１．気体の流量単位（体積流量）

　気体は温度、圧力により体積が変化する圧縮性流体のため体積流量では温度、圧力の状態
　を考慮して表す必要があります。
　下の図は空気 1.293kg の体積を表していて、左が 1 atm、0℃の基準状態の体積で 1m³ になり
　直径 1.2408m の球の大きさに相当します。
　右は圧力 0.5MPa(G)、温度 20℃ の体積で 0.1808m^3、直径 0.7016m の球の大きさに相当します。
　この左右の空気の球の質量（重さ）は、どちらも 1.293kg と同じです。
　この図の大きさは原寸比となっていますので加圧された気体の体積がどのように変わるのかが
　客観視できると思います。

　図は気体の「体積」が「圧力」、「温度」の変化で、どう変わるかを説明していますが流量とは、この体積
　が時間あたり、どれだけ流れているかを表したものですので下記の単位を付けて表すことになります。
　SI単位での体積流量はm³/s　またはm³/min、m³/h、L/s、L/min、L/h　で表します。
　このとき0℃、1atm（大気圧）での体積を基準状態（Normal状態）と呼び
　m³/s(ntp)、m³/min(ntp)、m³/h(ntp) 、L/h(ntp)・・・のように (ntp) の添え字を付けて表示します。
　(ntp) = normal temperature pressure

　弊社では JIS B 7551:1999 解説3.3 用語の定義 に従い (ntp) を用いています。

　基準状態（0℃、1atm）での気体の体積はm³(ntp)、L(ntp) で表し
　時間当たりの流量はm³/h(ntp)、L/h(ntp)で表します。

　体積がm³(ntp)なので、m³(ntp)/h、m³(nor)/h と表示している流量計makerもあ りますが
　弊社では m³/h(ntp)、L/h(ntp) のように末尾に (ntp) の添字を記載いたします。
　
　流量計を流れる気体の操業状態（Operation状態）では温度25℃、圧力100kPa(G)などの
　加圧された状態で流れることが多いのですが、知りたいのは基準状態での流量であることが多く
　
　操業状態の体積流量を基準状態の体積流量に換算して　m³/h(ntp)　と表示しています。
　

　SI 単位以前は Nm³/h 、 NL/min  など Normal の N を付けていましたが
　SI 単位の力を表す NEWTON の Ｎ と混同するために SI 単位統一後は使用されなくなりました。

  ※1 日本工業規格　JIS B 7551：1999  フロート形面積流量計
　解説 3.3 用語の定義 　次の例のように表示すべきであると考える。
　Sm³／h  →　m³／h [stp]    Nm³／h →　m³／h [ntp]
　例外処置として刻印や印刷などで [  ] がくずれる場合は、（　）表示で代用している。
　と記載されています。


　※2 社団法人　日本計量機器工業連合会　流量計技術委員会
　「計量法改正に伴う SI 単位移行に関する対応　平成５年１１月
　工業会の対応についてとし
　誤解の生じやすい単位については、原則として次の表記を用います。
　2．気体の体積
　使用状態での体積は、m³、l もしくは Ｌ などの表記とします。
　基準状態（0℃、１気圧）での体積は m³[nor] あるいは m³[ntp] などを用いて表す。
　標準状態（20℃、１気圧）での体積は m³[std] あるいは m³[stp] などを用いて表す。
　

気体の流量が指定された場合に、m^3/h    m^3/min   などのように添え字の指定が無い場合は使用状態
での流量つまり、操業状態での流量  m^3/h(op)   m^3/min(op)  であると解釈して製作することにしています。
誤解を生じないためにも、(ntp)    (op)   の添え字を用いることを推奨しております。

特殊表示について
操業状態での流量に「タービンメータ」の気体の流量表
で「Actual　L／min　、Actual　mL／min」　と記載しております。
これは製造元の米国ＦＴＩ社での表示が Operation を「Actual」と表現しているために
同様の流量表示としているためです。
Actual　L／min　＝　L／min（op）　とお考えください。

