクトル平均風速とスカラー平均風速

平均風速の演算方法として風速の瞬間的な大きさの絶対値の時間平均としての平均風速(スカラー平均風速)と、風速のベクトル的な平均風速(ベクトル平均風速)との2つの定義方法がある。物理的には後者のほうが合理的で、多くの現象の物理的記述に適しているが、気象学では習慣的に測定の容易な前者を用いている。
しかし、物質の移動量などを測定する場合はベクトルで平均を行なう必要がある。たとえばある一定時間北風が吹き、次の時間に南風に変わった場合、南に流れた空気はまた戻ってくることとなり、平均的には移動していないのと同じである。

スカラー平均とベクトル平均の関係は次式で表すことが出来る。

ベクトル平均風速とスカラー平均風速では原理的にスカラー平均の方がベクトル平均より大きいことがわかるが、自然大気中においては、通常'乱れの強さ'の値はせいぜい0.1～0.2程度なので両者の平均風速の差は問題とならない程度である。

しかし、秒速数m以下の微風時で風の乱れが大きいときには”乱れの強さ”は大きくなり、両者の差は必ずしも無視できなくなる。このため微風時や乱れ(渦)の大きさなどを取り扱う上では物理的に明快なベクトル平均を用いる必要がある。

工業機器

圧力損失

液体中のある2点間において、流体の摩擦などによって生じる圧力の低下。流量計の圧力損失は、流量計の中を流れる流体による摩擦損失、流量計の流路形状の変化による流れの縮小、拡大または流れ方向の変化により、流量計の流入口から流出口の間で失われる圧力。

圧力補正

測定した体積流量を、基準圧力などのある状態での体積流量に換算すること。気体の流量測定の場合に多く使用される。

ウォーターハンマ

管路内の水の流速をバルブなどにより急激に減少させるときに生ずる圧力変化の現象。

管内を流れる水を急にせき止めると、流水の運動エネルギーが圧力エネルギーに変わり、管内圧力が急激に上昇する。元圧の20～30倍の圧力を発生する場合もある。

応答性

計測器への入力信号に対して出力信号が対応する速さ。流量信号に対して出力信号が対応する様子。入力信号がステップ状に変化した場合の出力が最終値の決められた割合に達するまでの時間で表示される。
一般に最終値の63.2%、90%、95%または98%の値に達する時間で示される。この場合、1.6秒(63.2%)のように表示される。

オープンコレクタ

トランジスタ接点出力のことで、出力端子はトランジスタのコレクタ端子である。通常はこの端子を外部でプルアップ(電源間に抵抗を挿入)し、電圧信号に変換して使用する。

温度補正

温度および圧力がその基準値から変動したために生じた測定値への影響を補正すること。

温度圧力補正

測定した体積流量を、基準温度または所定の温度における体積流量に換算すること。温度補正を行なう機構を温度補正装置(計量法では温度換算装置)と言い、機械式と電気式がある。

器差

流量計の指示量から流量計を通過した実量を減じた値またはその値の実量に対する百分率。
1)　
2)　
※ここに、E：器差 / I：指示 / Q：実量

擬似信号発生器

模擬的な信号発生器。
流量計を試験する際に、実際のセンサからの信号を受け取るのではなく、模擬的な信号で調整や試験などをするための信号発生器。

基準状態

温度0℃、絶対圧101.3kPaの乾燥気体の状態。

逆流

定められた流れとは逆に、流量計の下流側(流出側)から上流側(流入側)に向かって流れる流れ。

供給電源

計測機器に供給する電源。一般にAC100、200V、DC12、24Vが多い。

ゲージ圧力

大気圧を0とし、それを基準にして表示する圧力。絶対圧またはゲージ圧で示す必要がある場合は表示する圧力にそれぞれ(abs)、(gauge)、(gage)の文字を付記する。ゲージ圧ともいう。

例) □kPa(abs)、□kPa(gauge)、□kPa(gage)

口径

相手配管との接続部における流量計の流路の直径。

再現性

測定条件を変更して行われた同一測定量に対する測定結果の一致度合い。取付け条件、測定日などの変更によるばらつきの度合いなどをいう。

関連用語：繰り返し性、リピータリティ

最小流量

流量計の精度および性能を保証できる範囲内における流量の最小値。

最大流量

流量計の精度および性能を保証できる範囲内における流量の最大値。

時定数

応答速さを特徴づける定数で、時間の次元を持つもの。1次線形系において、入力がステップ状に変化したとき、出力変化が全変化分の63.2%に達するのに要する時間。応答が次式で表される時には係数Tをいう。

