流量センサーの特性と選定ポイント【流量と流速】

～液体や気体の流れを見える化するセンサー～

製造装置や機械設備の中で、液体や気体が「どれだけ流れているか」を正確に把握することは非常に重要です。
その流れの量を検出・監視するのが「流量センサー（フローメーター）」です。

機械設計者にとって、適切な流量センサーを選ぶことは、「工程の安定」「異常検知」「エネルギー管理」のために欠かせません。この記事では、流量センサーの基礎から種類別の特性、選定時の注意点までを詳しく解説します。

流量センサーとは？

流量センサー（flow sensor）は、液体または気体が「どれだけの量」「どれだけの速度」で流れているかを検出・出力するセンサーです。

測定方式の種類

測定方式	測定対象	特徴
質量流量計	液体・気体	実際の質量を検出、温度や圧力の影響が少ない
容積流量計	主に液体	体積ベースで検出、配管条件に依存
流速型	気体・液体	センサー内部の流速から演算して流量を算出

主な流量センサーの種類と特性

熱式流量センサー（サーマル式）

📌 仕組み

加熱素子と温度センサーを内蔵し、流体による熱移動量から流量を計測。

✅ 特徴

小流量、微流量に強い
動作部がないため耐久性が高い
温度補正あり（気体測定に強い）

🔍 用途例

空気の流量制御、窒素・酸素などのガスモニタリング

電磁式流量センサー

📌 仕組み

導電性の流体が磁場を横切ると電圧が発生（フレミングの法則）。その電圧を検出して流量を計算。

✅ 特徴

可動部なし、摩耗が少ない
導電性流体に限定（蒸留水・油不可）
高粘度にも対応可能

🔍 用途例

冷却水ライン、薬液供給、上下水処理

コリオリ式流量センサー

📌 仕組み

振動するパイプに流体を通すと、質量流量に応じたコリオリ力が発生。それを検出。

✅ 特徴

質量流量を直接測定可能（精度が非常に高い）
温度・圧力変動に強い
高価でサイズが大きめ

🔍 用途例

高精度な液体充填、化学薬品の定量供給

タービン式流量センサー

📌 仕組み

流体によってタービンを回転させ、その回転数から流量を検出。

✅ 特徴

構造がシンプルでコストが安い
可動部あり → 摩耗や汚れに注意
粘性が高い流体には不向き

🔍 用途例

オイル・冷却水などの簡易管理、装置内組み込み

超音波式流量センサー

📌 仕組み

配管の外または中に取り付けたセンサーで、超音波の伝播時間差から流速を求める。

✅ 特徴

非接触計測が可能（衛生的）
配管の内側に触れないため清掃性◎
高価・設置にやや工夫が必要

🔍 用途例

食品・医薬品ライン、配管後付け計測

流量センサー選定時のチェックポイント

測定対象の種類

液体か？気体か？
導電性の有無（電磁式）
粘度・温度・腐食性の程度

使用環境

項目	ポイント
温度範囲	高温流体や冷却水ラインでは耐熱性が必要
圧力条件	高圧ガスや負圧下で使用する場合は耐圧確認
接液材質	腐食性液体にはSUSやフッ素樹脂など耐食性を考慮

流量レンジと精度

最大流量・最小流量のレンジにセンサーが対応しているか
精度：±1%以内か、それ以上必要か？
微小流量（数mL/min）であれば熱式やコリオリ式が有利

出力仕様と接続方式

アナログ出力（4-20mA / 0-5Vなど）
パルス出力（タービン式など）
通信方式（Modbus、IO-Link、EtherNet/IPなど）

流量センサー選定時の注意点

エア混入やキャビテーションがあると誤動作の原因に
粘性の高い液体ではセンサーの流路が詰まりやすい
清掃やメンテナンスが頻繁なラインでは、非接触式が有利

応用例・導入メリット

導入先	効果
自動充填機	定量制御による精度向上、歩留まり改善
コンプレッサ管理	エア消費量の可視化による省エネ
化学プロセス	有害・腐食性薬液の定量供給で安全性向上
工場ユーティリティ	水・冷却水・エア・スチームの配管管理

