alicat带您了解基于压差的层流测量

alicat带您了解基于压差的层流测量

Alicat质量流量​​仪器的工作原理是基于压差的层流测量。我们的流量计和流量控制器是多参数（多变量）仪器，还显示我们用于确定体积流量和质量流量的压力和温度数据。

Poiseuille的层流测量方程

内部补偿层流（ICL）单元中流量测量的一种方法是基于Poiseuille方程的物理特性。首先，创建内部限制。这种限制被称为层流元件（LFE）。LFE迫使气体分子沿着通道的长度以平行路径移动，几乎消除了流动湍流。在层流区域内测量压差。

Poiseuille方程量化了压降与层流体积流量之间的关系，如下：

Q =（P 1 -P 2）πR 4 /8ηL

哪里：

Q =体积流量
P 1 =入口处的静压
P 2 =出口处的静压
r =限制的液压半径
η=流体的绝对粘度
L =限制的长度

由于π，r和L对于给定的LFE是恒定的，因此该等式可以重写为：

Q = K（ΔP）/η

在该等式中，K是由限制的几何形状确定的常数因子。它以更简单的形式显示了体积流速（Q），压差（ΔP）和绝对粘度（η）之间的线性关系。

气体温度的变化会影响气体的绝对粘度。这需要温度测量来确定η的值。对于大多数基于压差的装置，这通过手动参考指示在给定温度下气体的粘度特性的图表来完成。在Alicat中，通过使用离散温度传感器和微处理器连续执行该参考。

质量流量测量

此时，仅确定了体积流量。对于层流装置来解决热流仪器的范围限制，必须进行额外的测量以确定气体的实际质量流速。体积流量与质量流量之间的关系是：

质量=体积*密度校正因子

理想的气体定律向我们表明，气体的密度受其温度和绝对压力的影响。使用理想气体定律，温度对密度（恒定压力）的影响是：

ρ 一个 /ρ 小号 = T 小号 / T 一

哪里：

ρ 一个 =密度在流动条件
Ť 一个 =绝对温度（°K）在流动条件以开尔文
ρ 小号在标准条件下（STP）=密度
Ť 小号在标准条件下（STP）以开尔文=绝对温度（°K）
（° K =°C +273.15）

同样，绝对压力对密度（恒温）的影响是：

ρ 一个 /ρ 小号 = P 一 / P 小号

哪里：

ρ 一个 =密度在流动条件
P 一个在流动条件=绝对压力
ρ 小号 =密度在标准条件下（STP）
P 小号 =在标准条件下的绝对压力（STP）

因此，为了确定质量流量（M），必须对体积流量（Q）应用两个校正因子：温度和绝对压力对密度的影响。转换为质量流量可以一起写成：

M = Q（T s / T a）（P a / P s）

在Alicat质量流量​​计中，离散的绝对压力传感器放置在流动的层流区域中。该信息被发送到微处理器并与来自离散绝对温度传感器的数据组合以进行适当的计算以确定质量流量。

标准温度和压力（STP）

执行质量流量计算需要参考一组标准温度和压力条件（STP），如变量T s和P s所示。STP通常在海平面条件下定义，但该惯例不存在单一标准。常见STP参考条件的示例包括：

0°C和1013 mbar 
25°C和14.696 psia 
0°C和760 torr或mmHg

值得注意的是，尽管质量的典型单位以克或千克每单位时间表示（通常称为“真实质量流量”），但质量流量表示为标准体积流量已成为标准。例子包括slm / slpm（标准升/分钟），sccm（标准立方厘米每分钟）和scfh（标准立方英尺/小时）。通过了解设备的STP设置和该STP处的特定气体的密度，可以确定以克/分钟，千克/小时等为单位的流速，如以下示例所示。

鉴于：

气体=氦气
M = 250 SCCM 
STP = 25°C和14.696 PSIA 
气体密度= 0.166克/升

真实质量流量= M *气体密度STP 
真实质量流量=（250 SCCM）（1升/ 1000 CC）（0.1636克/升）
真实质量流量= 0.0409克/分钟氦气