比べてみると質量流量と体積流量実際の違いは単純です。質量流量は実際に移動している物質の量を示しますが、体積流量は物質が移動する間に占める空間の量を示します。どちらも有効な測定値です。問題は、人々がそれらを交換可能な - として扱い、特にガス、蒸気、および温度、圧力、または組成によって密度が変化する流体の場合、そうではないときに始まります。
このガイドでは、質量流量と体積流量の違い、それらの間の変換方法、それぞれの正しい選択、および測定値を特定の流量計に合わせる方法について説明します。これは、単に用語を定義するだけでなく、メーターを指定する必要があるエンジニアとバイヤー向けに書かれています。
簡単な答え:使用体積流量(m3/h、L/min、GPM) 密度がほとんど変化しない水のような安定した液体の場合。使用質量流量(kg/h、lb/h)、ガス、蒸気、燃料、投与、エネルギーや物質のバランス作業など、同じ体積に非常に異なる量の物質を保持できる場合があります。{0}流体が圧縮性であり、不確かな場合は、質量を測定するか、質量を補正してください。
質量流量と体積流量: 簡単な比較
2 つの測定結果は、異なる質問に答えます。質量流量の答えどれだけの物質が動いているのか;体積流量の答えどのくらいの量が動いているのか。これらは密度によってリンクされているため、密度が既知で安定している場合、それらの間の変換は簡単です。密度が変化すると -、ガスの通常の場合 -、そのリンクは複雑になり、ほとんどの測定誤差はそこから生じます。
| 要素 | 質量流量 | 体積流量 |
|---|---|---|
| 測定内容 | 実際の材料の量 | 移動する流体が占めるスペース |
| 主な質問 | どれだけの物質が動いているのか？ | どれくらいの量が動いているのでしょうか？ |
| 基本式 | 質量流量=密度 × 体積流量 | 体積流量=面積 × 速度 |
| 共通ユニット | kg/h、kg/s、lb/h、g/min | m3/h、L/min、GPM、CFM |
| 密度の役割 | 量を直接表す | 大量が必要な場合にのみ必要です |
| 温度・圧力 | ガス条件が変化しても堅牢 | 濃度が変わると読み取り値がずれる |
| こんな方に最適 | ガス、蒸気、燃料、注入、バランス | 水、安定した液体、サイジング、HVAC |
| 代表的なメーター | コリオリ、熱質量 | 超音波、磁気、タービン、PD、可変領域 |
| コスト傾向 | 多くの場合、直接質量測定の方が高くなります | 多くの場合、一般的な液体使用量は低くなります (サイズ、材質、精度、認証によって異なります) |
| 主なリスク | 十分な音量を指定しすぎている- | 気体または蒸気の密度変化を無視する |
質量流量とは何ですか?
質量流量は、パイプ、ダクト、ノズル、またはメーターを通って単位時間あたりに点を通過する物質の量です -。支配関係は次のとおりです。
ṁ = ρ × Q、 どこṁは質量流量、ρは流体密度、そしてQは体積流量です。
一般的な単位は、kg/h、kg/min、kg/s、g/min、lb/h、および t/h です。ガスの場合は、SLPM、SCCM、SCFM、Nm3/h も表示されます。これらは体積単位のように見えますが、量固定条件セットを参照するガスの量 - は、混乱の原因となることが多いため、覚えておく価値があります。
材料の実際の量が品質、コスト、安全性、またはエネルギーを左右する場合は、質量流量に到達します。
- 化学物質の投与、混合、反応制御
- 燃料と燃焼ガスの消費量
- 蒸気とエネルギーの計算
- 保管転送と請求{0}}関連の測定
- 温度または圧力が密度を変動させるほど変動するプロセス
圧力が変化したために、同じパイプで使用可能な物質の量が時間ごとに異なる場合、体積だけでは必要な量がわかりません。基礎となる感知原理については、質量流量計は動作します.
体積流量とは何ですか?
