Moneytizerによる広告を掲載しています。概要この記事ではエネルギー管理士(熱分野)の出題分野である、計測及び制御について解説します。計測及び制御は課目IV"熱利用設備及びその管理"の中で、大問6問中2問出題されています。計測の内容も制御の内容も、ある程度出題頻度が高い問題が決まっていますので、まずはその内容を重点的に勉強しましょう。出題頻度が高いのでよく勉強しておきましょう。材質の異なる2本の金属線の両端を接合して閉回路を作成します。これを熱電対といいます。熱電対の2つの接点を異なる温度に保つと電流が流れます。これをゼーベック効果といい、その電流を起こさせる起電力を熱起電力といいます。熱起電力の大きさは両接点の温度によってのみ決まり、金属線の太さ・長さ及び接点以外の部分の温度には無関係であることが知られています。したがって、一方の接点の温度を一定に保ち、この回路に生ずる熱起電力を測定することにより、他の接点の温度を知ることができます。熱電対の種類も出題されやすいです。200~300T、K、R熱電対は過去によく出題されています。放射温度計3年に1回くらいは出題されています。全ての物体は表面から電磁波の形態で熱を放出しており、この熱放射を利用して温度を測定するのが放射温度計です。移動物体や回転体の測定が可能。遠距離物体や非常に大きい物体の測定が可能。小さい物体の測定が可能。非常に速い応答速度の測定が可能。広い面積の温度分布の測定が可能。物体の放射率に測定精度が左右される。測定対象の近くに高温物体があると、その物体の熱放射エネルギーが測定対象から反射されるので大きな誤差が生じる。放射温度計と測定対象の間に物質があると、測定できないか大きな誤差を生じることがある。以下の表に放射温度計の種類をまとめました。物体からの放射エネルギーをほぼ全波長にわたって熱の形で受け、素子の温度上昇により測定する。物体からの放射エネルギーのうち、狭い波長帯の可視光または近赤外線を受けて電気信号に変える。2つの波長の放射エネルギーの強さの比を測って温度を知る。灰色減光や視野欠けに強い。一次元又は二次元的に測定対象を走査して広い範囲の温度を測定する。流れている管路の途中に流路が狭くなる"絞り"を入れると、その前後に差圧が発生します。この差圧は流量の2乗に比例することがわかっており、差圧を測定することで流量を求めることができます。絞り機構にはオリフィス、ノズル、ベンチュリ管などがありますが、オリフィスが最も多く使用されています。国際的に規格が整備されており、規格に従って製作し設置すれば、実際に流体を流して校正する必要がない。広い範囲の流体に適用できる。可動部がないので保守が容易である。実質的な流量測定範囲がやや狭い。オリフィスでは圧力損失が大きく、省エネルギー的には不利である。固形物や気泡を多く含む液体や、脈動流には適していない。絞り機構の前後にかなり長い直管部が必要である。流れに対して超音波を斜めに両方向から照射すると、流れの順方向と逆方向で超音波の伝播時間に差が生じます。その伝播時間差が流速に比例することを利用して流速を測定し、流量を求めます。この手法は液中に気泡や固形物が多く含まれていると測定できません。流体に超音波を照射すると、流体内の気泡や固形物で反射した超音波がドップラー効果によって周波数がシフトします。送信破と受信破の周波数の差が流速に比例することを利用して流速、流量を求めます。この手法は伝播速度差式とは逆に、液中に気泡や固形物がないと測定できません。流れの中に柱状の物体を置くと、物体の下流側で2列の渦が安定して交互に発生する場合があります。この渦はカルマン渦と呼ばれ、渦の周波数fと流速vの間には、$$f=St\frac{v}{d}$$f:渦の周波数[1/s]、St:ストローハル数[-]、v:流体の流速[m/s]、d:物体の代表長さ[m]上の式の関係があります。ストローハル数Stはレイノルズ数のかなり広い範囲で一定となるため、渦の周波数を測定すれば流速、流量を算出することができます。ピトー管式流速計ピトー管により全圧と静圧を測定することで差圧を測定することで、流速、流量を測定します。ベルヌーイの定理から式を変形すると、$$v_{1}=\sqrt{\frac{2(p_{0}-p_{1})}{ρ}}$$上の式となり、差圧が流速の2乗に比例することがわかります。詳細は以下の記事で解説しています。【課目II:流体工学の基礎】エネルギー管理士(熱分野)の出題分野を解説この記事ではエネルギー管理士(熱分野)の出題分野である、流体工学の基礎について解説します。流体工学の基礎は課目II"熱と流体の流れの基礎"の中で、大問4問中1問出題されています。やっている方にとっては得点源となるでしょう。ブルドン管圧力計、ベローズ式圧力計、ダイアフラム式圧力計などが挙げられます。これらの中ではブルドン管式圧力計が出題されやすいです。断面が楕円形の金属管の一端を閉じ、C字形・渦巻形・つる巻き形などの形に巻き、他端から圧力を加えると、巻かれた管はほどける方向に動きます。閉じた先端の変位量は、加えた圧力に比例するため、この変位をギアやレバーで拡大して指針を動かします。構造が簡単で安く製作できる。管の材料・寸法を選べば、非常に広い圧力測定範囲をカバーする。測定にあたって外部からのエネルギーを必要としない。大部分にブルドン管式が使用されています。指示機構は誤差が出やすいため、軽くて摩擦のないようにする必要がある。