※ここに、y：出力信号 / x：入力信号

周囲条件

機器または装置の動作に影響を与える周囲の条件。流量計の選定にあたって、流量計の耐久性を確保する観点からも重要なチェック項目である。

重量流量

単位時間に移動する流体を質量で表す流量。
例)kg/h、kg/min、t/h
関連用語：質量流量、体積流量

瞬時流量

1. 比較的短い単位時間あたりに流れる量
2. 短時間に測定点を通過する量

使用条件

流量計を精度および性能に関して連続して使用できる条件。環境、計測、配管、流体などの条件。

消費電力

機器または装置が動作範囲内で通常の運転状態において消費する電力。

精度

測定結果の正確さと精密さを含めた、測定量の真の値との一致の度合い。

整流装置

流体の旋回流、編流、縮流を消滅または減少させ、流量計の特性に及ぼす悪影響を少なくするために流量計の上流側(流入側)に設置し、流れを整えるもの。構造例として、管状式、多孔板式、ベン式などがある。いずれも整流装置自体による流体の圧力損失が生ずる。

積算体積

通過した流体の体積を次々に加算した累計値を積算体積といい、瞬時流量と対をなす。積算体積を計測または表示する流量計を積算計とか、積算体積計などという。また質量の積算値を積算質量といい、積算質量を計測する流量計を積算質量計という。

接液部

流量計の構成部品(本体、検出部や可動部等)が、流体に接する部分のこと。腐食性流体を測定するときは、耐食性材質を選定することが必要である。

絶対圧力

完全真空をゼロ基準にとって表した圧力。なお、大気圧以下の圧力を絶対圧で表したものを真空度という。“水の三重点”圧力=6.1166×102Pa、1atm=101.325kPa測定流体が気体の場合には、一般的に標準状態に換算して量を表現する。絶対圧ともいう。

例) 大気圧101.325kPa(abs)で表す。

絶対温度

熱力学から導かれる絶対0℃を基準として、摂氏(℃)温度の目盛間隔に合うように定めた熱力学温度。ただ一つの定義定点として“水の三重点”(0.01℃)を選び、それに“273.16K”という温度値を与えることにより熱力学温度目盛りを定義する。

測定流体が気体の場合には、一般に標準状態又は基準状態に換算して量を表現する。この場合、ケルビン度(0℃=273.15K)で表すことが多い。

ゼロ点

理論的に計測器に入力信号がゼロの時の基準点、又はそのときの指示。
流量計においては、流量や流速がゼロの状態において、理論的に出力をゼロとする基準点。

旋回流

流体が流れ方向に平行なある軸を中心として回転しながら流れる流れ。旋回流は、タービン流量計など推測式流量計の器差に影響を及ぼす。

関連用語：旋流

層流

流体の粒子が平行又は層状をなす流れ。
円管中の流体の流れは、レイノルズ数が小さいときは流体は乱れることなくきれいに層状をなして流れるが、流量を増してレイノルズ数を大きくしていくと、あるレイノルズ数以上では流れは乱れた状態になる。この層状から乱流への変化を遷移といい、そのときのレイノルズ数を臨界レイノルズ数といい、円管の場合は臨界レイノルズ数は約2300である。

関連用語：乱流

測定管

測定流体が通過する流量計の検出部の管部で、流量あるいは流速の信号検出部が装着されている部分。

測定範囲

指定された限度内に計器の誤差が収まるべき測定量の範囲。

関連用語：測定レンジ

耐圧防爆構造

全閉構造で、容器内部で爆発性ガスの爆発が起こった場合に容器がその圧力に耐え、かつ外部の爆発性ガスに引火するおそれがないことが公的機関によって試験、その他によって確認された防爆構造。

超音波

周波数が20kHz以上の音波。一般的に“人に聞こえない音”と定義されているが、“人が聞くことを目的としない音波”ともいえる。

超音波流量計

超音波を媒体として、液体あるいは気体の移動速度を測定して流量を求める流量計。主な測定原理としては、時間差法、ドップラ法がある。

超音波送受波器

超音波流量計の検出器で、超音波を送・受信する振動子が取り付けられている。単に検出端ともいう。

直管長

精度の高い測定値を得るため、流量計の上流側(流入側)と下流側(流出側)に設ける配管の直管部分の長さ。必要な長さは、流量計の種類によって異なるので注意が必要。

直管部

流れの状態を安定させるため、流量計の上流側(流入側)及び下流側(流出側)に設けられた流量計と同一口径で所定の長さの直管部分。

ドライキャリブレーション

1. 実流校正装置を用いずに流量計を校正する方法。
2. 機器寸法、配管および流体の特性値、検出方法の特性や相似律などを適用して流量計を校正すること。

入力信号

測定条件を変更して行われた同一測定量に対する測定結果の一致度合い。取付け条件、測定日信号処理する機器や装置に入る信号。信号には、アナログやディジタル信号、電圧、電流や接点信号などがある。