体積流量は、単位時間あたりにポイントを通過する流体の体積です。基本的な関係は次のとおりです。
Q = A × v、 どこQは体積流量、Aは断面の流れの面積です。-vは平均速度です。
一般的な単位は、m3/h、m3/s、L/min、L/h、GPM、CFM、ft3/min です。体積流量は、冷却ループ、ポンプの吐出、灌漑、タンクの充填、HVAC の空気バランス、パイプやポンプのサイジングなどの通常の条件下では密度がほとんど変化しない、水および安定した液体の場合には自然な選択です。このような場合、体積計は通常、よりシンプルで安価で、メンテナンスも容易です。ほとんどの速度-ベースの楽器-を含む超音波流量計- は実際に体積流量を測定し、密度が与えられた場合にのみ質量を推測します。
体積流量を質量流量に変換するにはどうすればよいですか?
密度はこの 2 つを結び付けます。
ṁ = Q × ρ、または並べ替えると、Q = ṁ ÷ ρ.
密度が既知で安定している場合、これはきれいに機能します。モーメント密度が変化すると信頼性が低くなり、測定も補償もされません。
簡単な液体の例: 10 m3/h で流れる水、密度はおよそ1000kg/m3、10 m3/h × 1000 kg/m3=10,000 kg/h を与えます。この近似は水にも当てはまります。その密度はかなり安定していますが、温度とともに変動します。- 水は沸騰付近では 4 度よりも約 4% 軽いです。熱い液体、混合液体、スラリー、または濃度が変化する液体の場合は、変換を信頼する前に密度を確認してください。
ガスの流れがより難しいのはなぜですか: 密度、温度、圧力?
ガスの密度は一定ではありません。気体を圧縮すると、同じ体積により多くの質量が保持されます。加熱すると膨張してより多くの体積を占めます。これは次のことから直接導き出されます。理想気体の法則、高圧での実際の気体の圧縮率 (Z) 補正を使用します。したがって、ある圧力と温度での 100 m3/h の空気量は、別の圧力と温度での 100 m3/h の空気量と単純に同じではありません。
そのため、ガスラインは質量流量、標準の体積単位、および温度と圧力の補正に依存しています。気体の体積測定値から質量流量を取得するには、密度 - が必要です。これは、実際の圧力と温度 (および理想的には組成) をフロー コンピューターまたはトランスミッターに入力することを意味します。一般的で実用的なセットアップでは、速度計または差圧計と、圧力トランスミッターそして温度入力。問題は、推定される質量流量はそれらの入力と同じくらい優れているということです。密度、圧力、温度、組成が間違っていると、計算された質量も間違っています。
実際の流量と標準流量: SCFM と ACFM および Nm3/h
最も一般的なガス測定トラップは、実際の体積流量と標準の体積流量を混同するものです。-
| 学期 | 単位例 | それが表すもの | 使用される場所 |
|---|---|---|---|
| 実際の体積流量 | ACFM、実際の m3/h | 実際の動作温度および圧力における体積 | サイズ設定、速度チェック、圧力降下作業- |
| 標準体積流量 | SCFM、Nm3/h、SLPM | 固定基準温度と圧力に正規化された体積 | ガス量の比較、請求参照 |
| 質量流量 | kg/h、lb/h | 条件に依存しない実際の材料の量 | 燃焼、投与、保管転送、エネルギー |
標準単位が存在するため、ガス量を同等の条件で比較できます - ただし、基準条件が指定されている場合に限ります。がある「標準状態」の単一の普遍的な定義はありません: 天然ガスの ISO 13443 では 15 度が使用されており、米国の石油およびガス業界では多くの場合 60 度が使用されており、複数の団体が複数の定義を維持しています。 2 つのガス数値を比較する前に、次のことを確認してください。
- その値は実際の値ですか、それとも標準ですか?
- どの基準温度と圧力が適用されますか?
- ガスの組成はわかっていますか?
- 測定値は温度と圧力で補正されていますか?
- メーターは質量を直接測定していますか、それとも計算していますか?
