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Masse ou de volume - ce qu'ils signifient et comment choisir

Mesure de débit massique et volumique

La différence entre la masse et le volume de mesure du débit

Confusion often arises over the difference between mass and volume flow measurement and when a particular measurement should be applied. Though both technologies will deliver almost identical results under certain conditions, the deviations that can occur where a process is subject to pressure and temperature changes makes it crucial to make the right choice from the outset. Mark Allinson, Process Flow Specialist for ABB’s UK instrumentation business, explains the differences between mass and volume flow measurement and highlights the best applications for each.

Comprendre comment sélectionner correctement la bonne variable de flux peut conduire à des améliorations significatives des performances et de la rentabilité des processus.

En d'autres termes, la masse peut être définie comme la quantité de matière que quelque chose contient. En tant que tel, il est directement lié au poids et est mesurée en unités telles que les grammes, en kilogrammes ou tonnes. Le volume de quelque chose, d'autre part, est la quantité d'espace qu'il occupe, et est généralement exprimée en unités telles que les mètres cubes, décimètres cubes, centimètres cubes ou en litres.

Lorsque la mesure de l'écoulement d'un liquide, de gaz ou de vapeur est concerné, la relation est toujours régie par l'équation D = M / V, où D est la densité, M est la masse et V représente le volume.

Vous pouvez mesurer le débit en utilisant les deux unités de base de masse et de volume, cela est exprimé comme étant le qm débit massique (par exemple g / s ou kg / h) ou le débit volumique, qv (par exemple l / sec ou m3 / h) .

La nature de la relation entre la densité, la masse et le volume est tel qu'une modification de l'un aura une incidence sur l'autre. Les exemples comprennent les gaz entraînés dans des produits tels que de la crème fouettée ou de boissons gazeuses et les mélanges de liquides de densité différents, tels que l'huile et l'eau.

A titre d'exemple, ce qui permet de liquides de différentes densités de circuler à travers un débitmètre volumétrique à la même vitesse n'aura pas d'impact sur le débit, le résultat sera exprimé en termes de combien d'espace le liquide occupe.

Cependant, répéter cette opération avec un débitmètre massique entraînera des différences entre les deux flux, car la différence de densité aura un impact sur la mesure de la masse. Par exemple, un liquide haute densité donnera un débit massique élevé comparé à un liquide basse densité s'écoulant au même débit volumétrique. À titre d’illustration, un litre d’huile végétale par seconde peut donner un débit massique de 950 grammes par seconde, alors qu’une solution de chlorure de sodium 20% dans une solution aqueuse donnerait un débit massique d’environ 1.1 kilogrammes par seconde.

Un bon exemple est une application de remplissage de yogourt. Un pot de yaourt, quand il est plein, doit contenir un volume spécifique de yaourt, qui sera toujours le même, en supposant une densité de produit repetable. Toutefois, la densité du yaourt variera en fonction de la quantité de fruits en elle et la recette spécifique du yaourt lui-même. Dans ce cas, vous devez sais pas combien de yaourt est dans le pot, mais si le mélange de yogourt contient suffisamment de fruits et le montant exact des autres ingrédients. Pour cela, vous devez connaître la masse du yaourt, qui vous dira si le mélange de yogourt est le poids correct pour le volume, car le yaourt est généralement solides en poids.

La situation devient un peu plus compliquée dans les applications de mesure de gaz ou de vapeur, que les gaz et la vapeur d'eau peut être comprimé, ce qui entraîne un changement dans la densité. Avoir accès à une bonne information sur vapeur et d'eau chaude flux autour d'un site est un outil extrêmement puissant pour surveiller et contrôler l'utilisation de l'énergie. Mètres stratégiquement placés forment la ligne de front dans les systèmes de gestion de l'énergie. Dans ces situations, la mesure du débit de vapeur sera affectée par les variations de température et / ou pression. Comme vous compressez un gaz, la mesure de volume change, mais sa masse reste la même, en supposant qu'il n'y a pas de fuites ou pertes dans le système. Gaz de mélange auront également un effet sur la densité.