注記1．上記例のように体積流量m³/h(ntp)の添え字(ntp)の意味する0℃、1atmと
　　　　　測定流体温度20℃、測定流体圧力100kPa(G)の操業状態とは別ですのでご注意ください。
注記2．Catalogに記載の流量範囲は体積流量m³/h(ntp)またはL/h(ntp)で表示し
　　　　　測定流体温度20℃、測定流体圧力1atmの操業状態としていますのでご注意ください。
注記3．設計温度、設計圧力とは流量計のHard部分設計での仕様であり、密度を決める要素とは
　　　　　別の必要仕様ですのでご注意ください。強度計算などに用いる温度、圧力になります。
注記4．操業時気体密度はノルマル密度が判っている場合は計算によって求めます。

　気体の 0℃、１atm（大気圧）を 基準状態と呼ぶのに対して、20℃、１atm（大気圧）
　を スタンダードと称してm³/h(stp)  or  m³/h(std) と表す場合がありますが、この表現は各業種、各業界
　によって異なるようで特に温度を　20℃、21℃、25℃、17℃、15.6℃・・・と、圧力も1atm、1bar ・・・など
　業種によって異なり、はっきりと定義されているものではないようです。
　その業界、業種の Standard があるようですが統一されているものではないようです。
　よって、(stp) の添え字のみでなく仕様書などで［温度20℃、１atm］など明記したほうが誤解が
　生じないと考えられています。
　弊社では JIS B 7551:1999 フロート形面積流量計 解説3.3 用語の定義　に従って　（stp）　を用い
　温度は一般的な 20 ℃ 、圧力は 1 atm = 101.33 kPa(abs) を用いています。

Normal 状態の流量表示 m³/h(ntp) と Operation 状態の流量 m³/h(op) の関係は次式で表せます。

Ｑ(ntp) ＝　Ｑ(op) × （δop 　／　δntp ）
Ｑ(op ）＝　Ｑ（ntp）×（ δntp　／　δop ）

Ｑ(stp ）＝　Ｑ（ntp）×（ 293.2　／　273.2 ） ＝　 Ｑ（ntp）× 1.0732       Q(stp)：20℃　1atm　の場合／弊社標準
Ｑ(stp ）＝　Ｑ（ntp）×（ 298.2　／　273.2 ） ＝　 Ｑ（ntp）× 1.0915       Q(stp)：25℃　1atm　の場合

Ｑ(ntp ）＝　Ｑ（stp）×（ 273.2　／　293.2 ） ＝　 Ｑ（stp）× 0.9318       Q(stp)：20℃　1atm　の場合／弊社標準
Ｑ(ntp ）＝　Ｑ（stp）×（ 273.2　／　298.2 ） ＝　 Ｑ（stp）× 0.9162       Q(stp)：25℃　1atm　の場合

ここで δop は気体の操業状態の密度で
例えば 25℃、100 kPa(G) の空気の密度は下記の計算によって求めます。

※備考
　JIS B 7551：1999　フロート形面積流量計　3．定義にて
　基準状態　温度0℃、圧力101.3kPaの状態　と記載されていますが
　化学分野の文献など見ると0℃、1atmを標準状態と表現しています。
　JIS B 7551：1999　フロート形面積流量計　解説3.3 用語の定義　でも
　0℃、1atm の状態を JIS M 8010 天然ガス計量方法　では　標準状態
　としていると記載しています。
　このように JIS 規格、業界等で表現の違いが存在していることも注意が必要です。

体積流量に対して容積流量の用語がありますが、体積＝容積　と考え同じ意味です。

質量流量の SI単位はkg/sまたはkg/min、kg/hですが、この場合は温度、圧力に関わらず
質量そのもの ですので、流量表示にこのようなNormal状態、Operation状態を考慮
する必要がありません。
また、蒸気も気体として考えますが蒸気には基準状態はありえませんので
流量単位はm³/hなどの容積流量、kg/hなどの質量流量の操業状態流量で表示して
基準状態流量（ntp）は使用しません。

流量とは関係ないですが、温度、圧力を表現するのに［AMB.］と表示する場合が
あるようですが、 この表現もはっきりとした規まりがないようで和訳すると［環境］
Ambience になるのでしょうか？
どこの環境なのでしょうか？流量計を設計製作するには20℃、100kPa(G)などの明確な数値
が必要な ので仕様書を作成される場合は数値によることをお願いいたします。


