常見問題

差壓式質量流量計工作原理-專注微流體控制技術

通常利用泊肅葉定律來進行內(nèi)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(qū)內(nèi)測量兩端的壓力差。根據(jù)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(shù)，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(shù)，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(shù)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(xiàn)這一步驟，而采用內(nèi)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(xiàn)。
現(xiàn)在我們只是知道了體積流量，對于采用內(nèi)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(shù)
根據(jù)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(nèi)部補償層流設備中，其層流區(qū)內(nèi)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(jīng)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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