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    差壓式質量流量計工作原理

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    通常利用泊肅葉定律來進行內部補償層流(ICL)計算,首先要有一個特殊的管路通道,我們稱之為層流元件(LFE),LFE將迫使氣體分子沿著管道平行通過,幾乎消除湍流后在層流區內測量兩端的壓力差。根據泊肅葉定律,流量與壓差的關系如下:
    Q = (P1 – P2)π r4 / 8ηL
    Q = 體積流量
    P1 = 入口靜壓
    P2 = 出口靜壓
    r = 管道半徑
    η = 流體絕對粘度
    L = 管道長度
    由于π、 r 和 L都是常數,則上述公式可被簡化為:
    Q = K(Δ P/η)
    在這個公式中,K是由管道幾何形狀決定的常數,因此得出一個較簡易的體積流量、壓力差與絕對粘度之間的線性關系。
    氣體溫度變化會影響其粘度,因此需要測量溫度來決定η,絕大多數壓差式設備都是通過人工查表(已知溫度下的氣體粘度表)來實現這一步驟,而采用內部補償層流的流量計&流量控制器則是通過一個獨立的溫度傳感器和一個微處理器來實現。
    現在我們只是知道了體積流量,對于采用內部補償測量層流原理的設備,還需要進行額外的測量來求的氣體質量流量,質量流量與體積流量的關系如下:
    質量 = 體積 × 密度修正系數
    根據理想氣體定律,氣體密度受其溫度和絕對壓力影響。密度與溫度的關系如下:
    ρa / ρs = Ts / Ta
    ρa = 實際氣體密度
    Ta = 實際絕對溫度
    ρs = 標準工況下氣體密度
    Ts = 標準工況下絕對溫度
    °K = °C +273.15
    密度與絕對壓力的關系如下:
    ρa / ρs = Pa / Ps
    ρa = 實際氣體密度
    Pa = 實際絕對壓力
    ρs = 標準工況下氣體密度
    Ps = 標準工況下絕對壓力
    由此可見,要求得質量流量,必須考慮兩個修正因素:溫度對密度的影響和絕壓對密度的影響,可用下面公式表示:
    M = Q(Ts / Ta)( Pa / Ps)
    內部補償層流設備中,其層流區內還有一獨立的絕壓傳感器,該絕壓信號與絕對溫度信號都將被傳送至微處理器,經過計算得出質量流量。
    以上計算需要參考標準工況(STP)下的溫度值Ts和壓力值Ps。標準工況(STP)通常是指位于海平面上,但沒有單一標準,比如常用的標準工況有下面幾種:
    0 °C、14.696 PSIA
    25 °C、14.696 PSIA
    0 °C、760 mmHG
    值得注意的是,質量的單位通常為克、千克等,而質量流量的單位則是SLPM(每分鐘標準升) 、SCCM(每分鐘標準毫升)或SCFH(每小時標準立方英尺)。只要知道設備標定的標準工況及被測氣體在標準工況下的密度,便可計算得出同過的氣體流量為每分鐘多少克或是每小時多少千克。舉個例子:
    已知:
    氣體 = 氦氣
    M = 250 SCCM
    STP = 25 °C、14.696 PSIA
    氣體密度 = 0.166 g/L
    實際質量流量 = M × STP氣體密度
    實際質量流量 = 250 SCCM × (1L / 1000cm3) × 0.166 g/L
    實際質量流量 = 0.0409 g/min (氦氣)

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