同一に見える 2 つの測定値は、非常に異なるガス量を表している可能性があります。
アプリケーション-ベースの選択例
定義だけでは理解できません。この選択が実際の植物でどのように起こる傾向があるかを次に示します。
水の処理と配水
処理水、原水、および冷却ラインの場合、ジョブは通常、パイプラインを通過する量、つまりパイプラインを通過する m3/h、ポンプ出力、総スループットです。密度は安定しているため、体積計が現実的な解決策です。パイプの切断が望ましくない完全な DN100-プラス処理水-ラインでは、クランプオン超音波流量計パイプがいっぱいになり、音響が適切である場合は、- の外側から改修してください。廃水、汚泥、その他の導電性または汚れた液体の場合、電磁流量計可動部品がなく、固体に対する耐性が優れているため、主力製品です。フィールドメモ: ここで質量または密度の補正に移動するのは、日常的な流量合計ではなく、熱または質量天秤を実行している場合のみです。
圧縮空気、窒素、その他のクリーンガス
圧縮空気計量は、実際の-対-標準との混乱が最も深刻なところです。人々はライン圧力で m3/h を記録し、それをサプライヤーの Nm3/h と比較します。これは異なる量です。クリーンで乾燥したガスの場合、熱式質量流量計質量（または標準体積）を直接読み取り、圧縮空気、窒素、酸素、バイオガス、天然ガスを適切に処理します。ただし、制限には注意してください。ガスの組成、水分、汚染が変化すると、これらのメーターが依存する熱伝達挙動が変化するため、クリーンで既知のガスに最適です。-
天然ガスおよび燃料バーナー
バーナーはガスが占める空間の大きさを気にしません。どれだけの燃料が到着するかが重要だ。それは質量、つまりエネルギーの問題です。熱質量計は多くのクリーンな燃料-ガスラインをカバーし、圧力-と温度-が補償された渦または差圧計は、より高い-圧力またはより高い-温度のサービスに対応します。どのようなテクノロジーであっても、成果物は調整された質量または標準体積の数値であり、生の実際の体積ではありません。{9}}
蒸気エネルギーの監視
蒸気は圧縮可能で高温になるため、体積流量だけではエネルギーについてほとんどわかりません。飽和蒸気または過熱蒸気の場合、渦流量計圧力と温度の補正を使用して、速度を質量またはエネルギーの読み取り値に変換するのが一般的な選択です。蒸気の補償を省略することは、エネルギー使用量を虚偽表示する簡単な方法の 1 つです。
化学物質の投与と混合
レシピが質量比 - 反応物、添加剤、ブレンド - で定義されている場合、体積ではなく質量が必要です。これは、一定量の温かい液体または濃度が変化した液体は物質の一定量ではないためです。-これは直接質量測定の典型的なケースです。あるコリオリ計個別の密度計算を行わずに、質量、通常は密度と温度を測定します。コリオリが過剰になるオイルや粘性液体の低コスト注入には、正の変位または-楕円形の-ギアメーター確実な体積基準が得られます。
燃料とオイルの移送
ディーゼル、燃料油、および潤滑油の場合、液体は適度に安定していますが、多くの場合粘度があります。あタービン流量計クリーンで低粘度の燃料に適しています。-プラスの排気量とギア メーターは粘度の高いオイルに対応します。-請求または保管の転送が関係し、密度が温度によって変化する場合は、温度補正を追加するか、直接質量測定にステップアップします。
質量流量と体積流量計の選択マトリックス
これを候補リスト ツールとして使用し、正確な流体、圧力、パイプと照らし合わせて検証します。
| メーター | 対策 | こんな方に最適 | 理想的ではありません | インストールに関する注意事項 |
|---|---|---|---|---|
| コリオリ | 質量（直接） | 高精度の質量、計量、保管転送、密度出力- | 限られた予算で非常に大規模なライン。高圧-落下-ケース | 列をなして;重量、圧力損失、振動を考慮する |
| 熱質量 | 質量・標準容積 | クリーンな乾燥ガス: 圧縮空気、窒素、バイオガス | 湿った、汚れた、または変動する組成のガス。{0}液体 | 挿入またはインライン。既知のガス特性が必要 |
| 超音波（通過時間）- | 音量（ベロシティ） | きれいな液体、改造、大きなパイプ、クランプ- | 重い泡または固体。パイプが部分的に満たされている | クランプ-またはインライン。フルパイプと良好な音響が必要です |
| 超音波（ドップラー） | 音量（ベロシティ） | 粒子や気泡を含む液体 | 反射板のない非常にきれいな液体 | クランプ-フロー内の反射粒子に依存します |
