Proposed in this paper is a method of measurement of the flow rate in a pipe. The sound waves which are propagated within a pipe are characterized by that the wavenumber in the axial direction is changed according to the flow rate, and these characteristics are used in the present method of measurement of the flow rate. The amount of change in wavenumber of sound waves according to the flow rate can be obtained from the relationship among acoustic pressure signals within a pipe, which are measured by using a microphone array. The flow rate can be obtained by using the amount of change in wavenumber of sound waves and the relational equation of the flow rate. With respect to errors that can occur during the measurement of the flow rate, the types of errors and the method of correction of those errors are presented. This method of measurement of the flow rate has application limitation conditions due to the sensor interval, assumption of sound waves as plane waves, etc. The numerical simulation and experiments for measuring the flow rate of air in a pipe are performed in order to verify the applicability of this method of measurement of the flow rate. The experimental results are shown to be similar to those of the numerical simulation. And the flow rate measured is shown to be consistent with the actual value within 5% error bound.
Measurement uncertainty analysis of fuel flow using turbine flowmeter was performed for the case of altitude engine test. SAE ARP4990 was used as the fuel flow calculation procedure, as well as the mathematical model for the measurement uncertainty assessment. The assessment was performed using Sensitivity Coefficient Method. 11 parameters involved in the calculation of the flow rate were considered. For the given equipment setup, the measurement uncertainty of fuel flow was assessed in the range of 1.19~1.86 % for high flow rate case, and 1.47~3.31 % for low flow rate case. Fluctuation in frequency signal from the flowmeter had the largest influence on the fuel flow measurement uncertainty for most cases. Fuel temperature measurement had the largest for the case of low temperature and low flow rate. Calibration of K-factor and the interpolation of the calibration data also had large influence, especially for the case of very low temperature. Reference temperature, at which the reference viscosity of the sample fuel was measured, had relatively small contribution, but it became larger when the operating fuel temperature was far from reference temperature. Measurement of reference density had small contribution on the flow rate uncertainty. Fuel pressure and atmospheric pressure measurement had virtually no contribution on the flow rate uncertainty.
For testing large-capacity pumps, the accurate flow rate measurement is needed in the test loop. As a measuring method of flow rate, venturi tube is recommended due to its low pressure loss. However, upstream disturbance of loop component such as a valve has an effect upon the accuracy of flow rate measurement. For controlling flow rate in case of high flow rate and large-scale piping system, a butterfly-type valve is generally used due to its compactness. However, a butterfly valve disturbs downstream flow by generating turbulence, cavities, or abrupt pressure change. In this study, the effect of downstream disturbance of butterfly valve on the flow rate measurement using a venturi tube is investigated. Test loop consists of circulation pump, reservoir, butterfly valve, venturi tube, and reference flow meter. The test is conducted with regard to a different valve opening angle of butterfly valve. According to the valve opening angle, the uncertainty of flow rate measurement is investigated.
Thermal output in a nuclear power plant is verified with calorimetric heat balance on the secondary plant. The calorimetry involves the precise measurement of the feedwater flow rate. However, the correct indication of feedwater flow rate obtained by a pressure-difference measurement across a venturi can be affected by instrument errors, fouling or a poorly developed velocity profile. This can result in an inaccurate mass flow rate and consequently an inaccurate estimate of power. The purpose of this study is to develop verification methods with accuracy better than $0.5\%$ for high precision flow measurement to be used for measuring feedwater flow rate. This chemical tracer method is a testing process that uses tracers which can be applied to quantify losses in electrical output due to the incorrect measurements of feedwater flow rate. And this system has good response to the variation of the flow rate. Accuracy of better than 0.5 percent can be expected for feedwater flow measurement, providing that the system can be stabilized during the test. This methodology is applicable to other flow systems well.
Gas flow measurement in a closed duct was performed using multi-point Pitot tubes. Measurement uncertainty was assessed for this measurement method. The method was applied for the measurement of air flow into a gas turbine engine in an altitude engine test facility. 46 Pitot tubes, 15 total temperature Kiel probes and 9 static pressure tabs were installed in the engine inlet duct of inner diameter of 264 mm. Five tests were done in an airflow range of 2~10 kg/s. The flow was compressible and the Reynolds numbers were between 450,000 and 2,220,000. The measurement uncertainty was the highest as 6.1% for the lowest flow rate, and lowest as 0.8% for the highest flow rate. This is because the difference between the total and static pressures, which is also related to the flow velocity, becomes almost zero for low flow rate cases. It was found that this measurement method can be used only when the flow velocity is relatively high, e.g., 50 m/s. Static pressure was the most influencing parameter on the flow rate measurement uncertainty. Temperature measurement uncertainty was not very important. Measurement of boundary layer was found to be important for this type of flow rate measurement method. But measurement of flow non-uniformity was not very important provided that the non-uniformity has random behavior in the duct.