「流体の流れを見えるようにすることで、装置の“内部の健康状態”がよくわかるようになります。

はじめ

異常の予兆を検知したり、省エネにもつながるので、うまく使えば“守り”にも“攻め”にもなる優秀なセンサーです。」

流量と流速の違いとは？

～流量センサーの基礎知識～

機械設計や設備設計の中で、「流量」と「流速」という言葉はよく登場します。
どちらも「液体や気体の流れ」に関係する用語ですが、それぞれ意味が異なります。

本項では、流量センサーを理解する上で必須となる
👉 「流量」と「流速」の違い
👉 関係性・単位・使い分け
について、初心者の方にもわかりやすく解説します。

流速（りゅうそく）とは？

▶ 定義

「流速」は、液体や気体がどれだけの速さで流れているかを表すものです。

▶ 単位

通常は以下のような単位が使われます。

m/s（メートル毎秒）
cm/s（センチメートル毎秒）

▶ イメージ

水道管の中を水が「秒速1メートル」で流れていたら、流速は「1m/s」です。

流量（りゅうりょう）とは？

▶ 定義

「流量」は、一定時間内に流れる液体や気体の「量（体積 or 質量）」のことを表します。

▶ 主な種類と単位

種類	内容	単位（例）
容積流量	体積の流れ	L/min（リットル/分）、m³/h（立方メートル/時）
質量流量	重さの流れ	g/s（グラム/秒）、kg/h（キログラム/時）

▶ イメージ

水が1分間に20リットル流れていれば、流量は「20L/min」です。

流速と流量の関係

実は「流量」と「流速」は、管の太さ（断面積）を介して、密接に関係しています。

数式で表すと

【容積流量 Q（m³/s）】＝【断面積 A（m²）】×【流速 v（m/s）】

💡つまり…

配管が太い（Aが大きい） → 同じ流速でもたくさんの流量が流れる
配管が細い（Aが小さい） → 同じ流速でも少ない流量しか流れない

具体例で比較

項目	太い配管	細い配管
配管径	50mm	10mm
流速	1m/s	1m/s
流量	約117L/min	約5L/min

※どちらも同じ「1m/s」の流速ですが、配管が太ければ流量が圧倒的に多くなります。

なぜ流量センサーは「流速」だけでは足りないの？

一部の流量センサー（熱式・超音波式など）は、流速を測定し、そこから流量を計算しています。
ですが、「流速が分かっても、配管の断面積が分からないと流量は分かりません」。

そのため、実際の設計では以下のような情報を組み合わせて使います。

測定値	どう使う？
流速（m/s）	配管内の流れの勢い・摩耗や騒音の指標にも
流量（L/min）	ポンプ能力や供給量、定量制御に直結

間違いやすいポイント

「速い＝たくさん流れる」とは限らない
- 配管が細ければ流量は少ない
単位を混同しやすい
- m/s ≠ L/min
熱式センサーは「流速」測定型が多い
- 流量に変換には断面積が必要

違いをおさらい

用語	意味	単位	関係性
流速	流れる「速さ」	m/s	流速 × 面積 = 流量
流量	流れる「量」	L/min, m³/h	流速に面積をかけて求める

はじめ

「配管のサイズや流体の性質に応じて、流量センサーの出力をどう使うかが設計のポイントです。“流速”と“流量”を正しく理解していないと、誤った選定や制御ミスにつながるので注意！」

まとめ

流量センサーは、液体・気体の流れを「見える化」する重要なセンサーで、機械設計や制御に欠かせない存在です。

測定対象の性質や条件に合わせて、方式（熱式・電磁式・超音波式など）を選定することが重要。

精度や出力方式、設置環境、コストバランスも考慮しながら最適なセンサーを選びましょう。