| 電磁 | 音量（ベロシティ） | 導電性液体：水、廃水、スラリー | -非導電性流体。ガスと蒸気 | インラインまたは挿入。液体は導電性でなければなりません |
| ボルテックス | 体積（質量を補正） | 広範囲の蒸気、ガス、一部の液体 | 流量が非常に少ない。重いスラリー | 直線走行が必要です。蒸気エネルギーとして P と T を追加します。 |
| タービン | 音量（ベロシティ） | きれいな低粘度の液体と気体- | 粘性のある流れ、汚れた流れ、または脈動する流れ | 列をなして;破片や粘度の変化に敏感 |
| 容積式/ギア | 音量 | オイル、燃料、粘性液体 | 可動部品を詰まらせる可能性のある汚れた液体 | 列をなして;可動部品の定期メンテナンス |
| 可変領域（回転計） | 音量 | シンプルなローカル表示、低コスト | リモート出力、高精度、保管転送 | 垂直取り付け;主に視覚的な読み上げ |
| 差圧（オリフィス・ベンチュリ） | 体積（推定） | 適切に設計された場合の液体、気体、蒸気 | 低い流量範囲または広範囲に変化する流量範囲 | 直線走行が必要です。出力は安定した圧力降下に依存します |
シンプルな選択決定パス
最初のカットを素早く行いたい場合は、次の質問を順番に実行してください。
- 流体は気体ですか、それとも蒸気ですか?次に、質量流量または補正された標準体積測定を選択します。-
- 安定した水または同様の液体ですか?通常は体積流量で十分です。
- 密度は温度、圧力、濃度によって変化しますか?次に、質量流量、または体積と密度、温度、圧力の補正を選択します。
- パイプを切るのは問題ないでしょうか？次に、液体ライン全体にクランプ式超音波計を使用することを検討してください。{0}
- 液体は導電性ですか、汚れていますか、またはスラリーですか?その場合、通常は電磁計の方が適しています。
- 高精度または材料バランスが重要ですか?次に、推定質量よりも直接質量測定を優先します。
これらはいずれも適切なレビューに代わるものではありませんが、通常は 10 個の選択肢が 2 つまたは 3 つに絞り込まれます。より広範なチュートリアルについては、このガイドを参照してください。適切な流量計の選び方.
流量計の見積もりを依頼する前に何を準備する必要がありますか?
最初にこれを収集すると、より速く、より正確な推奨事項が得られます。
- 流体および相：水、油、薬液、圧縮空気、天然ガス、蒸気、スラリー、または混合
- 測定目標: 容量の体積、または投与量、エネルギー、または請求の質量
- 通常および最高の温度と圧力
- 密度挙動: 安定、または温度、圧力、または組成によって変化
- 最小、通常、最大流量
- パイプサイズ、材質、肉厚、ライナーの状態、使用可能な直管
- 必要な精度: モニタリング、プロセス制御、投与、エネルギー、または保管転送
- 取り付けの制約: インライン、クランプ{0}}、または挿入
- 出力および通信: 4 ～ 20 mA、パルス、リレー、RS485 Modbus、または HART
- メンテナンスと予算の優先順位
これらを手にすれば、次のことができます。仕様をアプリケーション エンジニアに送信します数回の往復をスキップします。--
避けるべきよくある間違い
ガス量を固定として扱う
指定された条件のないガス量の測定値は、実際の量を 2 桁のパーセンテージで上回るか下回る可能性があり、請求と燃焼調整の両方が台無しになります。{0}}条件が不明な場合は、体積測定値が同じ量のガスを表していると決して想定しないでください。
標準流量と実際の流量を混同する
SCFM、SLPM、SCCM、Nm3/h は実際の配管容積と同じではありません。これらを実際の m3/h と比較すると、実際には単なる単位の不一致である架空の「損失」または「利益」が生じます。必ず基準条件を確認してから行ってください。
密度を使用せずにボリュームを使用してマテリアルバランスを実現する
プロセスに大量のデータが必要な場合、大量の読み取りだけでは十分ではありません。天びんは静かに変動し、バッチの品質や歩留まりが低下します。密度、または直接の質量測定が必要です。
普通の水の質量計を過剰に指定している-
質量計は強力ですが、すべての作業に必要なわけではありません。安定した水流を得るには、使用しない精度と密度出力にお金を払い、多くの場合、圧力降下が追加されます。通常は容積計の方が実用的です。
設置条件を無視した場合
正しく取り付けられていないと、右側のメーターでも読み取りが悪くなります。不十分な直管、取り込まれた気泡、固体、振動、部分的に満たされたライン、または乱れた流れプロファイルはすべて、精度を低下させる可能性があります。
よくある質問
質量流量は体積流量と同じですか?