２．ボイル・シャルルの法則

一定の質量の気体の体積［Ｖ］は、絶対圧力［Ｐ］に反比例し、絶対温度［Ｔ］に比例する。

　　　　　　　　　　　　
　これを「ボイル・シャルルの法則」と云います。

絶対温度［Ｔ１］、絶対圧力［Ｐ１］、体積［Ｖ１］の気体が
絶対温度［Ｔ２］、絶対圧力［Ｐ２］、体積［Ｖ２］になった場合は
次の関係式が成り立つ。

　　　　　　　　　　　

式を変形すると

　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　


　

計算例１．　（冒頭 1．気体の流量単位の例を当てはめると）

0℃、1ａｔｍ　の空気　1ｍ^３　は
［Ｔ１］＝２７３．２＋０　 Ｋ　［Ｐ１］＝１０１．３３＋０ kPa(abs)  　Ｖ１＝１ｍ^３

20℃、０．５MPa(G)　の空気の体積はいくらか
［Ｔ２］＝２７３．２＋２０ Ｋ　［Ｐ２］＝１０１．３３＋５００ kPa(abs)  Ｖ２＝？　

式に当てはめて計算すると

　　　　

　　　
　
よって、Ｖ２の体積は０．１８０８ｍ^３となります。
　

計算例２．
　　　　　　３００kPa(G)において、２０℃の体積１００リットルの気体を
　　　　　　１００ｋＰａ（Ｇ）、温度１００℃にしたら体積は何リットルになるか。

答え
　　　　　　Ｐ１ ：　３００ｋＰａ（Ｇ）＝１０１．３３＋３００　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ１ ：　２０℃　　　　  ＝２７３．２＋２０　　Ｋ
　　　　　　Ｖ１ ：　１００リットル
　　　　　　Ｐ２ ：　１００ｋＰａ（Ｇ）＝１０１．３３＋１００　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ２ ：　１００℃　　　　＝２７３．２＋１００　Ｋ
　　　　　　以上を式に代入すると

計算例３．
　　　　　　圧力２００ｋＰａ（Ｇ）、温度２０℃の空気が１００ｍ^３／ｈ（ｎｔｐ）で流れている。
　　　　　　操業状態での流量（Operation流量）はいくらか？
答え
　　　　　　Ｖ２ ：　２０℃、２００ｋＰａ（Ｇ）でのOperation流量  　体積＝流量と考える
　　　　　　Ｐ２ ：　２００＋１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ２ ：　２７３．２＋２０　　Ｋ
　　　　　　Ｖ１ ：　１００ｍ^３／ｈ（ｎｔｐ）　　　　　　　　　　　　　　  体積＝流量と考える
　　　　　　Ｐ１ ：　１ａｔｍ＝１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ１ ：　０℃   ＝２７３．２　Ｋ
　　　　　　以上を式に代入すると

          

　

計算例４．
　　　　　　圧力２００ｋＰａ（Ｇ）、温度２０℃の空気が３６．０８ｍ^３／ｈ（ＯＰ）で流れている。
　　　　　　Normal流量（基準状態：１atm、０℃）はいくらか？
答え
　　　　　　Ｖ２ ：　Normal流量  　　　　　　　　　　　　体積＝流量と考える
　　　　　　Ｐ２ ：　１ａｔｍ＝１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ２ ：　０℃　 ＝２７３．２　Ｋ
　　　　　　Ｖ１ ：　３６．０８ｍ^３／ｈ（ＯＰ）　　　　　　  体積＝流量と考える
　　　　　　Ｐ１ ：　２００＋１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ１ ：　２０℃＝２０＋２７３．２　Ｋ
　　　　　　以上を式に代入すると

           

　

計算例５．
　　　　　　空気の流量１００ｍ^３／ｈ（ｎｔｐ）を圧力１ａｔｍ、温度２０℃の流量に
　　　　　　換算するといくらになるか？

答え
　　　　　　Ｖ２ ：　１ａｔｍ、２０℃での流量  　　　　　　　体積＝流量と考える
　　　　　　Ｐ２ ：　１ａｔｍ＝１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ２ ：　２０℃　 ＝２０＋２７３．２　Ｋ
　　　　　　Ｖ１ ：　１００ｍ^３／ｈ（ｎｔｐ）　　　 　　　　　　  体積＝流量と考える
　　　　　　Ｐ１ ：　１ａｔｍ ＝１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ１ ：　０℃　 ＝２７３．２　Ｋ
　　　　　　以上を式に代入すると