Accurate metering is the key to energy management. But it’s not the volume of steam that’s the critical measure of the amount of energy moving around the system. What you really need to know is the mass. Traditional differential pressure meters such as orifice plates require ancillary measurements including line pressure transmitters, temperature sensors and a flow computer to produce mass readings for steam, all of which adds up to a high-maintenance headache and additional cost.

Vortex and swirl meters provide a superior alternative, with virtually zero maintenance requirements and greater accuracy – especially in applications where the flow varies over a significant range. Rather than an accuracy of two percent of the upper flow range, which is the best traditional orifice plate can provide, vortex and swirl meters offer an accuracy class as good as +/-0.5% of reading over the entire flow range. Furthermore, the turndown is up to ten times greater than that of a traditional orifice plate. However, the modern generation of integrated orifice meters, such as the ABB OriMaster range offer significant advantages over traditional vortex installations, offering mass flow measurement of steam with integrated multi-variable transmitters, and enhanced accuracy due to accurate centring arrangements.

Débit ou de masse?

Comme avec la plupart des questions relatives à la sélection de la technologie de mesure de débit, il n'y a pas de règles dures et rapides favorisant la sélection définitive de la technologie volumétrique sur la technologie de masse, ou vice versa. Au lieu de cela, il existe un certain nombre de facteurs qui doivent être pris en considération.

Foremost amongst these is to decide what you actually need. What is your product, process or business based on – volume or mass measurement? If you’re buying or selling by volume, then volumetric flowmeters may provide the best solution. Conversely, if you’re using weight as your final measurement, or to derive the value of a product, such as fuel, then mass flow will provide the most accurate measurement for your requirements.

Autres aspects à prendre en considération comprennent le coût des débitmètres sur l'offre et le niveau de précision requis.

Bien que les deux liquides et les gaz peuvent être mesurés en utilisant à la fois volumétrique et la mesure de débit massique, débitmètres massiques trouvent de plus en faveur pour les applications de haute précision, en particulier, que la mesure n'est pas affectée par les effets de la température ou de la pression.

Il existe trois principaux types de technologie de mesure de débit massique. Coriolis débitmètres massiques profiter de l'élan du fluide de déterminer directement le débit massique.

Bien que relativement plus cher que les autres méthodes de débit massique, débitmètres Coriolis sont très précises, et avoir une très large couverture. Ils offrent également des avantages à long terme en termes d'augmentation de l'efficacité du processus des économies de coûts de production et le coût réduit de ownership.The grande précision de Coriolis débitmètres massiques, signifie qu'ils sont idéales pour liquides applications de mesure de débit massique, en particulier ceux qui sont soumis à des variations de la densité du produit ou lorsque un produit est au prix en poids. En outre mètres de Coriolis offrent également la mesure de la densité directe qui peut être précieux pour fins d'assurance de la qualité du produit.

Débitmètres massiques thermiques fonctionnent par mesure de la quantité de transfert de chaleur d'un gaz produit exerce comme il s'écoule au-delà d'un élément chauffant. Une sonde de référence vérifie la température ambiante du gaz environnant, tandis qu'une sonde de mesure détecte le passage de l'élément chauffant thermique. La quantité d'énergie nécessaire pour maintenir le système en équilibre de mesure dépend directement de la masse du gaz ou mélange de gaz qui passe.

Il s'agit d'une mesure directe du débit massique de sorte qu'il est plus simple, et donc plus facile (et souvent moins coûteux) à mettre en œuvre que les techniques qui tirent le débit massique de gaz indirectement. Par exemple, un débitmètre volumétrique de service de gaz serait également besoin de connaître la température et de la pression d'un gaz afin de calculer son débit massique, qui signifie l'achat, l'installation et le maintien de l'instrumentation supplémentaire.

En outre, les débitmètres massiques thermiques prennent des mesures à l'aide de deux petites sondes sur la fin d'un insert. Cela provoque une obstruction mineure seulement dans le flux ambiant, de sorte que la bonne taille des débitmètres massiques thermiques offrent une perte de charge extrêmement faible, typiquement comprise entre une et deux millibars. Vortex mètres par exemple, peuvent produire une perte de charge faible de n'importe où entre quelques dizaines à quelques centaines de millibars pour un système de mesure similaire, tandis que la chute de pression à travers une plaque à orifice équivalent peut être encore plus élevé.