いいえ、質量流量は単位時間当たりに移動する物質の量です。体積流量は、移動する流体が単位時間あたりに占める空間です。それらは密度によって関連付けられていますが、同じ量ではありません。
質量流量と体積流量の間の式は何ですか?
質量流量=体積流量 × 密度、または体積流量=質量流量 ÷ 密度。密度が既知で安定している場合、式は信頼できます。
質量流量と体積流量ではどちらが優れていますか?
どちらが一般的に優れているというわけではありません。材料 - のガス、蒸気、燃料、注入量、または材料バランスの実際の量が必要な場合は、質量流量が優先されます。安定した液体容量、冷却、HVAC、パイプやポンプのサイジングには、体積流量が最適です。-
気体では質量流量がよく好まれるのはなぜですか?
ガス密度は温度と圧力によって変化するため、一定の体積に保持できる物質の量は非常に異なります。質量流量は実際の量を直接測定します。
体積流量計は質量流量を計算できますか?
はい、密度 -、ガスと蒸気の場合、温度と圧力の補正も可能です。計算された質量の精度は、これらの入力のそれぞれに依存します。
SCFM と ACFM: 違いは何ですか?
ACFM は実際の動作条件での体積です。 SCFM は、基準温度と圧力に対して正規化された同じ流量です。同じガス、異なる数値 - は、比較する前に必ず基準を確認します。
Nm3/h と m3/h は同じですか?
いいえ、Nm3/h は基準条件に正規化されていますが、実際の m3/h は動作条件でのものです。液体の場合、違いはわずかです。ガスの場合、これは重要です。
超音波流量計は質量計ですか、それとも体積計ですか?
ほとんどの超音波計は速度を測定し、体積流量を報告します。密度が指定された場合にのみ質量を報告します。磁気メーターとの詳細な比較については、を参照してください。超音波流量計と電磁流量計の比較.
コリオリ流量計は質量流量計ですか?
はい。コリオリ計は質量を直接測定し、ほとんどのモデルでは密度、温度、計算された体積流量も提供します。
体積、圧力、温度しかありません - 質量流量を取得できますか?
気体の場合、そうです。密度は気体法則 (組成とともに) から得られるため、質量流量を導き出すことができます。結果は計算されるため、それらの入力の精度が継承されます。
適切な流量計の選択: 概要
それを剥がして、質量流量と体積流量それはあなたが知っておくべきことの問題です。燃焼、投与、エネルギー、または請求に使用する物質 - の実際の量が必要ですか?質量を測定するか、体積の読み取り値を密度で補正します。安定した液体でのスループット、容量、またはポンプとパイプのサイジングが必要ですか?通常は、体積流量で十分です。圧縮性流体が水であるかのように体積で計量される場合、高価な間違いが発生します。
コミットする前に、流体、動作条件、密度挙動、精度目標、パイプデータ、設置方法、出力信号を明確にします。これらを定義すると、私たちの流量測定チームアプリケーションを適切なテクノロジーに適合させることができます。
このガイドは Flowt アプリケーション エンジニアリング チームによって管理されており、水、ガス、蒸気、プロセス液体の設備全体で超音波、電磁、渦流、熱式質量流量計を選択した現場での経験に基づいています。{0}標準-レベルの定義については、流量測定と標準参照条件に関する ISO および NIST のリファレンスを参照してください。