関連用語：出力信号

粘度

気体及び液体の粘り度合いで次の式で表す流体に固有な物質量。

※ここに、μ：粘度(Pa･s)
τ：層流内にある点の流れによりその流れと平行な面上に粘性によって作用するせん断応力(Pa)
dv/dt：その流れに直角な方向の速度勾配

関連用語：動粘度

配管条件

流量計の所定の性能、機能を発揮させるために、流量計を配管ラインに設置する際、考慮すべき事項。直管長、バイパス弁、ストレーナ(フィルタ)、空気分離機、ストレートナ(整流器)、温度計、圧力計やパイプや弁などの存在の要否とそれ等の配置位置などがこれに当る。

配管接続

配管を他の配管と結合させること。流量計の場合は、配管の相手側の形状や圧力のランクを含む。接続形状しては、フランジ、ねじ、ホースコネクタなどが、圧力ランクでは1.2…10Mpaや真空圧がこれに対応する

パルス出力

風向風速や温度等の乱れた量の中心傾向を表す平均値を知ることは、こうした量の統計処理をハイとローの2つの状態を繰り返す矩形波の信号で構成された出力信号。流量計ではパルスの数が測定量の重みを持つ信号として、あるいはパルスの周波数が瞬時流量に比例する信号として用いられる。

関連用語：アナログ出力

標準温度

計測器の試験または校正を行うために計測器ごとに決められた環境温度。計測値が温度の影響を受ける場合、同一条件での結果として比較できるように取り決められた温度。

標準状態

1. 異なる条件の下での測定結果を、同一の条件の下での結果として比較できるようにするために取り決めた基準として用いる測定条件 2. 測定器の固有誤差を決めるために規定した、各影響量に関する条件。

関連用語：基準状態

負荷抵抗

機器の出力側に接続される抵抗。許容値(許容負荷抵抗)を超えると回路が動作しなくなる可能性があるので注意を要する。

分解能

ある入力値において、出力に識別可能な変化を生じさせることができる入力の変化量。

1. 測定器において、出力に識別可能な変化を生じさせることができる入力の最小値。
2. 指示計器については、識別可能な指示間の最小の差異。ディジタル指示計器では、最小の有効数字が1だけ変わるときの指示変化をいう。

変換器

信号または量を、それに対応する他の安定した種類の信号もしくは量、又は同じ種類の信号もしくは量に変換するための器具や機器。

関連用語：二次装置、トランスデューサ

偏流

配管内を流れる流体の流速分布状態を表すもので、流速分布の中心が配管中心よりずれている状態。偏流は推測式流量計の器差に影響を与える。

補正基準

補正を行う際に用いる基準、基準値。

例) 温度：0℃、15℃、20℃、23℃、27℃
圧力：101325Pa(1atm)
度：55%、65%

など、目的や場合によって用いる適切な値。

乱流

流体の粒子が瞬間ごとに不規則な運動を行い、お互いに入り乱れている流れ。レイノルズ数が大きい場合に見られる。

レイノルズ数

流れの状態を表す無次元値。管路に取り付けられる推測式流量計は安定した乱流領域で使用されるがこの状態を判断するときにこの無次元値が使用される。
流量計測において、レイノルズ数は、流量の補正、流速分布の補正及び圧力損失の算出などに不可欠。次の式で表す。

Re：レイノルズ数 / u：流体の管内断面平均速度(m/s) / D：管路内径(m) / v：流体の動粘度(m2/s)

レンジアビリティ

機器または装置の仕様に示された精度定格で、校正可能な最大スパンと最小スパンの比。

例) 最小スパン：0.5m3/s、最大スパン：20m3/s ＞ レンジアビリティ：40

ローカット機能

流量の測定値が、あらかじめ設定された値以下になると、自動的に出力をゼロにする機能。強制的にゼロを安定させるため、または積算を停止させるために用いられる。

関連用語：ゼロカット機能、ゼロドロップアウト

SN比

信号パワーの雑音パワーに対する比。通常はデシベルで表す。

1測線測定法

1組(2個)の検出器を取り付けて測定する測定法。1直径測定法ともいう。

2測線測定法

2組(4個)の検出器を取り付けて測定する測定法。2直径測定法ともいう。