A cost-saving feeding rate contro method for a batch reaction process is proposed by reconfigurating the flow rate control loop where the feeding rate is estimated by differentiating weight measurement. While the existing control methods require either a flow rate measurement device or a flow rate estimator, the proposed method is devised not to require neither of these facilities by directly controlling the tank weight with a time-varying set point. Experimental evaluation in a pilot-scale unit shows that the proposed method can significantly reduce the actuator hunting of the existing method where the flow rate is estimated by differentiating the weight measurement.
Venturi has long been an attractive method of measuring flow rate in a variety of engineering applications since pressure loss is relatively small compared with other measuring methods. The current study focuses on making detailed uncertainty estimations as the upstream flow disturbance affects uncertainty levels of the flow rate measurement. Upstream flow disturbance can be determined by 9 different swirl generators. Measurement uncertainty of flow rate has been estimated by a quantitative uncertainty analysis which is based on the ANSI/ASME PTC 19.1-2005 standard. The results of flow rate uncertainty analysis show that the case with systematic error has higher than that without systematic error. Especially the result with systematic error exhibits that the uncertainty of flow rate was gradually increased by swirl flow disturbance. The uncertainty of flow rate measurement can be mainly affected by differential pressure and discharge coefficient. Flow disturbance can be also reduced by increasing of the upstream straight length of Venturi.
The measurement of unsteady flow rate is of vital importance to clarify and improve the dynamic characteristics in pipeline, hydraulic components and system. There is also demand for a real time flow sensor of ability to measure unsteady flow rate with high accuracy and fast response to realize feedback control of flow rate in fluid power systems. In this paper, we propose an approach for estimating unsteady flow rate through a pipeline and components under high pressure condition. In the method, unsteady flow rate is estimated by using hydraulic pipeline dynamics and the measured pressure values at two distant points along the pipeline. The distributed parameter model of hydraulic pipeline is applied with consideration of frequency dependent viscosity friction and unsteady velocity distribution at a cross section of a pipeline. By using the self-checking functions of the method, the validity is investigated by comparison with the measured and estimated pressure waveforms at the halfway section on the pipeline. The results show good agreement between the estimated flow rate waveforms and theroetical those under unsteady laminar flow conditions. the method proposed here is useful in estimating unsteady flow rate through an arbitray cross section in hydraulic pipeline and components without installing an instantaneous flowmeter.
The paper proposes a model-based measurement of unsteady flow rate by using distributed parameter pipeline model and the measured pressure values at two distant points along the pipeline. The distributed parameter model of hydraulic pipeline is applied with consideration of frequency dependent viscosity friction and unsteady velocity distribution at a cross section of a pipeline. By using the self-diagnostics functions of the measurement method, the validity is investigated by comparison with the measured and estimated pressure and flow rate wave forms at the halfway section on the pipeline. The results show good agreement between the estimated flow rate wave forms and theoretical those under unsteady laminar flow conditions. The method proposed here is useful in estimating unsteady flow rate through an arbitrary cross section in hydraulic pipeline and components without installing an instantaneous flowmeter.
We present a novel flow-rate independent cell counter using a fixed control volume between double electrical sensing zones. The previous device based on the single electrical cell sensing in a given flow-rate requires an accurate fluid volume measurement or precision flow rate control. The present cell counter, however, offers the flow-rate independent method for the cell concentration measurement with counting cells in a fixed control volume of $22.9{\pm}0.98{\mu}{\ell}$. In the experimental study, using the RBC (Red Blood Cell), we have compared the measured RBC concentrations from the fabricated devices with those from Hemacytometer. The previous and present devices show the maximum errors of $20.3\%\;and\;16.1\%$, which are in the measurement error range of Hemacytometer (about $20\%$). The present device also shows the flow-rate independent performance at the constant flow-rates ($5{\mu}{\ell}/min$ and $10{\mu}{\ell}/min$) and the varying flow-rate (4, 2, and $4{\mu}{\ell}/min$). Therefore, we demonstrate that the present cell counter is a simple and automated method for the cell concentration measurement without requiring an accurate fluid measurement and precision flow-rate control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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