Le troisième type de technologie de débit massique est le débitmètre DP multivariée. Ces dispositifs permettent de mesurer la température et la pression du gaz ou du liquide, ainsi que son débit. Cette information est ensuite utilisée pour déterminer la densité ainsi que le débit volumétrique, à partir de laquelle une valeur de la masse peut être dérivée. A la différence de Coriolis et des débitmètres massiques thermiques qui sont en contact direct avec le gaz ou liquide, débitmètres multivariables sont considérés comme une méthode indirecte de mesure, en tant qu'information de débit massique est déduit en utilisant des valeurs de température et de pression.

Exprimez-vous
It is not unusual for engineers to express mass flow measurements in volumetric units. However, to be able to compare volumetric-based flowrates for gases, it becomes necessary to factor in standard or normalised conditions for temperature and pressure. In practice, ‘normalised’ volume units and ‘standardised’ volume units are the same, with only the reference temperatures and pressures being set at different amounts. Normalised units are referenced to 1013 mbar a, and 0 degrees C. Standardised units are referenced to 14.7 psi a and 70 degrees F.

Pour permettre une comparaison précise des débits à faire, il est essentiel de vérifier si les mesures de gaz en question sont exprimés en unités normalisées, unités standardisées, comme de pieds cubes standard (std) ou que les unités réelles, celles-ci étant la température réelle et les conditions de pression qui existent dans la plante.

L'importance de cela est démontré par la comparaison suivante entre le volume normalisé et le volume réel:

ACTUAL NORMALISEE
0.1m3 at 0°C and 10.13 bar a = 1m3 at 0°C and 1.013 bar a

Si ces deux volumes ont été exploités par un système, le débit réel de 0.1m3 par seconde est égal à 1Nm3 par seconde. Bien que le débit volumique dans les deux cas est différente, la vitesse d'écoulement de masse est identique.

Un point essentiel à retenir lors de l'utilisation des mesures volumétriques réelles est que la mesure précise des différents flux ne sera possible que lorsque ces flux sont soumis à des conditions de température et de pression identiques.

Résumé
Put simply then, choosing whether you need to measure volume or mass flow depends on what you’re trying to measure and why. For an application filling a tank, for example, where the tank holds a specific volume, volumetric flow measurement may provide the most straightforward answer.

Lorsque vous souhaitez mesurer la quantité de quelque chose référencée au poids, alors le débit massique fournira la meilleure solution.

The interlinked relationship between volume, mass and density measurement, coupled with the greater sophistication of mass flow measurement instruments over volumetric devices, particularly for gas flow measurement, has seen users increasingly adopting mass flowmeters, particularly in energy anagement and ‘mass balance’ applications.

Pour liquides mesures de débit massique, débitmètres massiques Coriolis doivent toujours être pris en considération. Ces débitmètres sont idéales pour des applications soumises à des variations de la densité du produit ou si un produit est au prix en poids. Leur grande précision et répétabilité peuvent offrir d'excellents économies de coûts. En outre, parce que ces débitmètres permettent de mesurer la densité du produit, la qualité du produit, et même son identité peuvent être facilement évalués.

For gas flow measurements, consider either thermal mass flowmeters or perhaps differential pressure flowmeters, such as ABB’s OriMaster M. Both of these technologies offer an economical solution, particularly in large pipe sizes and across wide measurement ranges, enabling accurate measurement even at very low flows. They also offer a low pressure drop, helping to minimise energy losses.

Steam mass flow can be measured with OriMaster, with vortex meters or by using ABB’s unique Swirl flowmeter design, offering excellent low flow performance and minimal installation length.

En tant que fabricant et fournisseur d'une gamme complète de technologies de débitmètre, ABB est bien placé pour offrir des conseils et des orientations sur la meilleure débitmètre pour votre application. Pour plus d'informations, s'il vous plaît appelez 0870 600 6122 ou E-mail: [EMAIL PROTECTED]

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