13-09-2025-Mechanical Measurements-Flow Meters-[EN]-[IT]

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ENGLISH

13-09-2025-Mechanical Measurements-Flow Meters-[EN]-[IT]

With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(lesson/article code: EX_56)

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction
A flow meter, as you might imagine, is a tool used to measure the amount of fluid passing through a section of a pipe in a given time interval.
Flow meters come in various types, the most common of which are listed below:

• Volumetric Flow Meters
• Mass Flow Meters
• Electromagnetic Flow Meters
• Ultrasonic Flow Meters
• Differential Pressure Meters

Diaphragm Flow Meters
Diaphragm flow meters are instruments used to measure the flow rate of a fluid, i.e., a liquid or gas, flowing through a pipe. These meters exploit the principle of the pressure difference generated by a flow restriction.
Below is a sketch of a diaphragm flow meter.

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Operating principle of a diaphragm flow meter Diaphragm

These particular instruments are based on Bernoulli's law and the continuity equation.
Below, the operation is divided into 4 steps.
1-The fluid passes through a plate with a central hole (called the diaphragm), during which the fluid's cross-sectional area is reduced.
2-Reducing the cross-sectional area results in an increase in the fluid's velocity. This occurs precisely at the point of constriction.
3-At this point, another consequence occurs: a pressure drop occurs between the diaphragm inlet and the outlet.
4-At this point, a pressure difference (ΔP) is generated and we have all the data to calculate the volumetric flow rate (Q) of the fluid.
The volumetric flow rate Q is calculated as follows:

Where:
Q = Volumetric flow rate (m³/s)
C = Discharge coefficient (depends on geometry and fluid type), dimensionless
A = Area of ​​the orifice in the diaphragm (m²)
ΔP = Pressure difference, Pa (Pascal) = N/m²
ρ = Fluid density (kg/m³)

Measurement procedure Iterative

The iterative measurement procedure is a special measurement performed when the flow rate measurement depends on parameters that are initially unknown. These parameters can be the fluid density or the discharge coefficient.
Below are the various steps for performing the iterative measurement procedure.
-The first step is to measure the pressure difference between upstream and downstream of the diaphragm.
-Then an initial density estimate is performed.
-A preliminary flow rate calculation is performed.
-The parameters are updated by recalculating the density and discharge coefficient based on the estimated flow rate and operating conditions.
-The flow rate is recalculated with the updated parameters obtained in the previous step.
-A convergence between the measurements is sought, that is, the cycle is continued until the variation between one estimate and the next is less than a predetermined threshold (for example, 0.5%).

Conclusions
When we need to determine the quantity of fluid flowing through a pipe in a given time interval, we can use diaphragm flow meters. Their operation is based on Bernoulli's principle. Essentially, these devices offer a simple and cost-effective solution for flow measurement and are widely used in industrial environments. Their construction makes them suitable for measuring in relatively harsh operating conditions.
They are used in the chemical and petrochemical industries, thermoelectric power plants, food processing, and HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) systems.
They have become widely used in the environments described above, thanks also to their compatibility with aggressive fluids. They can also be integrated with automatic control systems.
History
The first practical uses of similar devices date back to the 19th century, when attempts were made to measure flow rates in canals and aqueducts. These devices underwent design improvements when they were adopted in industrial applications, culminating in the ISO 5167 standard, which defined their geometry and operating conditions. The ISO 5167 standard (Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full) further contributed to the widespread use of diaphragm flow meters.

Question
Did you know that flow measurement, i.e., the quantity of fluid flowing through a cross-section per unit time, has very ancient roots, originating in Roman and Greek hydraulics? Did you know that the Italians Evangelista Torricelli, Giovanni Battista Venturi, the Frenchman Henri Pitot, and the Britishman Osborne Reynolds made significant contributions to the practical impact of flow measurement?