            

 備考１．　Normal流量Ｖ１（１ａｔｍ、０℃）を１ａｔｍ、２０℃の状態の流量に
　　　　　　換算するには係数１．０７３２を乗じる。（７．３２％増）

備考２．　１ａｔｍ、２０℃の状態の流量Ｖ２をNormal流量（１ａｔｍ、０℃）
　　　　　　に換算するにはＶ２に係数１／１．０７３２（０．９３１８）を乗じる。

　

計算例６．
　　　　　　外気温度３０℃、配管を流れる流体温度が低温で流量計の指示器温度が０℃になったと仮定
　　　　　　して指示器が密閉構造の場合に指示器の内部圧力はいくらになるか？
　　　　　　外気の気圧を大気圧＝101.3kPa(abs) として考える。
　　　　　　（流量計を配管に取り付ける前の指示器内部は外気温度３０℃で大気圧とした場合）


答え　　　 Ｖ１＝Ｖ２ 　指示器内の容積
　　　　　　Ｐ１ ：　１ａｔｍ＝１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）
　　　　　　Ｔ１ ：　３０℃　 ＝３０＋２７３．２　Ｋ
　　　　　　Ｐ２ ：　指示器内の圧力
　　　　　　Ｔ２ ：　０℃　 ＝２７３．２　Ｋ
　　　　　　
　　　　　　式に代入すると

　　　　　　P2 = (P1×V1×T2)/(T1×V2)
                  =(101.33×273.2)/(30+273.2)
                  =27683.35/303.2
                  =91.30

            よって、指示器内部の圧力は 91.30 kPa(abs) と負圧になる。
　　　　　　101.33-91.30 = 10.03 kPa
　　　　　　外気との間に約10kPaの差圧が発生することになります。
　

気体用流量計を扱うには、この「ボイル・シャルルの法則」を流量計機種
を選定するために行う計算「換算」と、仕様と異なる条件で使用している場合
に実量（真値）を計算で求める「補正」に多用しています。

ボイルの法則（体積と圧力の関係）
１６６２年、イギリスの科学者ボイルが真空ポンプと水銀気圧計を用いて
「温度が一定ならば、一定質量の気体の体積［Ｖ］は圧力［Ｐ］に
反比例する」という、ボイルの法則を発見した。

シャルルの法則（体積と温度の関係）
１７８７年、フランスの科学者シャルルが気体の熱膨張を研究して
「圧力が一定ならば、一定質量の気体の体積［Ｖ］は温度が１℃上昇
するごとに、０℃の時の体積の１／２７３．２ずつ増加する」という
シャルルの法則を発見した。



４．摂氏温度セルシウス（℃）と絶対温度ケルビン（Ｋ）

　　上の式のＴ１　は絶対温度で表します。
　　日常用いる温度はセルシウス温度、摂氏℃を多用しますので絶対温度には換算が必要です。
　　絶対温度は単位（Ｋ）ケルビンで表され、絶対温度０（Ｋ）は−２７３．２℃です。
　　つまり
　　　　　　絶対温度　＝　摂氏　＋　２７３．２　（Ｋ）　となります。

　セルシウス　：　スウェーデンのアンデルス・セルシウスが１７４２年に考案した温度体系。
　ケルビン　 　：　イギリスのウｲリアム・トムソンが定義した熱力学温度体系。
　　　　　　　　　　（トムソンは後にケルビン卿となった、ケルビンとはなじみの深い川の名前）


５．大気圧基準と絶対圧基準

　　上の式のＰ１　は絶対圧力で表します。
　　日常用いる圧力は大気圧基準を多用しますので絶対圧力には換算が必要です。
　　絶対圧力は単位ｋＰａ（abs）で表され、大気圧は１０１．３３ｋＰａ（abs）です。
　　つまり
　　　　　　絶対圧力　＝　大気圧基準（Gage圧）　＋　１０１．３３　ｋＰａ（ａｂｓ）　となります。

 　　例：　圧力 0.5 MPa(G) を絶対圧力で表すと
　　　　　　0.5 MPa(G)  +  0.10133 MPa(abs)  =  0.6013 MPa(abs) = 601.3 kPa(abs)