ITALIAN

13-09-2025-Misure meccaniche-Misuratori di portata-[EN]-[IT]

Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_56)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
Un misuratore di portata, come è facilmente intuibile, è uno strumento utile a misurare la quantità di fluido che passa attraverso una sezione di una tubazione in un determinato intervallo di tempo.
I misuratori di portata sono di diverse tipologie, qui di seguito sono elencati i più noti:
-Misuratori volumetrici
-Misuratori di portata massica
-Misuratori elettromagnetici
-Misuratori a ultrasuoni
-Misuratori differenziali di pressione

Misuratori di portata a diaframma
I misuratori di portata a diaframma sono strumenti che vengono usati per misurare la portata di un fluido, cioè di un liquido o di un gas, che scorre all'interno di una tubazione. Questi misuratori sfruttano il principio della differenza di pressione generata da un restringimento di flusso.
Qui di seguito uno schizzo di un misuratore di portata a diaframma

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Principio di funzionamento di un misuratore di portata a diaframma

Questi particolari strumenti si basano sulla legge di Bernoulli e sulla equazione di continuità.
Qui di seguito il funzionamento suddiviso in 4 passaggi.
1-Il fluido attraversa una piastra con un foro centrale (chiamato diaframma), in questo passaggio la sezione del fluido si riduce.
2-Riducendo la sezione si ha come conseguenza un aumento della velocità del fluido. Si intende esattamente nel punto di restringimento.
3-A questo punto si genera un altra conseguenza, avviene una caduta di pressione tra l’ingresso del diaframma e l’uscita.
4-A questo punto si genera una differenza di pressione (ΔP) e si hanno tutti i dati per calcolare la portata volumetrica (Q) del fluido.
La portata volumetrica Q viene calcolata come segue:

Dove:
Q=Portata volumetrica (m³/s)
C=coefficiente di scarico (dipende dalla geometria e dal tipo di fluido), dato adimensionale
A=area del foro nella diaframma (m²)
ΔP=differenza di pressione, Pa (Pascal) = N/m²
ρ=densità del fluido (kg/m³)

Procedura di misura iterativa

La procedura di misura iterativa è una particolare misurazione che viene eseguita quando la misura della portata dipende da parametri che inizialmente non sono noti. Questi parametri possono essere la densità del fluido o il coefficiente di scarico.
Qui di seguito i vari passaggi per effettuare la procedura di misura iterativa.
-La prima cosa da fare è rilevare la differenza di pressione tra monte e valle della diaframma
-Poi si esegue una stima iniziale della densità
-Si effettua un calcolo preliminare della portata
-Si aggiornano i parametri ricalcolando la densità e il coefficiente di scarico in base alla portata stimata e alle condizioni operative.
-Si ricalcola la portata con i parametri aggiornati ricavati nel passaggio precedente
-Si cerca una convergenza tra le misure, ovvero si continua il ciclo finché la variazione tra una stima e l’altra è inferiore a una soglia prefissata (ad esempio, 0,5%).

Conclusioni
Quando dobbiamo determinare la quantità di fluido che attraversa una tubazione in un dato intervallo di tempo possiamo usare i misuratori di portata a diaframma. Il loro funzionamento si basa sul principio di Bernoulli. Sostanzialmente questi dispositivi offrono una soluzione semplice ed economica per affrontare misurazioni di portate e sono molto usati in ambienti industriali. La loro costruzione li rende adatti a effettuare misure in condizioni operative relativamente difficili.
Vengono usati nell’industria chimica, nell’industria petrolchimica, nelle centrali termoelettriche, nei processi alimentari ed in impianti HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning)
Negli ambienti appena descritti si sono diffusi parecchio anche per la loro compatibilità con fluidi aggressivi, inoltre si possono integrare con sistemi di controllo automatico.
Storia
I primi utilizzi pratici di dispositivi simili risalgono al XIX secolo, quando si cercava di misurare la portata nei canali e acquedotti poi questi dispositivi hanno subito dei miglioramenti costruttivi quando sono stati adottati nelle applicazioni industriali fino ad arrivare alla norma ISO 5167, che ne ha definito le geometrie e le condizioni operative. La norma ISO 5167 (Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full) ha contribuito ulteriormente alla diffusione dei misuratori di portata a diaframma.

Domanda
Sapevate che le misure di portata, cioè la quantità di fluido che passa in una sezione per unità di tempo, ha radici molto antiche, radici che partono dall'idraulica romana e greca? Sapevate che gli italiani Evangelista Torricelli, Giovanni Battista Venturi, il francese Henri Pitot, e il britannico Osborne Reynolds diedero grossi contributi per quanto riguarda l'impatto pratico sulle misure di portata?

THE END